Brevet FR2515263A1 — publié le 19830429

@@tres d'air supersonique en demi-corps de révolution pour propulseurs a réaction. notamment pour moteurs-fusées Qu type statoreacteur à propergols solides La présente invention concerne une entrée d'air supersonique en demi-corps de révolution, avec obstacle semiconique, pour propulseurs à réaction, notamment pour moteursrusées du type statoréacteur à propergols solides sans régul@tion mécanique du débit d'entrée d'air ni du courant de po@ssee pour La propulsion de missiles et aéronefs guidables, rie lente d'air qui est enjambée par un soc, ou éperon, le couche limite laissant passer le courant de couche limite du mis- slle ou de L'aéronef étant placée entre la surtace de base de ladi@e entrée d'air, ou de l'obstacle,ct le contour extérieur, voisin, dudit missile ou avion et un dispositif d'éjection d'air etant installé dans la région du lux, ou veine, rectiligne échappé, et oscillant en va-et-vient, dans l'état de fonctionnement sous-critique. Uns les avions se déplaçant avec des nombres de Mach en vol "levés, le diffuseur supersonique convertit en énergie de pression la lorte énergie cinétique de l'air affluant en detruisant la vitesse de ce dernier. Dans les propulseurs du type statoreacteur, le diffuseur supersonique est seul à assumer cette tâche. L'air ainsi comprimé est ensuite utilisé en air de combustion dans la chambre prevue å cet usage. Lesfiux (le compression apparaissant de taçon caractéristique pour les courants supersoniques sur des corps entourés par ceux-ci sont utilisés à la conversion d'énergie cinetique en cnergie de pression dans les entrées supersoniques0 Dans celles qui sont affectées à des propulseurs de vol, il se présente successivement plusieurs Ilux de compression obliques et un Ilux de compression terminal vertical derrière lequel il regne un courant subsonique dont la vitesse diminue encore élans le diffuseur subsonique suivant avec augmentation simultanée de la pression. On distingue dans les diffuseurs supersoniques deux états de lonctionnement, à savoir le fonctionnement "surcritique", dans lequel le flux de compression terminal vertical se trouve a l'intérieur du diffuseur et le fonctionnement "sous-critique" dans lequel ce meme flux de compression terminal migre devant le bord du canal d'entrée. Ce second état de fonctionnement, souvent inévitable dans les propulseurs des missiles non soumis à régulation, s'accompagne de processus d'écoulement instables. Ce phénomène est appelé "ronflement" dans le langage technique. En même temps le flux de compression vertical, qui a deja migré devant le bord avant du canal d'entrée, ne trouve pas de position stable et oscille en déséquilibre.Cela provoque de fortes variations de pression dans l'écoulement et par conséquent une chute importante de la pression moyenne et du débit d'air. Dans les réacteurs à combustible liquide, il peut en résulter l'extinction de la chambre de combustion0 De plus, dans des missiles comportant, par exemple au nombre de quatre, plusieurs entrées d'air reparties sur le pourtour et n'alimentant en oxygène atmos phénique qu'une seule chambre de combustion et dans des situations de vol à fort angle de dérapage, la chute de pression provoquée dans une entrée d'air par le ronflement peut engendrer, avec les autres entrées d'air, des inter fèrences entraînant des retours de courant accompagnés de jaillissement de flammes.Enfin, en mettant les choses au pis, le ronflement peut causer la destruction mécanique complète de la structure de l'entrée d'air et du missile0 C'est pourquoi il faut absolument éviter ce "ronflement" extremement nuisibles un y parvient souvent en ne plaçant pas le point d'application au point de fonctionnement critique théoriquement favorable, mais en le transférant quelque peu à l'intérieur de la zone sur critique, Normalement, l'entrée d'air fonctionne la de façon stable avec une faible résistance d'entrée et un gain de pression suffisamment élevé. Un moyen particulier pour empêcher, meme dans des situations de vol exceptionnelles, le redoutable ronflement en toute certitude dans des entrées d'air supersoniques pour moteurs-fusées du type statoréacteur consiste, comme l'expose la demande de brevet allemand DE-OS 28 01 119, à ménager sur ou dans le corps d'obstacle semi-conique des ouvertures, ou fentes, de sortie d'air dans la zone où le flux de compression vertical happé dans l'état de fonctionnement fortement sous-critique se trouve provisoirement et oscille de-ci, de-la. L'écoulement de la couche limite dans la zone précitée du diffuseur d'entrée, ou du corps d'obstacle, située directement devant le plan d'entrée de l'air stabilise là le flux de compression échappé et empêcne par conséquent le ronflement. Les ouvertures de sortie de ce dispositif d'éjection débouchent en direction de la fente de couche limite, cl le soc de couche limite est établi en sorte que la pression dans ladite rente de couche limite soit inrérieure à celle qui règne sur la surface du corps d'obstacle, c'est-à-dire derrière le premier flux de compression, mais au moins inférieure à la pression que l'on observe derrière le rlux de compression vertical échappé, en arrière duquel le courant de sortie a alors lieu. Mais, dans l'état de fonctionnement surcrìtique aussi, il se pose, dans les entrées flair supersoniques, des problèmes particuliers pouvant avoir des effets désavantageux sur le comportement de puissance dc. l'installation de propulsion. Etant donné que, d'une part, pour des raisons de demande de puissance changeante du propulseur et de situations de vol différentes, on ne peut pas non plus eviter des états de fonctionnement surcritiques, cela notamment dans des entrées d'air supersoniques à géométrie d'entrée rigide, il faut, d'autre part, avoir soin que, dans cet état de fonctionnement, il ne se perde sur l'entrée d'air, par écoulement latéral sur la partie avant du corps d'obstacle semi-conique, que es quantités d'air aussi faibles que possible. L'invention a par conséquent pour objet une entrée d'air supersonique qui, d'une part, empeche le mieux possible dans l'état de fonctionnement fortement surcritique un écoulement d'air de la zone de pression plus élevée qui règne audessus du corps d'obstacle avant le plan entrée d'air vers le côté inférieur dudit corps. d'obstacle, ou la prépondérance revient à une pression relativement faible, mais qui, d'autre part, n'empeche pas dans l'état dé fqnctionnement sous-critique l'écoulement d'air immédiatement devant le plan'd'entrée à travers le dispositif d'éjection précité aux fins de suppression du ronflement0 Cette entrée d'air supersonique est caractérisée par le fait que, pour engendrer une pression égale en symétrie de révolution, l'obstacle semi-conique est complété sur le c8té inférieur de son fond par un obstacle semi-conique auxiliaire s'étendant de la pointe conique jusque dans la zone du plan d'entrée de l'air, mais au moins jusque la limite avant du dispositif d'éjection et cet obstacle semi-conique auxiliaire est creux au moins dans. la zone placée sous le dispositif d'éjection. Dans une variante avantageuse de l'invention, un coinobstacle allant de la pointe de l'obstacle semi-conique jusque devant le dispositif déjection est établi sur le coté inférieur du 'fond dudit obstacle semi-conique afin d'engendrer une pression correspondant approximativement à celle qui règne au-dessus de ce même obstacle et a. une faible distance derrière le coin- obstacle il se trouve, pour recevoir l'air éjecté, sur le coté inférieur du fond dudit obstacle, dans la zone située sous le dispositif d'éjection, une boite d'écoulement ouverte devant et trapézoidale avec des parois latérales dirigées sous orme conique vers l'arrière, leurs aretes avant se rattachant aux arêtes longitudinales du fond de l'obstacle et leur angle de pente conique correspondant approximativement à celui du coinobstacle, placé plus en avant0 Le dispositif selon l'invention offre cet avantage que, dans l'état de fonctionnement surcritique, la sortie de débits partiels d'air en débits de pertes, de la zone de pression plus t levée se trouvant au-dessus de obstacle semi-conique derriere le premier flux de compression vers la zone de basse pression se trouvant au-dessous dudit obstacle semi-conique, c'est-à-dire vers la fente de couche limite, se trouve fortement diminues be courant d'entrée d'air bénéfie donc du débit d'air qui sans cela sortirait, si bien que, pendant cet état de fonctionnement anormal, on évite pour une large part une chute de puissance et la sécurité du fonctionnement est accrue. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée de deux modes de réalisation pris comme exemples non limitatifs et illustrés schématiquement par le dessin annexé, sur lequel : la figure t est une vue de côté d'une entrée d'air en demi-corps de révolution selon ladite invention pendant l'état de fonctionnement fortement sous-critique la figure 2 représente de la même façon une variante d'une telle entrée d'air en demi-corps de révolution, également pendant l'état de fonctionnement fortement sous-critique la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2. Les entrées d'air ainsi représentées se composent essentiellement d'un corps d'obstacle semi-conique t et d'une enveloppe d'entrée d'air 2 dont l'arête avant 2a termine le plan d'entrée E. Pour ménager le courant de couche limite SG à fortes pertes qui règne entre le missile 3 et le caté inférieur du fond 4 de l'entrée d'air, il est établi dans la fente de couche limite G, soit un socle de couche limite 5, soit un corps d'espacement Sa. Un dispositif d'éjection 6 est installé sur le corps d'obstacle 1, immédiatement devant le plan d'entrée E, dans la zone dans laquelle le flux rectiligne échappé Stg se trouve pendant l'état de fonctionnement fortement xous-critique. Plusieurs rangées de trous d'éjection z sont en même temps ménagées dans une tôle de recouvrement 8 qui est posée sur le corps d'obstacle 1, ici creux. Seloii la figure 1, le corps d'obstacle semi-conique 1 est complété, sur le côté inférieur de son fond 4, par un corps d'obstacle semi-conique 10 s'étendant de la pointe conique 9 jusque dans la zone du plan d'entrée d'air E et destiné à engendrer une pression égale en symétrie de révolution0 Il règne donc également au-dessus du corps d'obstacle auxiliaire 10 une pression telle qutau-dessus du corps d'obstacle semiconique 1 derrière le premier flux oblique St1.L'air éjecté AL parvient par les trous 7 à l'intérieur du corps d'obstacle 1, qui est creux au moins ici, et de là, pr les ouvertures de sortie 11 ménagées dans le fond 4 du corps d'obstacle 1, puis à travers le corps d'obstacle auxiliaire 10, également creux ici au moins, à l'intérieur du socle de couche limiter 5, d'où il s'écoule vers l'arrière. Selon les figures 2 et 3, un coin-obstacle 12 allant de la pointe du corps d'obstacle semi-conique t jusque devant le dispositif d'éjection 6 est établi sur le caté inférieur du fond 4 dudit corps d'obstacle semi-conique t, ce coin obstacle 12 engendrant une pression correspondant approximativement à celle qui règne au-dessus de ce meme corps d'obstacle 1 et derriere le premier flux oblique Sti. A une faible distance derrière ce coin-obstacle 12 il se trouve, sur le côté inférieur du fond 4 du corps d'obstacle semi-conique 1 dans la zone située sous le dispositif d'éjection 6, une boîte d'écoulement d'air 13 ouverte devant et trapézoidale avec des parois latérales 14 dirigées sous forme conique vers l'arrière-O Les arêtes avant 15 de ces parois latérales 14 se rattachent aux arêtes longitudinales 16 du fond 4 du corps d'obstacle semi-conique 1, et leurs angles de pente coniques a correspondent à eux deux au double angle au sommet 20a du coin-obstacle 120 L'air éjecté ÂL parvient du dispositif 6, par les ouvertures de sortie 11, à l'intérieur de la boîte d'écoulement 13 et, de là, à l'intérieur du corps d'espacement suivant 5a, d'où il poursuit son écoulement vers l'arrières Le coin-obstacle 12 est destiné à engendrer dans la fente de couche limite G, sous le corps d'obstacle semi-conique 1 et jusque dans la zone qui précède le aispositif d'éjection 6, une pression qui corresponde approximativement à celle qui règne au-dessus du corps d'obstacle semi-conique 1 derrière le premier flux oblique Stg. On empêche ainsi, pendant le fonctionnement surcritique, une sortie d'air vers la fente de couche limite G à travers ledit corps d'obstacle semi-conique te L'entrée d'air et, par suite, le processus de combustion bénéficient de cette part d'air. Une basse pression prédomine en revanche à l'intérieur de la boîte d'écoulement 13, si bien que, pendant le fonctionnement sous-critique, une sortie d'air éjecté AL est possible à travers le dispositif d'éjection 60 REVEDICATIONS 1. Entrée d'air supersonique en demi-corps de révolution, avec obstacle semi-conique, pour propulseurs à reaction, notamment pour moteurs-fusées du type statoréacteur à propergols solides sans régulation mécanique du débit d'entrée d'air ni du courant de poussée pour la propulsion de missiles et aéronefs guidables, une fente d'air qui est enjambée par un soc, ou éperon, de couche limite laissant passer le courant de couche limite du missile ou de l'aéronef étant placée entre la surface de base de ladite entrée d'air, ou de l'obstacle, et le contour extérieur, voisin, dudit missile ou avion et un dispositif d'éjection d'air étant installé dans la région du flux ou veine, rectiligne échappé et oscillant en va-et-vient, dans 11 état de fonctionnement sous-critique, entrée d'air caractérisée par le fait que, pour engendrer une pression égale en symétrie de révolution, l'obstacle semi-conique (1) est complété sur le coté inférieur de son fond (4) par un obstacle semi-conique auxiliaire (lo) S t étendant de sa pointe conique (9) jusque dans la zone du plan d'entrée d'air (E), mais au moins jusqu'à la limite avant du dispositif d'éjection (6) et cet obstacle semi-conique auxiliaire (10) est creux au moins dans la zone placée sous- le dispositif d'éjection (6). 2. Entrée d'air supersonique en demi-corps de révolution selon la revendication 1 caractérisée par le fait qu'un coin-obstacle (12) allant de la pointe (9) de l'obstacle semi-conique (1) jusque devant le dispositif d'éjection (6) est établi sur le cote, inférieur du fond (4j dudit obstacle semi-conique (1) afin d'engendrer une pression correspondant approximativement à celle qui règne au-dessus de ce même obstacle (1) et à une faible distance derrière le coin-obstacle (12) il se trouve, pour recevoir l'air éjecté (AL), sur le côté inférieur du fond (4) de l'obstacle (1), dans ia zone située au-dessous du dispositif d'éjection (6) une boîte d'écoulement (13) ouverte devant et trapézoidale avec des parois latérales (14) dirigées sous torme conique vers l'arriere, leurs arêtes avant (15) se rattachant aux aretes longitudinales (16) du fond (4) de l'obstacle (1) et leur angle de pente conique (a) correspondant approximativement à celui du coin-obstacle (12), placé plus en avant0