Brevet FR2519377A1 — publié le 19830708

f 2519377 La présente invention se rapporte à un statoréacteur, en particulier fonctionnant avec des combustibles contenant, sous forme -de particules, du bore ou autresmatièresrichesen énergie à haute température de fusion et de vaporisation, avec diffuseurs d'entrée d'air répartis sur la périphérie du propulseur pour amener l'air à la chambre de combustion. Les statoréacteurs connus du type précité, qu'il est intéressant d'utiliser comme propulseurs de croisière pour missiles dans la mesure o ils offrent la possibilité d'une structure totalement intégrée, laissent toujours à désirer en ce qui concerne le taux de combustion et l'étendue de la zone de stabilité Cette difficulté est encore accrue si, au lieu des combustibles liquides usuels, on utilise des combustibles riches en énergie et contenant des particules telles que du b( re, de l'aluminium, du magnésium ou analogue en suspension dans des hydrocarbures liquides ou des charges propulsives ri. ches en combustibles avec additions du type précité, Cet étai de chose peu satisfaisant est attribué au fait que dans tous les types de propulseur en question tous les diffuseurs d'en- trée d'air étaient jusqu'ici, côté sortie, exclusivement rac- -cordés à la zone antérieure de la chambre de combustion Avec une telle amenée de la totalité de l'air à la chambre de com- bustion, il s'avère en effet que la réalisation d'une zone de température suffisamment élevée et d'un temps de séjour suf- fisamment long à l'intérieur de la chambre pour la combustion principale, avec en m 9 me temps la température modérée exigée pour des raisons d'économie à la sortie de la chambre de com- bustion, est extrêmement problématique On s'est efforcé de résoudre ces difficultés par l'incorporation de pièces rap- portées dans la chambre de combustion On s'est toutefois ren compte que de telles pièces rapportées obstruaient presque co plètement la chambre de combustion et rendaient très difficil l'introduction d'une charge propulsive de démarrage à l'inté- rieur de la chambre de combustion. La présente invention a par conséquent pour objet de mettre au point un statoréacteur du type précité qui soit fie ble, de construction simple et qui présente, par rapport aux propulseurs connus de la même catégorie, un taux de combustic amélioré et une plage de stabilité élargie, et ce, sans 2 2519377 écessiter le montage de pièces rapportées encombrantes dans la chambre de combustion. Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait que l'on divise la totalité de l'air sortant des diffuseurs d'entrée en air de combustion pour la zone avant de la chambre de combustion servant de chambre à flamme et en air de mélange canalisé pour la zone arrière de la chambre de combustion ser- vant de chambre de mélange, l'amenée d'air de mélange se fai- sant sur le côté externe du propulseur tout en lui conservant un contour aérodynamique favorable. Cette mesure préconisée par l'invention peut être réa- lisée sans coûteuses modifications de la construction Ce fai- sant, on obtient un statoréacteur dont la section transversale de la zone avant de la chambre de combustion ne reçoit pas la totalité de l'air, mais uniquement une quantité d'air de combus- tion se montant à une petite fraction de cette dernière Le ra- lentissement de la vitesse et par conséquent le temps de séjour de l'air de combustion dans cette zone avant de la chambre de combustion se trouve modifié dans les m 9 mes proportions La ré- action entre l'air de combustion et le combustible s'effectue en pareil cas à un très haut niveau de température d'o un taux de combustion élevé et une large zone de stabilité Cet effet favorable se manifeste en particulier avec les combustibles qui contiennent sous forme de particules du bore ou autresmatières richesen énergie à haute température de fusion et de vaporisa- tion En cas de trop basse température dans la zone avant de la chambre de combustion, une couche d'oxyde liquide reste en effet collée sur la surface des particules de matières solides Pour la combustion de ces particules sur la face interne de cette couche d'oxyde, il faut que cette dernière soit traversée par l'oxygène nécessaire ce qui demande un certain temps dans les conditionsspatiales et d'écoulement données Le fait que le haut niveau de température avantageux pour les raisons précitées puis- se être garanti dans la zone avant de la chambre de combustion avec la température finale en même temps économique, et cesans qu'il faille recourir à des éléments incorporés encombrants dans la chambre de combustion, s'explique par le guidage de l'écoulement selon l'invention de l'air de mélange ayant une fonction déterminée La caractéristique essentielle en pareil cas est que l'air de mélange est amené à un point de la chambre de combustion qui est optimal du point de vue de la technique de combustion Pour finir, dans le statoréacteur selon l'in- vention, le fait de pouvoir renoncer, comme indiqué, aux élé- ments rapportés dans la chambre de combustion pour séparer l'air de mélange de l'air total s'est révélé avantageux lors- qu'il s'agit de loger dans la chambre de combustion une charge propulsive suffisamment grande pour le démarrage. Dans un mode de réalisation selon l'invention, on a, pour des raisons pratiques et tout en laissant subsister des ouvertures latérales pour amener l'air de combustion à la cham, bre à flamme, monter à chaque fois en aval des diffuseurs d'en- trée un canal d'air de mélange allant à la chambre de mélange à l'intérieur de son revêtement externe Si l'on tient en pareil cas à procéder à un découplage des courants d'air de combustion et d'air de mélange, cela peut se faire de façon simple en dis- posant des buses soniques dans les canaux d'air de mélange Il en résulte assurément des pertes de charge supplémentaires Ceî pertes de charge peuvent être supprimées si, en renonçant aux buses soniques dans les canaux d'air de mélange, on utilise l E zones ultrasoniques des différents diffuseurs d'entrée pour le découplage de l'écoulement A cette fin on installe, selon les caractéristiques de l'invention, dans chaque diffuseur d'entréE une t 8 le séparatrice qui s'étend à travers la zone subsonique jusque dans la zone supersonique et qui sépare ce diffuseur en un secteur d'air de combustion communiquant uniquement avec l'ouverture d'amenée à la chambre à flamme et en un secteur d'air de mélange communiquant uniquement avec le canal allant à la zone arrière de la chambre de combustion Si on utilise cg dernier mode de découplage, on a en outre la possibilité de faire varier selon les besoins le pourcentage air de combus- tion air de mélange au moyen d'un simple tiroir Cette va- riation du pourcentage air de combustion air de mélange peut se faire de façon très simple même en cas d'absence dé tôle de séparation En pareil cas, il suffit de disposer un dispositif d'étranglement dans le ou les différents canaux d'air de mé- lange. Ces dispositifs de découplage précités qui viennent d'être décrits peuvent être supprimés si, selon un autre mode de réalisation de l'invention, on dispose sur la périphérie du propulseur des diffuseurs d'entrée séparés pour l'air de combustion et l'air de mélange Il est alors recommandé, en cas de manoeuvre de vol avec des diffuseurs d'entrée à écou- lement d'air différent mais constant, d'affecter ceux avec les plus mauvais écoulements à la chambre à flamme et les au- tres à la chambre de mélange. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la des- cription de modes de réalisation pris comme exemples mais non limitatifs, et illustrés par le dessin annexé, sur lequel: la figure 1 est une vue frontale d'un missile de gran- de portée servant par exemple à des missions contre des objec- tifs maritimes et muni d'un statoréacteur conçu pour vitesse supersonique; la figure 2 est une coupe longitudinale du missile selon la figure i; la figure 3 est une vue frontale d'un diffuseur d'en- trée d'air supersonique en forme de demi-corps de révolution et modifié par rapport aux figures 1 et 2; la figure 4 est également une coupe longitudinale d'un autre missile avec propulseur modifié par rapport à la figure 2; la figure 5 est une vue frontale du missile selon la figure 4. La partie avant 2 du missile 1 selon les figures 1 et 2 contient l'équipement et la charge utile Elle renferme en outre une cavité 6 dans laquelle est logé le générateur de gaz 7 Ce dernier a pour fonction de fournir le gaz de combustion nécessaire au fonctionnement du statoréacteur 8 placé à l'ar- rière Ce gaz de combustion peut par exemple réagir spontanément avec l'air de retenue, ce qui rend superflu tout dispositif d'allumage Il est constitué dans l'exemple représenté par le produit de réaction provenant de la combustion d'une charge pro- pulsive extrêmement pauvre en oxygène avec teneur en particules de matières solides d'un ordre de grandeur de par exemple 75 % en poids, environ 40 % en poids de bore, 10 % en poids d'alu- minium, 25 % en poids de perchlorate d'ammonium et 25 % en poids de liant manquant. La chambre de combustion 9 et la tuyère de poussée 10 du statoréacteur arrière 8 sont établies pour de longuesdurées 2 2519377 de combustion Cet établissement prévoit, en guise de protec- tion thermique,l'emploi d'un matériau 11 dérivant la chaleur aux endroits o cela parait judicieux en raison des sollicita- tions thermiques En ce qui concerne la chambre de combustion 9 il y a lieu de remarquer que, dans la zone avant 9 a, elle sert, comme on peut le voir sur la figure 2,de chambre à flamme pour la combustion stoechiométrique ou presque du gaz de combustion, pénétrant par la tuyère 12 dans la paroi frontale avant de la chambre, avec une fraction relativement petite, de l'air total provenant par exemple de quatre diffuseurs d'entrée supersoni- ques 13 régulièrement répartis sur la périphérie du missile (figure 1), et, dans la zone arrière 9 b, de chambre de mélange dans laquelle le reste de la quantité d'air est ajouté au gaz de combustion chaud lorsque celui-ci sort de la chambre à flam- me 9 a pour aller à la tuyère de poussée 10 Pour effectuer cette division de l'air en air de combustion et en air de mé- lange, en aval de chaque diffuseur d'entrée supersonique 13 est monté, tout en laissant subsister une ouverture d'admission latérale 14 pour amener l'air de combustion à la chambre à flan. me 9 a, un canal d'air de mélange 16 conduisant, à l'intérieur du revêtement externe 15, à la chambre de mélange 9 b Ces ca- naux d'air de mélange 16 au nombre de quatre au total, se ter- minent au niveau des ouvertures 17 de la surface latérale de la chambre de combustion 1 au point de transition entre la chambr( à flamme 9 a et la chambre de mélange 9 b Dans la zone des ou- vertures 17, ils prennentcomme on peut le voir sur la figure 2, une allure oblique par rapport à l'axe longitudinal du propul- seur, ce qui, en liaison avec les sections transversales rela- tivement grandes des canaux, se révèle avantageux pour le mé- lange dans la mesure o il se produit des jets d'air de mélange pouvant traverser jusqu'au milieu de la chambre. Si, dans le cas présent, on veut réaliser un découpla- ge mécanique entre les courants d'air de combustion et les cou- rants d'air de mélange, il suffit de disposer une tuyère soni- que 18 dans les différents canaux d'air de mélange 16 Il est possible d'intervenir en fonction des besoins sur le dégagement thermique dans la chambre à flamme 9 a en équipant les canaux d'air de mélange 16, tout au moins en partie, d'un clapet 19 ou d'un dispositif d'étranglement identique pour faire varier 6 2519377 la quantité d'air de mélange. La figure 3 représente un diffuseur d'entrée superso- nique 20 en forme de demi-corps de révolution L'enveloppe ex- terne, le corps central et l'étrave de la couche limite de ce dernier sont respectivement désignés par 21, 22 et 23 Ce dif- fuseur diffère de ceux représentés sur les figures l et 2 par le fait qu'il ne comporte pas de tuyère sonique dans le canal d'air de mélange, Au lieu de cela, une t 8 le séparatrice 26 S'étendant dans la zone subsonique jusque dans la zone super- sonique est installée dans la chambre interne du diffuseur pour la diviser en un secteur d'air de combustion 24 communi- quant uniquement avec l'ouverture d'amenée 14 (figure 2) à la chambre à flamme 9 a (figure 2) et en un secteur d'air de mé- lange 25 communiquant uniquement avec le canal d'air de mélan- ge 16 (figure 2) allant à la chambre de mélange 9 b (figure 2). Gr 9 ce à cette mesure, on réalise entre le courant d'air de combustion et le courant d'air de mélange un découplage dans lequel, à la différence du découplage qui vient d'gtre décrit au moyen d'une tuyère sonique, il est possible de supprimer les pertes de charge supplémentaires Par ailleurs, elle offre la possibilité, de faire varier, par un simple tiroir, le pourcen- tage air de combustion-air de mélange et ainsi de faire varier en cas de besoin le dégagement thermique dans la chambre à flamme La tendance qu'a la poussée de compression verticale à s'écarter du plan d'entrée du diffuseur en cas de grand an- gle d'incidence du missile et par conséquent le mauvais écou- lement dans le diffuseur représente par exemple un tel cas de besoin. Le mode de réalisation du propulseur selon les figures 4 et 5 comporte, de même que celui des figures 1 et 2, par exemple quatre diffuseurs d'entrée supersoniques 27, 28 dis- posés sur la périphérie du missile 1 de la façon illustrée sur la figure l, à cette différence près toutefois qu'une paire de diffuseurs diamétralement opposés 27 est, poe les ouvertures 29, exclusivement raccordée à la chambre à flamme 9 a, tandis que l'autre paire de diffuseurs diamétralement opposés 28 est, par les canaux 30, exclusivement raccordée à la chambre de mélange 9 b. La disposition qui vient d'être décrite des diffuseurs se révèle comme judicieuse pour les manoeuvres de vol dans lesquels l'écoulement d'air dans les diffuseurs 27 est beau- coup plus mauvais que dans les diffuseurs 28 En cas de condi- tions d'écoulement du type précité, elle garantit en effet un étranglement automatique du dégagement thermique dans la cham- bre à flamme 9 a, de sorte que la possibilité existante d'un déplacement indésirable de la poussée de compression verticale en dehors des diffuseurs 27 se trouve limitée Dans le même but, les diffuseurs 27 sont, de façon analogue aux diffuseurs précédents 28, exclusivement raccordés à la chambre de mélange 9 b, et les diffuseurs 28 exclusivement raccordés à la chambre à flamme 9 a avec omission des canaux 30 lorsqu'on envisage prix cipalement des manoeuvres dans lesquelles les diffuseurs 28 ont un écoulement beaucoup plus mauvais que les diffuseurs 27. REVENDICATIIONS 1 Statoréacteur, en particulier fonctionnant avec des combustibles contenant, sous forme de particules, du bore ou autres matières énergétiques à haute température de fusion et de vaporisation, avec des diffuseurs d'entrée d'air répartis sur la périphérie du propulseur pour amener l'air à la chambre de combus- tion, caractérisé par le fait-que l'on divise la totalité de 1 ' air sortant des diffuseurs d'entrée ( 13), en air de combustion pour la zone avant ( 9 a) servant de chambre à flamme de la cham- bre de combustion ( 9), et en air de mélange canalisé pour la zone arrière ( 9 b) servant de chambre de mélange de la chambre de com- bustion( 9), l'amenée de l'air de mélange se faisant sur le côté externe du propulseur tout en lui conservant un contour aéro- dynamique favorable. 2 Statoréacteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un canal d'air de mélange ( 16) installé à l'inté- rieur du revêtement externe ( 15) et allant à la chambre de mélange est monté en aval des diffuseurs d'entrée( 13) en lais- sant subsister des ouvertures d'admission latérales ( 14) pour l'amenée de l'air de combustion à la chambre à flamme ( 9 a). 3 Statoréacteur selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'une tuyère sonique ( 18) est disposée dans chaque canal d'air de mélange ( 16). 4 Statoréacteur selon la revendication 2 ou 3, carac- térisé par le fait que les canaux d'air de mélange ( 16) compor- tent tout au moins en partie un dispositif d'étranglement ( 19) destiné à faire varier la quantité d'air de mélange. Statoréacteur selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comporte des diffuseurs à entrée d'air super- sonique ( 20) munis d'une tôle de séparation ( 26) s'étendant dans la zone subsonique jusque dans la zone ultrasonique et divisant la chambre interne des diffuseurs en un secteur d'air de combustion ( 24) communiquant uniquement avec l'ouverture d'admission'( 14) à la chambre à flamme ( 9 a) et en un secteur d'air de mélange ( 25) communiquant uniquement avec le canal ( 16) allant à la chambre de mélange. 6 Statoréacteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que des diffuseurs d'entrées séparées ( 27,28) pour l'air de combustion et l'air de mélange sont disposés sur la périphérie du propulseur. 7 Statoréacteur selon la revendication 6 caractérisé par le fait qu'en cas de manoeuvres de vol avec écoulement d'air permanent mais différent ce sont toujours les diffuseurs d'en- trée ( 27 ou 28) présentant les plus mauvaises conditions d'écoulement qui sont associés à la chambre à flamme ( 9 a) et les autres ( 28 ou 27) à la chambre de mélange ( 9 b).