Brevet FR2124173A1 — publié le 19720922

Le statoréacteur est un propulseur très simple. il comppr- te une prise d'air destinée à ralentir l'écoulement de l'air, capté à la vitesse de vol, une chambre de combustion où steffec- tue l apport d'énergie et une tuyère de détente pour accélérer les .z de combustion. Dans un statoréacteur classique, le dégagement de chaleur dû à la combustion s'effectue à une vitesse subsonique f la perte thermodynamique qui en résulte est faible mais les pertes dans la prise d'2ir sont très importantes et croissent avec la vitesse de vol. Si la combustion s'effectue à une vitesse supersonique, la perte thermodynamique est élevée, mais le ralentissement dans la prise d'air tant faible, la perte qui en résulte est également faible, de sorte qu'aux très grandes vitesses de vol, la combustion supersonique devient plus avantageuse que la combustion subsonique. Quel que soit le type de combustion, la recherche des performances optimales d'un statoréacteur nécessite des variations géométriques importantes de la prise d'air, du foyer et de la tuyère d'où des dif icultés technologiques de réalisation considérables. Cependant, alors que le statoréacteur à combustion supersonique et géométrie fixe conserve des performances voisines de l'optimum dans un domaine de vitesse de vol très étendu, les performances du statoréacteur a combustion subsonique et géomérie fixe ne restent acceptables que dans un domaine de vitesses de vol limité (par exemple 3 En effet, au-dessous du nombre de Ezech d'adaptation de la prise d'air, le coefficient de débit de la prise d'air diminue et la traînée additive augmente tandis qu'au-delà du nombre de Sach d'adaptation, les pertes par fonctionnement supercritique de la prise d' & r deviennent très élevées. La conparaison des perforzances des sstatoréacteurs à combustion subsonique et supersonique à géométrie fixe montre que la conbustion supersonique est intéressante à partir de 00 = 5. Le statoréacteur qui fait l'objet de la présente invention permet, par une organisation particulière du foyer et de la prise d'air de concilier dans un même propulseur à prise d'air et tuyère unique, les avantages de la combustion subsonique au-dessous de llach 5 et de 1G combustion supersonique au-delà de Iach 5, tout en réduisant au strict minimum l'importance des dispositifs à géométrie variable. On obtient ainsi un propulseur simple, donc léger et sûr, capable de fournir de bonnes performances dans un large domaine de vol, allant par exemple de Nach 3 à Llach 10 et au-delà. Cet appareil comporte une chambre de combustion subsonique, précédent une tuyère d'éjection convergente-divergente, et une chambre de combustion supersonique placée en amont de le chambre subsonique. Le diffuseur de la prise d'air unique, qui débouche dans la chambre de combustion subsonique, comprend deux canaux divergents distincts montés en parallèle sur le flux d'air et dont l'un est adapté pour constituer la chambre de combustion supersonique. Un dispositif de vanne mobile monté à l'entrée de ces canaux permet soit de les mettre en service simultanément pour la marche en combustion subsonique, soit de ne mettre en service que le canal formant la chambre de combustion supersonique pour la marche avec une telle combustion. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, aussi bien les particularités décrites que celles représentées sur le dessin, faisant partie de l'invention. Les figures 1 et 2 représentent, en coupe axiale schématique complète et en demi-coupe, un mode de réalisation d'un statoréacteur selon l'invention dans deux positions de fonc tionnement différentes, à savoir fonctionnement en combustion subsonique pour la figure 1 et fonctionnement en combustion supersonique pour la figure 2. Les figures 3 et 4 sont des vues analogues d'une variante de réalisation. Le statoréacteur représenté sur les figures 1 et 2 comporte une prise d'air 1, à pointe centrale, du type à compression mixte externe et interne. Au voisinage du col 1Q de cette prise d'air et un peu en aval, le diffuseur est divisé en deux canaux divergents distincts 2 et 3 par une paroi 4. Ces canaux 2 et 3 débouchent dans une chambre 5 qui peut être à section constante et qui constitue la chambre de com- bustion subsonique de l'appareil. Cette chambre est munie d'un dispositif d'injection de combustible à la sortie du canal 3 ou des deux canaux 2 et 3. Les gaz de combustion sont éjectés par une tuyère conver gente-divergente 6, faisant suite à la chambre 5. L'un des canaux divergents 2, 3, soit dans le cas des figures 1 et 2, le canal interne 2, est aménagé en chambre de combustion supersonique, conformément à des dispositions connues. Ce canal comporte donc un dispositif d'injection de carburant en texte du canal. Ses parois sont protégées thermiquement et ses dimensions géométriques (longueur, section) sont adaptées aux conditions de fonctionnement en combustion supersonique. Tous les éléments sus-décrits sont fixes. En plus, il existe un organe mobile 7 qui peut, soit s'effacer, corme représenté sur la figure 1, pour ouvrir les deux canaux 2 et 3 qui fonctionnent alors en parallèle en laissant passer chacun une fraction du flux d'air, soit etre mis en position active (figure 2) polir ouvrir que le canal 2 aménagé en chambre de combustion supersonique. Si le statoréacteur a une section rectangulaire, de sorte que la prise d'ir est forr.lée par deux fentes rectangulaires situées symétriquement de part et d'autre du corps central, l'organe mobile 7 pourra être constitué très simplement par deux volets plans montés pivotants le long d'un de leurs côtés 7a. Si le statoréacteur a la forme d-'un corps de révolution autour de l'axe A-A, le dispositif 7 sera un peu plus complexe et constitué, par exemple, conformérent à des constructions bien connues, notamnient pour le réglage des tuyères, par un ensemble de volets articulés sur la paroi fixe et glissant les uns sur les autres avec un certain recouvrement. Le dispositif 7 peut aussi être constitué par un tiroir monté coulissant sur le corps central, comme on l'indiquera ci-après en regard des figures 3 et 4. En fonctionnement, pendant la marche en cor.ibustion subsonique, dans une certaine gar.^*le de nombres de i,ach allant de la valeur la plus basque envisagée pour la mission (par exemple 2,5 à 3), jusqu'à une valeur plus élevée (par exemple de l'ordre de 5 à 6), le dispositif 7 est effacé (figure 1), de sorte que les deux canaux 2 et 3 sont ouverts. L'injecteur de combustible de la chambre dc combustion supersonique ne fonctionne pas et cette chambre est éteinte.L'air capté par la prise d'air se partage entre les canaux 2 et 3, qui jouent le rôle de diffuseurs pour ralentir l'air jusqu'à un nombre de P:iach subsonique à l'entrée de la chambre de cor.lbustion 5. Du combustible est injecté et brûlé dans celle-ci, qui peut être munie de dispositifs de stabilisation de la flartme Sa (accroche-flalar.e, flamme pilote, etc.) agencés cn aval du canal 3. Après la combustion subsonique, les gaz sont éjectés au Mach voulu par la tuyère convergente-divergente 6. Il y a lieu de noter que les rapports entre les sections d'entrée et les sections de sortie étant difXérent sur les canaux 2 et 3, il apparaît, au cours du fonctionnement critique et supercritique de la prise d'air, des chocs droits d'intensité différente dans les canaux 2 et 3 pour rétablir l'égalité des pressions statiques à la confluence des deux flux à l'entrée de la chambre 5. Dans les vitesses de vol plus élevées, on fait fonctionner le statoréacteur en combustion supersonique. Pour cela, on éteint la combustion dans la chambre 5, en coupant l'arrivée de combustible à cette chanbre, on place les volets 7 dans la position représentée figure 2, où ils obturent le canal 3 et on met en action l'injecteur de combustible de la chambre de combustion supersonique 2. Du fait que les volets 7 obligent la totalité de l'air capté par la prise d'air à pénétrer dans la chambre de combus- tion supersonique (2) il y a nlentissement de l'écoulement à l'entrée de cette chambre, ce qui augniente sa température statique et permet rlêr.e l'inflammation spontanée du mélange carburé. Le nombre de Mach de l'écoulement diminue au cours de la combustion supersonique ; néawloins, les sections dtentrée et de sortie du canal 2 sont choisies en fonction de la quantité de carburant injecté et des conditions de vol pour que l'écoulement des gaz brûlés reste supersonique à la sortie de ce canal. Les gaz de combustion se détendent alors en s'accélérant d'abord dans la chambre 5, puis dans la tuyère 6. La section du col de la tuyère 6 doit être suffisante pour que l'écoulement supersonique des gaz créé par la combustion supersonique et la détente dans la chambre 5 puisse franchir ce col sans perdre son caractère supersonique. On peut noter que les dispositifs de stabilisation Sa de la combustion subsonique ne perturbent pas l'écoulement supersonique du canal 2 puisqu'ils sont placés au débouché du canal 3. Ils peuvent donc être de tout type approprié. Si, en combustion subsonique, on veut aussi stabiliser la flaire au débouché du canal 2, il faudra utiliser soit des moyens mécaniques escamotables en période de combustion supersonique pour ne pas gêner l'écoulement supersonique, soit des moyens aérodynaniques, La variante des figures 3 et 4 diffère sur deux points du mode de réalisation précédent. Tout d'abord, les volets 7, au lieu d'être pivotants, sont mobiles en translation. En combustion subsonique (figure 3) ils sont effacés dans le corps central, tandis qu'en combustion supersonique (figure 4), ils viennent en saillie et obturent l'entrée du canal intérieur 3. Cette disposition peut avoir l'avantage de simplifier la construction de l'obturateur 7 qui peut être un simple tiroir cylindrique. D'autre part, le canal extérieur 2 est aménagé en chambre de combustion supersonique. I1 s'ensuit en particulier que les accroche-flanne 5a de la chambre subsonique 5 sont au débouché du canal 3. L'invention ne se limite d'ailleurs pas aux formes de réalisation décrites et représentées à titre purement explicatif sur les figures 1 à 4. I1 est possible de remplacer ou de modifier ces formes de réalisation par d'autres dispositifs remplissant les mênes fonctions sans sortir du cadre de ltinvention. Par exemple, la géométrie du statoréacteur peut être bidimensionnelle ou de révolution ou entièrement annulaire, la tuyère de sortie peut être à corps central, la prise d'air peut être à pointe évolutive, etc. La commande de l'organe 7 peut être réalisée de toute manière appropriée bien connue de l'horlme du métier. Sur les figures 3 et 4, on a représenté des vérins 7b agissant sur le tiroir 7, mais ce test qu'un exemple. PEVENDICAT I0S 1. Statoréacteur pouvant fonctionner en combustion supersonique pour les très grondes vitesses de déplacement et en combustion subsonique pour les vitesses plus faibles, caractérisé en ce qu'il comporte une chambre de combustion subsonique précédant une tuyère d'éjection convergente-divergente, une charre de combustion supersonique précédant ladite chambre subsonique, un diffuseur de prise d'air divisé en deux canaux divergents distincts montés en parallèle sur le flux d'air, l'un de ces canaux étant adapté pour constituer la chambre de combustion supersonique, et un dispositif de vanne mobile monté à l'entrée de ces canaux et permettant soit d'ouvrir simultanément lesdits canaux pour la marche en combustion subsonique, soit de ne mettre en service que le canal formant la chambre de combustion supersonique pour la marche avec une telle combustion. 2. Statoréacteur selon 1, caractérisé en ce que les deux canaux s'ouvrent un peu en aval du col de la prise d'air qui est du type à pointe centrale.