Brevet FR2265989A1 — publié le 19751024

L'invention concerne un moteur à réaction pouvant servir aussi bien à l'entrainement de véhicules automobiles au 'à l'entraînement de machines-outils ou autres appareils similaires, On connaît déjà divers types oye moteurs a réaction basés sur le principe de-l'utilisation d'une tuyère à turbines alimentant en air une chambre de combustion dans laquelle le flux d'air préalablement dosé est additionné à un combustible, le mélange homogène ainsi obtenir étant brûlé de sorte que les gaz résultant de cette combustion soientutilisês comme.énergie pour l'entraînement du rotor du moteur.Ces moteurs, quelle que soit leur conception. présentent tous l'inconvénient de ne pas atre écanomiques du fait de leur importante perte de chargeet de lez faible rendement eu égard au combustible consommé. L'invention propose un moteur à réaction basé sur une .onceptwon originale permettant de réduire au minimum le frottement des pièces en mouvement afin de diminuer d'autant les portes de charge pour obtenir un rendement maximum sans consomration exagérée du combustible. L'invention concerne donc un moteur à réaction caractérisé en ce qu'il est constitué d'un rotor se présentant sous Ta forme d'une couronne munie intérieurement de plages de réaction Étagées sur toute sa périphérie, celui-ci enveloppant un stator évjdé -comportant au moins deux chambres à air en relation avec une tuyère à turbines, l'une des chambres servant au re froidernent du rotor, l'autre à l'admission d'air primaire dans une c ulve de combustion avec laquelle elle communique, cette cellule étant équipée d'un broyeur et d'un injecteur de combustile et comportant sur sa paroi des ouvertures d'adduction d'air secondaire pour refroidir les gaz de combustion, l'orifice de sortit de la cellule étant orienté sur. les plages de réaction du rotor afin que les gaz comprimés résultant de la combustion proroque se rotation avant leur échappement. Suivant un- mode de réalisation la cellule de combustion est logée à l'intérieur de la chambre d'admission d'air et com sorte au moins une ouverture par laquelle pénètre l'air primaire se c==^-nant au combustible, cette ouverture ayant des dimensions prédéterminées pour obtenir un mélange homogène à faible quantité e combustible. Selon une autre caractéristique de l'invention les ou vertures d'adduction d'air secondaire de la cellule de combustion sont situées dans une zone s'étendant au delà du foycr de combustion du mélange combustible-comburant et convergent vers l'orifice de sortie de la cellule. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description et des dessins annexés dans lesquels : - la fig.l est une vue en coupe axiale du moteur selon l'inven tion, - la fiv 2 est une vue en coupe transversale selon la ligne AA de la fig.I. S.elon le mode de réalisation illustré sur la fig.l le moteur à réaction est constitué essentiellement de deux équipages dont l'un est mobile et l'autre fixe, ces deux équipages étant montés de façon concentrique et étant enfermés dans un carter étanche. L'équipage mobile ou rotor 1 a la forme d'une cuvette comme cela est visible en coupe sur la fiq.l, c'est-3-dire qu'il est constitué d'un fond 2 et d'un rebord 3 constituant une couronne de forme circulaire. Ce rotor 1 est supporté par un arbre de rotation 4 faisant corps avec le rotor mais pouvant être réalisé indépendamment de celui-ci, cet arbre étant maintenu par ses deux extrémités dans des paliers à roulements 5. L'arbre 4 est cannelé en plusieurs parties de sa longueur de sorte que certaines des pièces qu'il supporte soient entraînées en rotation tandis que d'autres sont montées folles par rapport à cet axe et ne sont pas entrainées. Les pièces solidaires en rotation de l'arbre Osont constituées par le rotor 1 et par des turbines de réaction 6 de diamètre décroissant.Les parties non entraînées en rotation sont constituées essentiellement par le stator 7 qui est monté concentriquement à l'arbre 4. Le rotor 1 ( fig.2) comporte sur la face intérieure de sa couronne 3 des plages de réaction 8 étai gées sur toute la périphérie de la couronne, la distance séparant deux plages étant déterminée pour obtenir une rotation sans freinage du rotor comme cela sera indiqué ultérieurement. Ces plages de réaction 8 sont formées par des décrochements en forme d'escalier orientés de façon tangentielle sur la périphérie de la couronne. Le stator 7 (fig.l) se présente sous la forme d'un boitier constitué d'un fond 9 et d'un couvercle 10 assemblés entre eux par des colonnes 11 soudées en 12 sur le fond du boitie et des organes de blocage 13 pouvant autre constitués par des vis et écrous. I1 suffit en effet que la colonne 11 soit pourvue d'un orifice borgne taraudé 14 et que le couvercle 10 soit également pourvu d'une colonne 15 pour que l'on puisse obtenir, par une simple vis 16, l'assemblage rigide du boitier et du couvercle.Ce rotor évidé comporte, non pas une seule chambre annulaire entourant l'arbre de rotation 4, mais deux chambres 17 et lB (fig.2 séparées entre elles de façon étanche par une cloison 19 coupant dans un plan horizontal le rotor en deux parties égales. La chambre 18 dite chambre de refroidissement comporte sur au moins une partie de fia périphérie des buses 2U constituées par des orifices traversant l'épaisseur du stator 7 ses ouvertures étant dirigées tangentiellement au rotor et étant écartées d'un intervalle correspondant à celui séparant deux plages de réaction 8.Ces buses 20 sont destinées à- canaliser l'air emmagasiné dans la chambre de refroidissement 18 pour le diriger sur les plages de réaction 8 afin de les refroidir avait que celles ci subissent à nouveau une élévation de température lorsqu'elles arriveront en regard de la chambre de combustion. Ces memes bu- ses confèrent en outre un supplément de puissance au moteur. La chambre 17 comporte une paroi étanche 21 destinée à canaliser l'air que cette chambre reçoit dans une cellule de combustion 22 qui est logée dans la chambre 17. Cette cellule de forme oblongue est dirigée parallèlement à la périphérie du stator de sorte que son orifice de sortie 23 débouche directement sur les plages de réaction 8 de la couronne du rotor. La base de cette cellule de combustion 22 est pourvue d'une ouverture 24 servant à l'edduction de l'air primaire qui sera mélangé au com- hustible introduit dans cette cellule par un injecteur 25. Le mélange ainsi obtenu ( combustible et comburant ) est alors enflammé par un brflleur 26 de sorte que les gaz résultant de la combustion de ce mélange soient projetées à l'extérieur de la cellule contre les plages de réaction a du rotor.Les dimensions de l'ouverture 24 servant à l'adduction de l'air primaire sont déterminées de façon à ce que la quantité de comburant admise dans la cellule puisse autre combinée à une quantité de combustible minimale. I1 importe en effet d'obtenir un dosage homogène du mélange tout en utilisant une quantité de combustible la plus faible possible de façon à conférer au moteur une grande rentabilité. I1 est évident que l'injecteur de combustible sera équipé d'ur régulateur de débit de telle sorte que l'on puisse faire varier-la vitesse de rotation du rotor selon la quantité de combustible admise par le régulateur.Le mélange combustible comburant entraîne une forte élévation de température dans la cellule de combustion et il est nécessaire, par conséquent, de refroidir les gaz de combustion avant leur projection sur le rotor En effet, si on-laissait l'échappement à la température élevée il se produirait une perte d'énergie calorifique qui serait de l'ordre de 37, Ce refroidissement est obtenu par admission d'air secondaire dans la cellule de combustion en aval du foyer.Cette admission d'air secondaire est réalisée par des ouvertures 27 réalisées dans la paroi de la cellule de combustion, ces ouvertures .convergeant vers la sortie 23 de sorte que l'air provenant de la chambre 17 pénètre dans la cellule de com bustion, se mélange aux gaz d'échappement, les refroidisse et suive. leur projection contre les plages de réaction du rotor Dans ce mode de réalisation, l'air secondaire comprimé, entroduit dans la cellule de combustion et s'ajoutant aux- gaz de détente permet de récupérer les 2/- de la puissance qui serait perdue sous forme calorifique lors de l'échappement. Cet air secondaire assure en outre le refroidissement des gaz a l'échappement créant ainsi une température compatible avec la résistance des matériaux utilisés.La convergence des ouvertures 27 permet ainsi d'éviter les turbulences à l'intérieur de la cellule de combustion tout en assurant un refroidissement des gaz afin d'éviter la détèrioration du rotor. Les gaz ainsi refroidis viennent percuter les plages de réaction 8 du rotor avant de se détendre et dé s'échapper par l'orifice 20 prévu à cet effet. La distance séparant deux plages de réaction est calculée de sorte qu'il n'y ait ni temps mort ni freinage et qu'au fur et à mesure de la rotation du rotor il y ait toujours une plage de réaction en regard de la sortie 23 de la cellule de combustion. Le stator 7 comporte en outre un démarreur 29 se présentant sous la forme d'une buse 30 dirigée vers -les plages de réaction e du rotor. Ce démarreur, à air comprimé, est destiné à permettre ltentraînement du rotor avant que se produise l'autorotation du rotor. L'ensemble équipage mobile et équipage fixe est enfermé dans un carter constitué de deux parties 31 et 32 (fig la partie 31 étant chapeautée par l'embout 33 tandis que la partie 32 est conçue pour former une tuyère 34 dans laquelle sont o gées les turbines 6 portées par l'arbre de rotation a du rotor. Ces turbines sont d'un diamètre décroissant depuis l'entrée 35 de la tuyère qui communique avec I'air libre à la zone 36 ou la tuyère 34 communique avec les deux chambres 17 et E, respectivement d'admission d'air et de refroidissement. FONCTIONNEMENT DU MOTEUR : Le moteur est, au démarrage, entraîré par le démarreur à air comprimé 29, ce qui a pour effet de faire tourner le rotor 1 ainsi que ''arbre 5 dont il est solidaire, et par suite les turbines 6 portées par cet arbre. Dès que la rotation devient suffisante l'air extérieur aspiré dans la tuyère de compression 34 par les aubes des turbines 6 est accumulé dans les chambres 17 et 18. L'air de la chambre 17 est canalisé et admis dans la cellule de combustion 22 dans des proportions prédéterminées et est mélangé au combustible préalablement dosé introduit dans cette cellule par l'injecteur 25.Les gaz résultant de la combustion sont refroidis par l'admission d'air secondaire et sont projetés sous pression contre les plages de réaction e du rotor. Simultanément l'air admis dans la chambre de refroidissement lP est projeté par les buses ZS sur les plages de réaction 8 échauffées par les gaz de combustion, après quoi cet air de refroidissement est évacué par un conduit d'dchappe- ment 6 (fig.l). Ainsi le moteur fonctionne par auto-entraînement et combine les avantages du turboréacteur à ceux du moteur à combustion. Cette combinaison permet, d'une part dé réduire les frictions des pièces en mouvement ( l'arbre du rotor ne porte que sur deux paliers ), d'autre part de bénéficier d'une tuyère à turbines d'alimentation en comburant et d'obtenir une vitesse de rotation élevée du rotor avec une consommation minimale de combustible. 9ien entendu, l'invention ntest pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et l'on pourra prévoir d'autres variantes de réalisation sans pour cela sortir du cadre de l'in- vention. H E V E . X I C A T I l! 1/- Moteur à réaction caractérisé en ce qu'il est constitué d'un rotor se présentant sous la forme d'une couronne munie intérieurement de plages de réaction étagées sur toute sa périphérie, celui-ci enveloppant un sta-tor évidé comportant au moins deux chambres à air an relation avec une tuyère à turbines, l'une des chambres servant au refroiidissement du rotor, 'autre à l'admission d'air primaire dans une cellule de combustion avec laquelle elle communique, cette cellule étant équipée d'un brû- leur et d'un injecteur de combustible et comportant sur sa paroi des ouvertures d'adduction d'air secondaire ksour refroidir les gaz de combustion, 11 orifice de sortie de la cellule étant orienté sur les plages de réaction du rotor afin que les gaz comprimés résultant de la combustion provoque sa rotation avant leur échappement. 2/- moteur à réaction selon la revendication 1 caractéri sé en ce que la cellule de combustion est logée à à l'intérieur de la chambre d'admission d'air et comporte au moins une ouverture par laquelle pénètre l'air primaire se combinant au combustible, cette ouverture ayant des dimensions prédéterminées pour obtenir un mélange homogène à faible quantité de combustible 3/- Moteur à réaction selon la revendication 1 caracterisé en ce que les ouvertures d'adduction d'air secondaire de la cellule de combustion sont situées dans une zone s'étendant au delà du foyer de combustion du melange combustible-ccmburant et convergent vers l'orifice de sortie de la cellule. 4/- Moteur à réaction selon la revenuication 1 caractérisé en ce que le rotor est constitué d'une couronne fermée axialement et supporte par un arbre de rotation dont les deux extrémités sont maintenues dans des paliers c; rDuleents, 5/- Moteur à réaction selon la revendication 4 caractérisé en ce que le stator, entouré du rotor, est constitué d'un boitier séparé axialement en deux chambres étanches, le couver cle de ce boitier étant traversé par l'arbre du rotor et comprenant deux ouvertures assurant la communication entre la tuyère à turbines et chacune des deux chambres. 6/- Moteur à réaction selon la revendication 1 caracté- risé en ce que la chambre de refroidissement du stator comporte sur une portion de sa périphérie des ouvertures tangentielles débouchant sur les plages de réaction du rotor afin qu'une partie de l'air aspiré par la tuyère assure le refroidissement du o- tor avant d'être rejeté à l'extérieur par un orifice d'échappement. 7/- Moteur à réaction selon l'une quelconque des revendications de 1 à 6 caractérisé en ce que l'ensemble rotor stator est enfermé dans un carter comportant une tuyère communiquant, d'une part avec l'extérieur, et d'autre part avec les chambres de refroidissement et d'admission du stator 8/- Moteur à réaction selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'arbre du rotor est pourvu d'une série de turbines calée sur une partie de sa longueur celle-ci étant d'un diamètre décroissant depuis l'entrée de la tuyère jusqu'à sa communication avec les deux chambres du stator. 9/- Moteur à réaction selon l'une quelconque des revendications de 1 à O caractérisé en ce qu'il est muni d'un démarreur à air comprimé comprenant une buse dirigée sur les plages de réaction du rotor 10/- Moteur a réaction selon l'une quelconque des re vendications de 1 à 9 caractérisé en ce qu'il comporte un régulateur de débit du combustible permettant de faire varier la vitesse de rotation du rotor selon la quantité de combustible admisa dans lascellule de combustion.