Brevet FR2368614A1 — publié le 19780519

La présente invention concerne les dispositifs appelés à augmenter la poussée d'un moteur et plus précisément un dispositif à éjection pour l'augmentation de la poussée d'un moteur. Le dispositif réalisiconformément à la présente invention, peut être utilisé avec succès pour l'augmentation de la poussée des moteurs d'avions utilisés par exemple dans l'aviation agricole. L'invention peut aussi être appliquée aux moteurs à réaction des moyens de transport tels que, par exemple, les véhicules à coussin d'air, les locomotives ferroviaires, etc. On connaft un dispositif à éjection pour l'augmentation de la poussée d'un moteur, constitué par un ajutage d'éjection disposé en aval(suivant le sens du courant) de la tuyère de section transversale ronde du moteur. L'ajutage d'éjection est constitué par un convergent, une chambre de mélange et un divergent, disposés successivement suivant le sens du courant et dont les surfaces intérieures forment la surface intérieure profilée de l'ajutage d'éjection. Le jet de gaz de section transversale ronde s'échappe de la tuyère du moteur en fonctionnement arrive dans l'ajutage d'éjection. L'air environnant éjecté par ce jet arrive à travers le convergent dans la chambre de mélange où il se mélange avec ce jet. Le courant de ce mélange passe par le divergent et est éjecté dans l'espace environnant. A la suite des processus d'éjection et de mélange, il se crée une poussée supplémentaire du moteur. L'inconvénient du dispositif à éjection pour l'augmentation de la poussée du moteur, dans lequel la poussée est développée grâce à l'éjection de l'air environnant par le jet s'échappant de la tuyère de section transversale ronde du moteur réside dans la longueur considérable de la chambre de mélange de 1 'ajutage d'éjection. La nécessité d'utiliser une chambre de mélange de longueur importante est due au fait que les propriétés d'éjection des jets de section transversale ronde sont insuffisamment élevées. Dans le cas des jets de section transversale ronde, l'ajutage d'éjection fonctionne efficacement lorsque la longueur de la chambre de mélange est de cinq à huit fois supérieure à ses diamètres. L'encombrement important et le grand poids de ces dispositifs à éjection pour l'augmentation de la poussée rendent leur emploi difficile. Une réduction de la longueur de la chambre mélange conduit à une baisse brusque de l'accroissement de la poussée. Ainsi, par exemple, une reduction de la longueur de la chambre de mélange de deux fois provoque une baisse de 1-' accroissement de la poussée de deux fois. En cas de montage de l'ajutage d'éjection sur un avion, il est indispensable de réduire l'encombrement de l'ajutage en diminuant en premier lieu la longueur de la chambre de mélange, qui, dans la conception connue, est importante. On connaît un dispositif à éjection pour l'augmentation de la poussée, qui a un faible encombrement et dans lequel la longueur de l'ajutage d'éjection est égale à une à deux fois le diamètre de la chambre de mélange. Cependant, ce dispositif pour l'augmentation de la poussée ne peut fonctionner d'une manière efficace que dans le cas où la tuyère du moteur a une section de sortie d'une forme compliquée qui, étant différente de la forme classique ronde ou ovale (par exemple, une section en étoile), assure une augmentation de la surface d'interaction du courant éjecteur et du courant éjecteur et du courant éjecté. Mais le moteur doté d'une tuyère de forme compliquée est d'application limitée. Un tel moteur dépuurvu d'un dispositif à éjection pour l'augmentation de la poussée, ne peut pas être utilisé sur un appareil volant du fait des pertes notables dans la tuyère de forme compliquée. Le but de la présente invention est de supprimer les inconvénients mentionnés. On s'est proposé pour cela de mettre au point un dispositif à éjection pour l'augmentation de la poussée d'un moteur, dont la construction assurerait une augmentation notable de la poussée pour un encombrement et un poids réduits dudit dispositif en comparaison des conceptions connues. Ce problème est résolu du fait que le dispositif à éjection pour l'augmentation de la poussée d'un moteur, du type comportant un ajutage d'éjection à surface intérieure profilée, disposée en aval (suivant le sens du courant) de la tuyère du moteur, est caractérisé-suivant l'invention, en ce quEl est doté d'une virole en forme de cône tronqué, disposée entre la tuyère du moteur et l'ajutage d'éjection de manière que la section d'entrée, de plus grand diamètre, de la virole soit orientée vers la secton de sortie de la tuyère du moteur, et que la section de sortie, de moindre diamètre, delta virole soit orientée vers la section d'entrée de l'ajutage d'éjection, ladite virole comportant suivant son périmètre des fentes longitudinales équidistantes. Dans un tel dispositif à éjection pour l'augmentation de la poussée d'un moteur, le jet de section transversale ronde s'échappant de la tuyère du moteur est transformé en jet de section d'une forme compliquée grâce à l'écoulement d'une partie de l'air par lesdites fentes longitudinales. Le jet de cette forme compliquée présente une surface accrue d'interaction avec l'air environnant en comparaison du jet de section transversale ronde. En conséquence, la masse d'air éjecté par le jet est augmentée et de ce fait l'accroissement de la poussée du mdeur augmente lui aussi. Il est avantageux que dans le dispositif à éjection pour l'augmentation de la poussée du moteur, la géneratrice de la surface de la virole forme avec son axe longitudinal un angle égal sensiblement à 90. On obtient ainsi un rapport optimal entre la valeur de la surface du jet de section transversale d'une forme compliquée et les pertes dues au frottement du jet à travers la virole. Il est recommandé que la surface des fentes constitue sensiblement 5096 de la surface de la virole. Cela contribue également à l'obtention d'un rapport optimal entre la valeur de la surface du jet de section transversale d'une forme compliquée et les pertes dues au frottement au cours de l'écoulement du jet à travers la virole. Il est avantageux que la section de sortie de la virole soit dans le même plan que la section d'entrée de l'ajutage d'éjection. On obtient de cette façon un mélange plus efficace du jet s'écoulant de la virole avec l'air-éjecté de l'atmosphère et, par conséquent, un accroissement plus sensible de la poussée. L'utilisation du dispositif à éjection pour l'augmentation de la poussée du moteur, réalisé conformément à la présente invention, permet d'augmenter notablement l'accroissement de la poussée pour un encombrement et un poids sensiblement réduits en comparaison des conceptions connues. Ainsi, par exemple, la longueur du dispositif d'augmentation de poussée proposé peut, pour un même moteur, constituer un quart de la longueur du dispositif d'augmentation de poussée connu. Ci-après est donnée la description d'exemples de réalisation concrets mais non limitatifs de l'invention, avec référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente schématiquement un dispositif à éjection pour l'augmentation de la poussée d'un moteur, conforme à l'invention (vue en coupe longitudinale) - la figure 2 est une vue suivant la flèche A de la figure 1 - la figure 3 illustre schématiquement un dispositif à éjection pour l'augmentation de la poussée d'un moteur, réalisé conformément à une variante de l'invention, dans laquelle une virole est fixée à l'ajutage d'éjection - la figure 4 est une vue du même dispositif suivant la flèche B de la figure 3 - la figure 5 représente une courbe illustrant la relation entre iR R~ et 2 , max où est l'angle d'inclinaison de la génératrice de la surface de la virole par rapport à son axe longitudinal #R est l'accroissement de la poussée pour différentes valeurs de l'angle d'inclinaison ; fXR max est l'accroissement maximal de la poussée pour un angle d'inclinaison &alpha; égal à 9 20'; - la figure 6 représente la courbe illustrant la relation entre R et m, AR max où m est le nombre de fentes, nu est l'accroissement de la poussée pour différents nombres de fentes ;nRmax est l'accroissement maximal de poussée obtenu pour un nombre de fentes égal à quatre - la figure 7 illustre la courbe de variation de en en fonction de h , où h est la largeur d'une fente AR max d est le diamètre de la section de sortie de la tuyère LER est l'accroissement de la poussée pour différentes valeurs de h/d ; #Rmax est l'accroissement maximal de la poussée, obtenu à la valeur optimale du rapport h/d , soit 0,32 ; - la figure 8 représente la courbe de variation Rmax en fonction de l/d, où l est la longueur d'une fente ; d est le diamètre de la section de sortie de la tuyère ;R est l'accroissement de la poussée pour différentes valeurs du rapport z RmaX est l'accroissement de la poussée pour la valeur optimale du rapport - la figure 9 représente les courbes de variation de la poussée R du moteur en fonction du nombre n de tours du moteur sans dispositif à éjection pour l'augmentation de la poussée, avec dispositif d'augmentation de poussée réalisée selon une conception connue, et avec dispositif-à éjection pour l'augmentation de la poussée exécuté conformément à la présente invention, respectivement - la figure 10 représente les courbes de variation de la poussée R du moteur et de sa poussée excédentaire R-Q (où :Q est la résiatance de l'avion) en fonction de la vitesse V de vol de l'avion avec utilisation du dispositif à éjection d'augmentation de la poussée exécuté conformément à la présente invention, et sans dispositif d'augmentation de poussée, respectivement. Le dispositif à éjection pour l'augmentation de la poussée d'un moteur comporte un ajutage d'éjection 1 (figure 1) disposé, suivant le sens du courant, en aval de la tuyère 2 du moteur à réaction (non représenté), celle-ci étant de section transversale ronde. L'ajutage d'éjection 1 est disposé suivant le même axe 0-0 que la tuyère 2 et est fixé au fuselage 3 de l'appareil volant à l'aide de pilons 4. L'ajoutage d'éjection 1 est exécuté en forme d'un corps de révolution avec une surface intérieure profilée formée par un convergent 5, c'est-à-dire par la partie de l'ajutage allant en se rétrécissant suivant le sens du courant, une chambre de mélange cylindrique 6 et un divergent 7, c'est-à-dire la partie de l'ajutage allant ens'élar2issant suivant le sens du courant, sous un angle p égal à 30. Le convergent 5, la chambre de mélange 6 et le divergent 7 sont disposés successivement suivant le sens du courant. La surface extérieuryt de l'ajutage d'éjection 1 est réalisée conique. Le dispositif d'augmentation de poussée comporte aussi une virole 9 (figureah et 2) disposée suivant l'axe 0-0 entre la tuyère 2 du moteur l'ajutage d'éjection 1. La section d'entrée 10 (figure 1) de la virole 9 est orientée vers la section de sortie 2a de la tuyère 2 tandis que la section de sortie Il de la virole 9 est orientée vers la section d'entrée la de- l'ajutage d'éjection 1. Dans la virole 9 sont pratiquées des fentes longitudinales 12 équidistantes. Dans la variante décrite de réalisations de l'invention, on a pratiqué quatre fentes à arêtes (bords) longitudinales parallèles 13. Les arêtes avant 14 des fentes 12 sont disposées à une certaine distance de la section d'entrée 10 de la virole 9. Du côté de la section de sortie Il de la virole 9, les fentes sont réalisées ouvertes. Selnn d'autres variantes de réalisation de l'invention, le nombre de fentes 12 peut varier par exemple de trois à six. En vue dever la rigidité de la virole 9, on a prévu sur sa surface extérieure des ailettes 15 disposées uniformément entre les fentes 12. La virole 9 est fixée à la tuyère 2 à l'aide d'un élément profilé de fixation 16. Grâce aux fentes 12, le jet s'écoulant de la tuyère 2 à travers la virole 9 prend une forme complexe. En conséquence, l'aptitude à l'éjection du jet est améliorée et de citait l'accroissement de la poussée augmente lui aussi. La génératrice 9a de la surface de la virole forme avec l'axe longitudinal 0-0 un angle &alpha; égal à 90201. Selon d'autres variantes de rédisation de l'invention, cet angle peut varier de 80 à 110 Les figures 3 et 4 représentent un dispositif à éjection pour l'augmentation de la poussée, dont la conception est analogue à celle qu'on vient de décrire, mais dans ce cas la virole 9 est fixée directement à l'ajutage d'éjection 1 au moyen des ailettes 17. La figure 5 représente une courbe illustrant la relation entre le rapport i2R et la valeur de l'angle 2&alpha; où: #R est AR max l'accroissement de la poussée pour différents angles 2 ct, et X ax est l'accroissement de la poussée à la valeur optimale de l'angle 2G(, soit 18040t, les valeurs 2 dudit angle étant portées sur l'axe des abscisses.Cette relation est montrée pour un dispositif à éjection pour l'augmentation de la poussée, comportant une virole dont le nombre "m" de fentes 12 est égal à quatre, et pour un rapport hd égal à 0,24 et un rapport g égal à 0,92, où h est la largeur d'une fente, 1 est sa longueur, d est le diamètre de la section de sortie 2a de la tuyère 2 du moteur. La courbe montre que le rapport maximal, égal à 1, est obtenu pour un angle 2 o( égal à max 18040". La figure 6 représente une courbe illustrant la relation entre le rapport et m, où:AR est l'accroissement de la max poussée pour différents nombreQ!e fentes 12, tandis que max est l'accroissement de la poussée pour la valeur optimale du nombre m de fentes 12, soit quatre, les valeurs de m étant portées sur l'axe des abscisses. La courbe est donnée pour les valeurs suivantes : 2&alpha; égal à 18 40', h/d = 0,24, d = 0,92. La d - courbe montre que le rapport R max est maximal (égal à 1) lorsque le nombre de fentes m est égal à-quatre. La superficie des fentes 12 de la virole 9 constitue sensiblement 50% de sa surface. La figure 7 représente une courbe illustrant la relation entre le rapport et le rapport h porté sur l'axe des max abscisses, où :#R est l'accroissement de la poussée pour différentes valeurs du rapport hd ;LRmax est l'accroissement h de la poussée à la valeur optimale du rapport h/d ; soit 0,32, dans lequel, de la même manière que dans les cas précédents, h désigne la largeur de la fente, d est le diamètre de la section de sortie 2a de la tuyère 2. Cette courbe concerne le cas où le nombre m de fentes 12 est égal à 4, l'angle 2c(= 18 40', l/d = 0 92, où 1 est la longueur de la fente. La figure 8 représente une courbe illustrant la relation entre le rapport #R et le rapport l/d et ce, pour les valeurs #Rmax suivantes : 2&alpha; = 18 40', m=4, d = 0,32, où tuR est l'accroissement de la poussée aux différentes valeurs du rapport l/d ; #Rmax est l'accroissement de la poussée à la valeur optimale du rapport l/d. Les courbes sur la figure 7 et 8 montrent qu'il existe des valeurs optimales de la longueur 1 et de la largeur h des fentes 12, dont la superficie constitue 50% de la superficie de la virole 9. Dans la variante décrite de réalisation de l'invention, la section de sortie 11 de la virole 9 est disposée dans le même plan que la section d'entrée la de l'ajutage d'éjection 1. Le dispositif à éjection pour-l'augmentation de la poussée d'un moteur fonctionne de la manière suivante. Le jet de section transversale ronde s'échappant par section de sortie 2a de la tuyère 2 du moteur en fonctionnement, arrive dans la virole 9. Grâce à la conicité de celle-ci et aux fentes 12, le jet de section transversale ronde se transforme dans la virole 9 en un jet dont la section transversale a une forme complexe. En conséquence, la surface du jet s'écoulant de la virole 9 augmente. Le jet dont la surface est ainsi augmentée éjecte une plus grande quantité d'air de l'espace environnant. L'air entraîné par le jet parvient au convergent 5 de l'ajutage d'éjection 1 et sa vitesse croit. Dans la chambre 6, l'air entraîné commence à se mélanger avec le jet. Le mélange continue dans le divergent 7. Le courant arrivant dans le divergent 7 se ralentit et est éjecté dans l'espace environnant. A la suite de la réunion de l'air éjecté au jet s'écoulant de la virole 9, il se crée une poussée complémentaire dont la valeur est proportionnelle à la masse d'air additionnée. Un échantillon expérimental du dispositif à éjection pour l'augmentation de la poussée a été installé sur un avion agricole équipé d'un moteur de type AI-25. Sur la figure 9, on a représenté les courbes expérimentales de la relation entre, dtune part, la poussée Rkg d'un moteur de type AI-25 équipé d'un dispositif à éjection pour l'augmentation de la poussée (courbe C) et non équipé d'un tel dispositif (courbe D), et d'autre part, la vitesse n de rotation par minute du rotor d'un compresseur à haute pression. Les courbes font apparaître que la poussée du moteur doté d'un dispositif à éjection pour l'augmentation de la poussée est sensiblement supérieure (de 11% environ). La même relation, mais pour la poussée d'un moteur doté d'un dispositif connu d'augmentation de la poussée, réalisé sans virole conique, est montrée sur la figure 9 par la courbe E.Il ressort de la figure 9 que l'utilisation de la virole conique augmente sensiblement l'accroissement de la poussée. A l'aide du dispositif à éjection pour l'augmentation de la poussée il est possible d'augmenter la poussée en régimes de décollage d'un aviron agricole équipé d'un moteur à turboréacteur du type AI-25. Les résultats des essais en soufflerie de l'avion équipé d'un moteur du type AI-25 en fonctionnement tant avec un dispositif à éjection pour l'augmentation de la poussée que sans un tel dispositif, sont donnés sur la figure 10 sous forme de courbes de variation de la poussée Rkg en fonction de la vitesse de vol V m/s en régimes de décollage du moteur. La courbe L sur la figure 10 correspond au vol avec un dispositif à éjection pour l'augmentation de la poussée, alors que la courbe P concerne le vol sans ce dispositif. Sur cette même figure on a représenté en traits interrompus les relations entre la vitesse de vol V m/s et la valeur R-Q représentant la différence entre la puussée Rkg et la résistance aérodynamique totale Q de l'avion équipé d'un dispositif à éjection pour l'augmentation de la poussée, réalisé conformément à la présente invention (courbe S), et sans un tel dispositif (courbe T). Les relations représentées sur la figure 10 montrent que la poussée Rkg et la poussée excédentaire R-Q de l'avion avec dispositif à éjection pour l'augmentation de la poussée augmentent sensiblement. Cela permet de diminuer sensiblement la longueur de la distance de décollage de l'avion. Un échantillon expérimental du dispositif proposé a subi des essais à tous les points de vue. Les résultats des essais ont montré l'efficacité suffisamment élevée de son fonctionnement. La longueur totale du dispositif proposé, pour un moteur de type AI-25, est égal à environ cinq fois le diamètre de la section de sortie de la tuyère, alors que la longueur totale du dispositif d'augmentation de poussée connu est égale à environ 17,5 fois le diamètre de la section de sortie de la tuyère. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent R E V E N D I C A T I O N S 1 - Dispositif à éjection pour l'augmentation de la poussée d'un moteur, du type comportant un ajutage d'éjection à surface intérieure profilée, disposé, suivant le sens du courant, en aval de la tuyère du moteur, caractérisé en ce qu'il comporte une virole en forme de cône tronqué, disposée entre la tuyère du moteur et l'ajutage d'éjection de manière que la section d'entrée, de plus grand diamètre, de la virole soit orientée vers la section de sortie de la tuyère du moteur et que la section de sortie, de plus petit diamètre, de la virole soit orientée vers la section d'entrée de l'ajutage d'éjection, ladite virole comportant suivant son périmètre des fentes longitudinales équidistantes. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la génératrice de la surface de la virole forme avec son axe longitudinal un angle sensiblement égal à 90. 3 ^ Dispositif suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la surface des fentes précitées constitue sensiblement 5046 de la surface de la virole. 4 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la section de sortie de la virole est disposée dans le même plan que la section d'entrée de l'ajutage d'éjection.