Brevet FR2299518A1 — publié le 19760827

La présente invention est de manière générale relative à un moteur à combustion interne et plus particulièrement à un réacteur pulsé à onde de retour. Les moteurs à poussée intermittente ou réacteurs pulsés sont connus depuis longtemps et ils ont été utilisés pour propulser les fusées Vi envoyées sur Londres pendant la seconde guerre mondiale. Toutefois depuis lors, de tels réacteurs ne se sont pas développés beaucoup du fait des problèmes de bruit qu'ils posent. En conséquence on s'est tourné vers les réacteurs thermiques ou turbo-réacteurs ainsi que vers ceux à écoulement continu ou stato-réacteurs. Le bruit important émis par un réacteur pulsé classique est d! à une onde pulsatoire sortant de l'extrémité d'échappement ouverte de la chambre de combustion, cette onde se poursuivant par inertie après que sa pression motrice se soit dissipée, puis starretant pour revenir en arrière dans la chambre du fait de la dépression quelle a engendrée en sortant de cette chambre. L'onde retourne en direction de ltextrémité d'entrée de la chambre jusqu'à: ce que la dépression soit équilibrée, puis elle augmente à nouveau pour provoquer une onde de pression qui engendre une surpression dans le tube.Quand cette onde de pression atteint entrée du tube, un mélange combustible, qui avait été aspiré dans celui-ci lorsque l'ande de dépression avait atteint entrée, est refoulé dans l'espace de plus en plus étroit situé entre l'ouverture d'entrée et la plaque d'allumage. La chaleur provenant de la dernière combustion emmagasinée dans la plaque d'allumage adjacente, et la haute pression provenant de 11 effet de compression de l'onde dans lrespace restreint, agissent de concert pour provoquer l t allumage du mélange.Une fois le moteur en marche, les gaz expulsés hors de orifice d'échappement engendrent une poussée qui peut oestre utilisée de toute manière connue appropriée comme force de propulsion. Toutefois 11 onde de dépression provoquant l'aspiration est déphasée de 900 par rapport à 11 onde d'échappement ctest-à-dire que l'admission se trouve décalée dans 11 espace de 900 par rapport à ltéchappement à la fréquence de fonctionnement. En conséquence, le bruit du moteur est extr & ement important. Une récente tentative pour améliorer le fonctionnement d'un réacteur pulsé est exposée par exemple dans le brevet américain 3 486 331 dans lequel une paroi réfléchissante est insérée dans la chambre de combustion vers sa sortie pour constituer une chambre de résonance tubulaire fermée. Les ondes de pression engendrées par les combustions intermittentes qui steffectuent dans la chambre sont ren voyées par la paroi réfléchissante précitée et par la cloison formée par les soupapes fermées situées à entrée de cette chambre, en vue de provoquer une augmentation plus rapide de la pression et de la force explosive initiale dans ladite chambre.Des ouvertures ménagées dans la paroi réfléchissante permettent aux périodes de haute pression de refouler les gaz de combustion dans un canal de sortie. Du fait que par un agencement approprié, il existe un plan de pressions substantiellement égales au niveau de la paroi réfléchissante, un écoulement continu d'air traverse les ouvertures prévues dans cette paroi et sort du moteur. De cette manière, le bruit engendré se situe à un niveau réduit constant, tandis que le rendement du réacteur est amélioré. La présente invention vise - à permettre d'établir un réacteur pulsé comportant un dispositif perfectionné de chambre de résonance fermée, assurant un niveau de bruit encore davantage réduit tout en augmentant le rendement par rapport à celui des appareils connus ; - à réaliser un réacteur du genre en question qui utilise une partie de lténergie phonique émise par lSappareil pour aspirer de l'air additionnel, en abaissant ainsi le niveau d'émission sonore, en- améliorant le rendement par augmentation du volume refoulé et en permettant à l'arifice d'échappement autre de dimensions assez réduites en vue de provoquer un accroissement de la pression et de la vitesse des gaz tout en assurant le refroidissement interne. - à établir un tel réacteur qui comporte une ou plusieurs chambres de résonance fermées dont la longueur totale soit nettement plus importante sans augmentation notable des dimensions globales de ltensemble, par exemple pour une poussée donnée. A cet effet, le réacteur suivant l'invention comprend une enveloppe qui constitue une chambre de résonance fermée ; une ouverture ménagée dans ltenveloppe pour permettre à un fluide d'entrer dans cette chambre ; des dispositifs de soupape associés à l'ouverture en vue de fermer celle-ci pendant que les combustions intermittentes s'effectuent dans la chambre ; et des moyens prévus sur l'enveloppe et disposés entre l'ouverture et une paroi réfléchissante de la chambre éloignée de cette ouverture en vue de permettre aux gaz de combustion de sortir de la chambre. L'orifice de sortie est avantageusement disposé substantiellement à mi-chemin entre l'ouverture d'en- trée et ira paroi réfléchissante. Suivant un mode d'exécution avantageux, la paroi réfléchissante est aussi pourvue d'une ouverture d'entrée associée à un dispositif de soupape en vue d'admettre de l'air dans la chambre de résonance lorsqu'Il règne des conditions de basse pression dans une partie de celle-ci adjacente à ce dispositif. Suivant un mode de réalisation préféré de ltinvention, l'enve- loppe comprend deux tubes intérieur et extérieur co-axiaux, l'auver- ture d'entrée étant ménagée au droit de deux extrémités adjacentes de ces tubes, tandis que dans un organe de fixation destiné à immobiliser ces tubes entre eux il est prévu des orifices de passage. Les tubes précités comportent bien entendu chacun une autre extrémité éloignée des précédentes mentionnées ci-dessus. Celle du tube extérieur s'détend au-delà de celle correspondante du tube intérieur et s'incurve vers elle pour constituer un déflecteur annulaire propre à dévier les gaz passant entre les deux tubes précités. Ce déflecteur annulaire constitue l'orifice de sortie dont le passage est disposé concentriquement aux tubes. Un canal de sortie peut être associé de façon à s'étendre co- axialement à partir des tubes intérieur et extérieur. Un autre organe de fixation comportant une ouverture peut être placé dans le canal de sortie en étant combiné avec un dispositif de soupape pour faire jouer au canal de sortie le rtle d'une autre chambre de résonance. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre 11 invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages quelle est susceptible de procurer. Fig. 1 est une vue en perspective avec arrachements montrant un moteur à réaction suivant l'invention. Fig. 2 en est une coupe longitudinale. Les fig.1 et 2 du dessin montrent un moteur à réaction suivant la présente invention, qui comporte une enveloppe 12 constituant une chambre de résonance fermée 14. Cette chambre est avantageusement réalisée en établissant l'en- veloppe 12 au moyen de deux tubes extérieur et intérieur 16, 18 disposés concentriquement l'un à l'autre. Les extrémités adjacentes 20 et 22 des tubes 16, 18 sont pourvues d'arganes de fixation 24 et 26 agencés de manière à immobiliser ces extrémités entre elles. Une multiplicité de passages 28, 30 sont ménagés dans les organes 24, 26, tandis que des soupapes à clapet 32 et 34 sont associées à ces passages 28, 30 en vue de les fermer pendant les combustions intermittentes qui s'effectuent dans la chambre 14. Pendant les périodes où une basse pression règne dans au moins la partie de la chambre 14 adjacente aux soupapes 32, 34, les ouvertures 28, 30 laissent entrer de l'air dans cette chambre. Des supports 35 et 36 sont prévus pour le montage des soupapes à clapet 32, 34 à la manière en soi connue. Un orifice de sortie 37 est prévu dans ltenveloppe et il est disposé entre les passages d'admission d'air 28, 30 par rapport au circuit des gaz de combustion pour permettre l'échappement de ceux-ci hors de la chambre 14.Cet orifice de sortie 37 est avantageusement placé substantiellement à mi-distance entre les passages 28 et 30. Les tubes 16, 18 comportent des extrémités 38, 40 opposées à celles 20, 22. L'extrémité 38 du tube 16 se prolonge et s'incurve en direction de l'extrémité 40 du tube 18 pour former un déflecteur annulaire 42 destiné à dévier les gaz passant entre les tubes 16, 18 en déterminant un orifice de sortie 37 co-axial aux tubes. Un canal de sortie 44 se terminant par une tuyère convergentedivergente 45 peut tre associé co-axialement au déflecteur 42, ce canal 44 s'étendant suivant l'axe des tubes 16, 18. Un organe de blocage 46, pourvu d'une multiplicité de perforations 48, est disposé dans le canal de sortie, tandis que des soupapes à clapet 50 sont associées aux perforations 48 afin que ledit canal 44 constitue une autre chambre de résonance. Des butées en forme de buse convergente-divergente 51 peuvent autre ménagées en vue de supporter les soupapes 50 précitées. Le tube 16 est avantageusement pourvu d'un dme 52 s'étendant à partir de son extrémité 20 et au-delà de l'ensemble des tubes 16, 18 pour constituer un compartiment 54 dont le volume est plus important que celui du fluide traversant les passages 28, 30 au cours d'un cycle unique. Le dome 52 se termine par une ouverture 55 permettant aux gaz, tel que l'air, d'e s'écouler dans le compartiment 54. Un combustible usuel 56 pour moteur à réaction tel que de l'essence de pétrole ou du kérosène peut tre envoyé à partir d'un réservoir 58 à travers une tuyauterie 60 dans un venturi 62 s'étendant à partir de l'extrémité 22 du tube 18. L'organe dé fixation 26 peut affecter substantiellement la forme d'une ogive, en vue d'agir à la manière d'un surpresseur d'air. Une bougie 64 est prévue dans le tube 18 en vue d'enflammer au début un mélange d'air et de combustible entrant dans la chambre de combustion. Les supports 35, 36 fonctionnent aussi à la manière de plaques d'allumage qui s'échauffent après la ou les quelques premières explosions du moteur 10 de sorte que les explosions suivantes se produisent spontanément sans qu'il soit nécessaire ensuite de mettre en action la bougie 64. D'autres éléments appropriés, tels qu'une bougie à incandescence, peuvent s'utiliser à la place de la bougie à étincelles 64. Des ailettes ou ailerons 66 destinés à rayonner la chaleur peuvent autre disposés autour du tube 18 en vue de faciliter le transfert de chaleur des points les plus chauds de celui-ci aux gaz situés dans l1es- pace de retour de la partie de la chambre de combustion située entre les tubes 16 et 18. En outre, on pourrait disposer à la manière connue des dispositifs classiques d'isolation thermique et phonique (non représentés) autour de la partie avant du moteur 10. Un moteur à réaction 10 suivant la présente invention, fonctionne en envoyant initialement de 11air dans le venturi 62 à partir dtune source extérieure (non représentée) à travers ltouverture 55. Cet air, et une quantité supplémentaire qui est entraTnée par effet d'aspiration, traverse le venturi 62 où la pression est faible du fait de la grande vitesse d'écoulement, tandis que le kérosène, ltes- sence de pétrole ou autre combustible 56 passe dans la tuyauterie 60 du réservoir 58 pour autre mélangé avec 11 air dans le venturi. Etant donné que le mélange se dilate du cté aval du venturi 62, la pression dynamique de l'air qui entre est transformée en pression statique, si bien que le mélange est refoulé par les soupapes 28, 30. On fait éclater une étincelle à l'extrémité intérieure de la bougie 64, par exemple au moyen d'un courant électrique à haute tension produit par une source usuelle (non représentée). La combustion commence lorsque le mélange est correct, elle atteint la vitesse dtexplosion quand la pression augmente, les soupapes 28 et 30 étant fermées. Une onde sonore sort alors du tube 18 par son extrémité ouverte 40. Un certain volume de gaz expulsé de ce tube par l'ante précitée, ou onde de pression, revient ou est déviée par le déflecteur annulaire 42 et constitue une partie d'une onde de retour dans ltespace situé entre les tubes 16 et 18.Cette onde de retour est réfléchie et entrasse l'aspiration de l'air dans la chambre de résonance 14 à travers les passages 30 et les soupapes 34. Toutefois, tous les gaz de combustion n1 étant pas déviés par le déflecteur 42 la fraction restante s'écoule par l'orifice de sortie 37 et entre dans le canal de sortie 44, lequel est avantageusement prévu de meme longueur que celle de ltespace compris entre les tubes 16, 18 ou espace de ltonde de retour, ctest-à-dire la moitié de la longueur de la chambre de résoeaoee 14. Par conséquent cette fraction des gaz ramène l'onde provenant de la chambre de combustion en phase avec la réflexion de l'onde de retour. Cette réflexion de l'onde de retour passe dans le tube 18 pour provoquer un mélange détonant tandis que la pression augmente à l'extrémité d'entrée de ce tube 18. Une aspiration supplémentaire s'effectue par succion au niveau des valves 32 et 34 pendant les périodes négatives qui séparent les ondes positives successives. Dans le canal de sortie 44 44 l'onde sonore rebondit de la partie de l'organe de fixation 24 qui coopère avec les soupapes à clapet 34, en vue de bloquer par réflexion l'extrémité 20 du tube 16, mais quand la pression dans le canal de sortie 44 est supérieure à celle qui règne dans la chambre aval de régulation 68, une partie des gaz traverse les perforations 48 et les soupapes 50 pour entrer dans ladite chambre 68. La pression se maintient dans cette chambre à une valeur presque égale à celle de pointe engendrée par ltondeXsonore jusqu' ce quelle sorte par la tuyère 45. C'est le passage de ces gaz hors de la tuyère qui produit une aspiration dans la chambre 14 et provoque la succion de Itir additionnel dans le moteur 10. Une fois que celui-ci a démarré la source extérieure d'air sous pression peut être stoppée. Il doit d'ailleurs autre entendu que la description qui précède nta été donnée qutà titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'Invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. REVENDICATIONS 1. Réacteur à combustion interne, caractérisé en ce qutil comprend en combinaison - une enveloppe formant une chambre de résonance fermée pourvue de deux extrémités adjacentes - une ouverture pratiquée dans l'une des extrémités de 12enveloppe en vue de permettre à un fluide d'entrer dans la chambre ; - des dispositifs de soupape associés à l'ouverture en vue de fermer celle-ci pendant les combustions intermittentes qui steffectuent dans la chambre ;; - une autre ouverture ménagée dans l'autre extrémité adjacente de ltenveloppe et qui est aussi pourvue de dispositifs de soupape destinés à admettre de l'air dans la chambre de résonance lorsque des conditions de basse pression règnent dans la partie de cette chambre adjacente à ces derniers dispositifs - des moyens déflecteurs prévus dans ltenveloppe et disposés entre les extrémités adjacentes de la chambre de manière à dévier le fluide qui passe d'une extrémité de celle-ci à l'autre - et des moyens prévus dans l'enveloppe entre les deux extrémités de la chambre en vue de permettre aux gaz de combustion de sortir de celle-ci. 2. Réacteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens permettant la sortie des gaz de combustion sont substantiellement placés à mi-distance entre les deux extrémités de la chambre. 3. Réacteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ltenveloppe comporte des tubes intérieur et extérieur disposés coaxialement, les ouvertures d'entrée dans la chambre étant ménagées au droit de deux des extrémités adjacentes de ces tubes, et ces ouvertures étant prévues dans des moyens agencés dans les tubes vers les extrémités précitées pour les bloquer 11un avec 4. Réacteur auivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'autre extrémité du tube extérieur s'étend au-delà de celle correspondante du tube intérieur en s'zncurvant vers elle pour constituer un déflecteur annulaire propre à dévier les gaz passant entre les deux tubes, ce déflecteur constituant les moyens de sortie sous la forme d'un orifice disposé concentriquement aux tubes. 5. Réacteur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le tube extérieur est pourvu d'un dme stétendant à partir de sa première extrémité et au-delà de l'ensemble des tubes pour constituer un compartiment dont le volume est plus important que celui du fluide traversant les ouvertures au cours d'un cycle unique. 6. Réacteur suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un canal de sortie associé, relié concentriquement au déflecteur et s'étendant co-axialement à partir des tubes intérieur et extérieur. 7. Réacteur suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le canal de sortie est pourvu d'un organe de blocage comportant au moins une ouverture en combinaison avec un dispositif de soupape pour faire jouer à ce canal de sortie le role d'une autre chambre de résonance. 8. Réacteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison - une enveloppe formant une chambre de résonance fermée - une ouverture d'entrée pratiquée dans l'enveloppe pour permettre à un fluide d'entrer dans la chambre - des dispositifs de soupape associés à l'ouverture d'entrée en vue de fermer celle-ci pendant les combustions intermittentes qui s'effectuent dans la chambre ;; - un orifice pratiqué dans l'enveloppe afin de permettre à un fluide de sortir de la chambre - des dispositifs de soupape associés à l'orifice de sortie et qui s'ouvrent sous l'effet d'une pression déterminée pour permettre le passage du fluide - un canal de sortie associé à l'orifice de sortie qutil entoure et s'étendant à partir de l'enveloppe - et un organe de blocage disposé dans le canal de sortie et comportant également au moins une autre ouverture tandis qutun dispositif de soupape est associé à cette ouverture de manière que le canal de sortie constitue une autre chambre de résonance. 9. Réacteur suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'enveloppe comprend deux tubes intérieur et extérieur disposés co-axialement, les premières extrémités adjacentes de ces tubes comportant des ouvertures ainsi que des moyens pour bloquer celles-ci. 10. Réacteur suivant la revendication 9, caractérisé en ce que les tubes présentent une seconde extrémité distante de la première, la seconde extrémité du tube extérieur s'étendant au-delà de celle correspondante du tube intérieur en s'incurvant vers elle pour constituer un déflecteur annulaire propre à dévier les gaz passant entre les deux tubes, ce déflecteur formant un orifice de sortie dont le passage est disposé concentriquement aux tubes.