CH334074A - Clapet aérodynamique d'admission de chambre de combustion à combustion pulsatoire - Google Patents

Description

  Clapet     aérodynamique    d'admission de chambre de combustion  à     combustion        pulsatoire       La présente     invention    a pour objet un cla  pet aérodynamique d'admission de     chambre    de  ,combustion à combustion     pulsatoire,    caractéri  sé par une tubulure comprenant un tronçon di  vergent s'ouvrant     dans    la chambre de combus  tion, et précédé     d'un        tronçon,

      accumulateur tel  que le rapport aval à amont des aires de deux       sections    quelconques de     ce        tronçon    soit -au  moins égal à l'unité et     inférieur    au     rapport        aval     à amont de deux     sections        quelconques    sépa  rées par un même     intervalle        dudit    tronçon di  vergent s'ouvrant dans la     chambre    de     .connbus-          tion,

      le tout afin     qu'une    masse de gaz mise  en     mouvement    vers .la chambre de combustion  dans ledit :tronçon amont     pendant    la     phase    d'ad  mission, s'oppose à un     retour        des    gaz     vers          l'amont    lors de la     combustion.     



  Untel clapet peut être :appliqué     iavantageu-          sement    par exemple aux propulseurs à réaction  qui font les objets des brevets suisses     Nos    325605  et 325965.  



  Le dessin     représente,    à titre     d'exemple,     une     forme        d'exécution    de     l'objet    de     l'invention     et trois variantes de     celle-ci.     



  La     fig.    1 représente; en coupe axiale en gros  trait, cette forme d'exécution appliquée à la    chambre     d'e    combustion d'un pulsoréacteur  dont la partie     antérieure    est     dessinée        entrait        fin.     



  La     fig.    2 est une vue en coupe d'une pre  mière variante<B>de</B>     cette        femme        d'exécution.     



  Les     fig.    3 et 4 sont des coupes     axiales    de  deux autres     variantes.     



  La forme d'exécution représentée à la     fig.    1  et     formée    par une     :tubulure,        comprend,        en        allant     de     3'amont    .à     l'aval    dans le     sens    de l'écoulement  de l'air     alimentant        fia    chambre de combustion 4  à combustion     pulsatoire,    -un tronçon     d!cntrée     convergent 1, .suivi     d'un        tronçon,

      accumulateur       cylindrique    3 suivi à son tour d'un     tronçon        co-          nique        divergent    2 débouchant dans la chambre  de     combustion.    En 5 se trouve     un        injecteur    de       combustible.     



  Le combustible     convenablement    choisi, de       l'essence   <B>de</B> pétrole     par    exemple,     étant        injecté          d'une    manière     permanente        dans        l'injecteur    5,       il    se produit une     combustion        pulsatoire        dans    la  chambre 4 à une fréquence qui dépend de la  fréquence du tuyau sonore que forme     cette     chambre.

       L'alirnentatienpour    le     démarrage    est       obtenue,    soi par le     vent        irelatif    qui pénètre à       travers    le     clapet,    lorsque     l'appareil    est en mou  vement; soit en     insufflant    dé     l'air        comprimé    à           travers    le clapet, les     premières        inflammations     sont réalisées dans la .chambre .au moyen d'une  bougie d'allumage.  



  Les gaz     produits    à chaque explosion sont  éjectés à la partie arrière de la chambre libre  ment ouverte soit pour former un je propulsif,       dans    le cas d'un     .réacteur,        soit    pour     entraîner     une roue de     .turbine.     



  Le régime de     combustion        pulsatcire    étant  atteint, on constate que chaque onde de pres  sion dans la chambre au moment de l'explo  sion est suivie d'une onde de dépression     :après     l'éjection des gaz.

   Cette onde de     dépression    est       utilisée    pour aspirer -l'air frais     àtravers    le cla  pet.     L'importance    de cotte dépression est telle  que si le tronçon divergent 2 était     raccordé    di  rectement au tronçon convergent 1, ,l'écoule  ment de l'air     atmosphérique    aspiré dans la  chambre     en    dépression     atteindrait    très vite le  régime     supersonique    dans la partie du tronçon  divergent 2 qui suivrait     immédiatement    le col,

    en     donnant        lieu    à des     irréversibilités    par onde  de choc, et, par conséquent, à des     ;pertes        d'éner-          gie.     



  Le     ;tronçon    accumulateur     cylindrique    3 a  pour but d'éviter cet     inconvénient.    En     effet,          alors    que dans. le cas d'un écoulement perma  nent vers une chambre constamment en dépres  sion le tronçon 3 serait     inutile    et même     nuisible          puisqu'il    ne ferait que     retarder    la détente com  mencée dans le tronçon convergent 1 et qui s e       poursuivrait    dans le tronçon divergent 2, en  régime variable comme c'est le cas pour l'ali  mentation d'une chambre     pulsatoire,

      la masse       d'air,contenue    dans le tronçon 3 doit être cha  que fois accélérée et mise en vitesse sous l'ef  fet<B>de</B> l'a dépression .régnant d'ans la     chambre    4.  En choisissant le     .tronçon    3 suffisamment long,  on peut retarder     suffisamment    le moment où la  vitesse de l'air     arrivant    dans le tronçon diver  gent 2 va tendre à prendre une valeur     superso-          nique    pour que ce franchissement de la     vitesse     du -son ne -se produise pas, la dépression     ayant,          entre-temps,    cessé dans la chambre 4.

       L'écou-          lement    n'étant pas supersonique,     il    n'y a pas       d'irréversibilité    (en     négligeant    les. pertes     par          frottement).    Pendant que la chambre est en dé  pression,     l'air    traverse le tronçon 3. Chaque    élément de masse     en    écoulement vers la cham  bre 4 transmet de l'énergie .aux éléments qui le  suivent sous forme d'énergie     cinétique.    Cette  énergie est donc portée par des éléments va  riables, mais compris entre     l'entrée    et da sortie  du tronçon 3.

   Lorsque la chambre passe en  surpression l'énergie ainsi contenue     dans    le  tronçon 3 est propagée vers l'aval et restituée  sous forme de travail de >compression aux élé  ments qui sortent .de :la .tubulure 1, 2, 3, ce qui  permet de poursuivre le remplissage lorsque la  combustion est déjà commencée.

   L'écoulement  se poursuit donc vers 1a     chambre    pendant un  certain temps,     malgré    la montée de la .pression       dans    celle-ci lors du début de la     combustion,     et le     tronçon    3 joue le râle d'un     accumulateur     d'énergie cinétique favorisant le bon remplissage  de la     chambre.    Vers la     fin    de la combustion  dans la     .chambre,    les gaz tendront à s'échapper  de     l'intérieur    de la chambre vers l'atmosphère à  travers la tubulure,     mais    cet écoulement se  trouvera.

   freiné du     fait    de la longueur même du       tronçon    3 dans lequel les gaz     chauds    se heurtent  à un bouchon d'air froid à forte     densité,que    les  gaz     chauds    doivent accélérer vers l'extérieur  pour pouvoir s'échapper.

   Sous le     rapport    du       freinage        de-l'écoulement    des gaz vers     l'extérieur,     les explications qui précèdent     montrent    qu'il y  aurait     intérêt    à augmenter la longueur du tron  çon 3,     mais    en sens inverse,     une    trop grande  longueur de ce tube serait nuisible,

   car les     gaz          brûlés    qui     remplissent    ce tube à la     fin    de la       combustion        devraient        être        réaspirés    dans la  chambre avant     que        l'introduction    d'air frais soit  possible. A ce .point de vue, il convient de ré  duire le volume du     tronçon    3 et l'on se trouve  en présence de deux     conditions        contradictoires,     entre     lesquelles    il faut     faire    un compromis.

   En  général, le ,tronçon cylindrique 3 sera un peu       plus    long .que     le        tronçon    divergent 2, lequel est,  de préférence,     déterminé    pour assurer une       transformation    presque     complète    de     l'énergie     cinétique en pression lors du remplissage.  



  L'énergie cinétique résiduelle de     l'air    en  trant dans la chambre 4 est favorable à la réa  lisation     d'une        turbulence,        notamment    dans l'an  gle     zentrant    6, qu'il .est     conseillé    de réserver à  l'entrée de la chambre, comme la pratique l'a      montré, pour favoriser l'entretien du     régime          pulsatoire    de combustion. L'énergie nécessaire  est     d'ailleurs        .relativement    petite.  



  Le tronçon accumulateur     cylindrique    3 peut  être remplacé par un     .tronçon    de     faible    diver  gence,     inférieure    à     celle    du -tronçon 2, par  exemple par un     tronc    de cône ayant un     demi-          angle    au sommet     inférieur    à 20,     alors    que la  divergence du     tronçon    2 peut     être    :

  aussi     grande     que possible     (demi-angle    au sommet de 3 à 70),  sous la seule réserve d'éviter des décollements  de     fluide.     



  On voit donc que le clapet aérodynamique  qui vient d'être décrit -a     .une    tubulure compre  nant un -tronçon divergent 2     s'ouvrant    dans     .la     chambre de combustion 4, et précédé d'un tron  çon 3 tel que le rapport     aval    à amont des     aires     de deux sections quelconques de     ce    -tronçon  soit au moins égal à     l'unité    ,et     inférieur    au rap  port aval à amont de deux sections quelconques  séparées par un même     intervalle    dudit tronçon       divergent    2, s'ouvrant dans la chambre de com  bustion,

   le tout afin qu'une masse de gaz mise  en mouvement vers la chambre de     combustion     dans ledit tronçon amont pendant la .phase     d'ad=     mission, s'oppose à un retour des gaz vers  l'amont lors de la combustion.  



  Tel aussi le cas     pour    les     variantes    repré  sentées aux     fig.    2 à 4.  



  Dans la variante représentée à la     fig.    2       l'agencement    du .clapet aérodynamique est com  me suit  Entre le tronçon d'entrée convergent 1 et  le tronçon divergent 2     débouchant    dans la  chambre 4 est intercalé le tronçon accumula  teur 3 à petite     divergence    dont la     méridienne     est     formée    par -un arc de     parabole        a-b    à grand  rayon de courbure     (1e    reste de la parabole  est figuré en     pointillés,    le sommet de la para  bole étant en s et son axe en     sy).     



  Au     lieu    de se maintenir en régime subsoni  que, on peu     :t        aussi    réaliser le clapet     die    manière       qu'il    donne un     régime    d'écoulement légèrement  supersonique     correspondant    à un     nombre    de  Mach petit, de l'ordre par exemple de 1,4 à 1,8.

    Dans ce cas,     l'intensité    de l'onde de choc et de  la perte par     irréversibilité    sont petites et l'on         obtient    l'avantage d'améliorer le fonctionnement  du clapet puisque     l'écoulement    supersonique  possible dans le sens d'écoulement vers la  chambre de combustion ne l'est pas en sens in  verse.  



  Ceci est     réalisé    dans la     variâate    de la     fig.    3,       dans        laquelle    un court -tronçon     divergent    amont  7 est disposé     entre        :1e    tronçon     accumulateur    cy  lindrique 3, et     le    -tronçon d'entrée convergent 1,  le court tronçon divergent 7 étant     déterminé    de  manière à     obtenir    le petit .nombre de Mach  cherché, en     donnant    une     augmentation    de la  section du col dans un rapport de l'ordre de 1,1.

    



  La variante de la     fig.    4 ne     diffère    de la va  riante de la     fig.    3 que par le fait     que    le     tronçon          accumulateur    3 est     légèrement    conique !au lieu  d'être     cylindrique,    cette légère     divergence    du       tube    3 permettant de     compenser,    par     augmenr          tation    de la     vitesse,    les pertes par frottement sur  la paroi du tronçon 3.  



  On     remarquera    que les     variantes    des     fig.    3  et 4,     compoztent        cette    .particularité d'avoir une       méridienne    -ou     demi-section    qui présente un       point        d'inflexion    en c au     raccordement    entre le  tronçon divergent amont 7 -et le tronçon accu  mulateur 3.  



  Si l'on désigne, en     :outre,    dans les clapets  des     fig.    3 et 4, par A le     quotient    de la section  en,     un    point quelconque de l'axe     ox    par la sec  tion au col, les tronçons 7, 3 et 2 satisfont aux  conditions suivantes  - Dans le tronçon 7 : 1  <  A  <  1,1  - Dans le tronçon     ac-          cumulateur    cylindri  que ou légèrement       conique    3 : 1,1  <  A  <  1,3  - Dans le tronçon di  vergent final 2, en  fin 1,3  <  A  à l'orifice de sortie du     .tronçon        divergent    2 A  est en général,     supérieur    à 2.  



  Si de     ,plus,    on trace la droite joignant sur  la méridienne     les    extrémités du tronçon 7,  puis la     droite    joignant les     extrémités    du tron  çon 3,     enfin,    celle     joignant    les extrémités.

   du  tronçon 2, et si l'on désigne par a, a, y, les     an-          gles    respectifs de     ces        droites    avec     l'axe    de ré-           volution        ox,    ces     angles        satisfont    aux     inégalités     a >     @i     y > 3     (1      <  2  A titre d'exemple, on peut     avoir     a et     .y    > 30       (3 < 30'  

Claims (1)

1. REVENDICATION- Clapet aérodynamique d'admission die cham. bre de combustion à combustion pulsatoire, caractérisé par une ,tubulure comprenant un tronçon divergent s'ouvrant dans la chambre de combustion,

   et précédé d'un tronçon accu mulateur tel que le rapport aval à amont des aires de d'eux sections quelconques de ce tron çon soit au moins égal à l'unité et inférieur -au rapport aval à amont de deux sections quelcon ques séparées par un même intervalle dudit tronçon divergent s'ouvrant dans la chambre de combustion,

   le tout afin qu'une masse de gaz mise en mouvement vers la chambre de com bustion dans ledit tronçon amont pendant la phase d'admission, .s'oppose à un retour des gaz vers l'amont lors de la combustion. SOUS-REVENDICATIONS 1. Clapet ,selon la revendication, caractérisé en ce que le tronçon accumulateur est précédé d'un tronçon d'entrée convergent. 2. Clapet selon la revendication, dans le quel la longueur du tronçon accumulateur est supérieure à la longueur du tronçon divergent s'ouvrant dans la chambre de combustion. 3.

   Clapet .selon la revendication, caractérisé en .ce que le tronçon divergent qui s'ouvre dans la chambre de combustion a un orifice de sottie de section plus :petite que la section de la chambre de combustion. 4. Clapet ,selon la sous-revendication 1, dans lequel entre le tronçon d'entrée .convergent et le tronçon accumulateur est disposé un tron çon divergent amont. 5.

   Clapet selon les sous-revendications 1 et 4, dans lequel la demi-section axiale de la tu bulure comporte un point d'inflexion: à l'extré mité d'entrée du .tronçon accumulateur. 6.

   Clapet selon la sous-revendication 4, ca- ractérisé en ce qu'à d'intérieur du ,tronçon diver gent amont qui précède le tronçon accumula- teur, la section varie entre la section au col de l'ensemble formé par ce tronçon divergent amont et le tronçon convergent qui le précède et cette section multipliée par 1,1. 7.

   Clapet sellon la,sous-revendication 4, ca ractérisé en ce qu'à l'intérieur du tronçon accu- mulateur, la section atteint au plus la section au col de l'ensemble formé par le .tronçon di- vârgent amont et le tronçon convergent qui le précède multipliée par 1,3. 8.

   Clapet selon la sous-revendication 4, ca ractérisé en ce que la section de Q'orifice de sortie du tronçon divergent s'ouvrant dans da chambre de combustion est supérieure à deux fois la section au col de l'ensemble formé par le tronçon divergent amont et le tronçon con vergent qui le précède. 9.

   Clapet selon la revendication, caracté- ris6 en ce que les angles (3 et y que font avec l'axe de la tubulure les droites joignant respec tivement sur la demi-section axiale les extrémi- t6s du tronçon accumulateur eh les extrémités du tronçon divergent qui s'ouvre dans la cham bre de combustion ont des valeurs satisfaisant aux inégalités y > 3 < 2 10.

   Clapet selon les sous-revendications 4 et 9, caractérisé en ce que la droite joignant sur la demi-section axiale les extrémités du tronçon divergent amont fait avec l'axe de la tubulure un angle a supérieur à l'angle (3. 11.

   Clapet selon les -sous-revendications 9 et 10, caractérisé en ce que le tronçon diver gent amont, le tronçon accumulateur et le tron çon divergent qui s'ouvre dans la chambre de combustion sont tels que a > 30, y > 30 et (3 < 30'.