Brevet FR2539458A1 — publié le 19840720

* 25 39458 Dispositif d'aide à la mise en marche pour une chambre de combustion haute pression La présente invention concerne un dispositif d'aide à la mise en marche pour une chambre de combustion haute pression, qui présente une entrée de pression-raccordée à une conduite d'air d'alimentation et une sortie de la chambre de combustion, avec un dispositif pour diminuer la vitesse d'écoulement à travers la sortie de la chambre de combustion dans le cas d'une assez faible température dans cette chambre. Les chambres de combustion haute pression sont par exemple utilisées pour simuler, lors d'essais en soufflerie, le jet de propulsion de la maquette d'un propulseur de missiles A la sortie de la chambre de combustion haute pression, l'écoulement passe à la vitesse du son Le début de la combustion dans une chambre de combustion haute pression s'est révélé difficile parce que, par suite de la haute vitesse d'écoulement, que l'on obtient dans le cas d'un écoulement froid, la flamme est difficile à stabiliser. Quand la flamme est stabilisée, il se produit une augmentation de température dans le tube de combustion En supposant que la pression dans la chambre de combustion n'est pas modifiée et que la géométrie de la chambre de combustion est conservée, selon la loi, lors d'une augmentation de température, le volume d'air dans le tube de combustion augmente avec la température tandis que la vitesse d'écoulement à la sortie de la chambre de combustion diminue avec la température Le débit d'air à travers la chambre de combustion est inversement proportionnel à la racine carrée de la température Il en résulte que, lorsque la chambre de combustion haute pression est froide, il y a un débit d'air très important qui rend plus difficile, après l'allumage, une stabilisation de la flamme du fait que là vitesse d'écoulement est plus importante que la vitesse de propagation de la flamme. Pour la stabilisation de la flamme à la mise en marche, des mesures spéciales sont nécessaires pour les raisons indiquées (DFVLR IB 351-77/41 ( 1977)) Comme dans la zone de section transversale très étroite de la sortie de la chambre de combustion l'écoulement sort toujours à la vitesse du son, une mise en marche avec un étranglement fixe pour diminuer la vitesse d'écoulement n'est possible que si la phase de mise en marche passe sans transition à la phase de fonctionnement Cela ne se présente cependant que dans le cas d'une plage très étroite de dimensionnement et de fonctionnement de la chambre de combustion haute pression. Si la chambre de combustion haute pression doit fonctionner dans une autre plage de fonctionnement, à la phase de mise en marche, la section très étroite à la sortie de la chambre de combustion à travers un étranglement peut être formée en un disque d'aluminium pourvu d'un perçage Comme le perçage dans le disque d'aluminium est plus petit que la section d'ouverture à l'endroit le plus étroit de la sortie de la chambre de combustion, l'écoulement est si fortement réduit lors de la phase de mise en marche que la vitesse d'écoulement dans le tube de combustion devient plus faible que la vitesse de propagation de la flamme, et donc la flamme peut être stabilisée Dès que la flamme est stabilisée, il se produit dans le tube de combustion une forte augmentation de température, et ainsi le disque libre d'aluminium introduit dans la sortie de la chambre de combustion est brûlé et il en résulte la plus grosse section nécessaire pour la phase de fonctionnement à la sortie de la chambre de combustion (DFVLR IB 351-4/79). Les dispositifs connus d'aide à la mise en marche pour une stabilisation de la flamme dans la phase de mise en marche présentent l'inconvénient que des objets supplémentaires sont nécessaires dans la sortie de la chambre de combustion et que par les résidus de la combustion des objets incorporés, il peut y avoir un encrassement de la soufflerie dans laquelle la chambre de combustion haute pression est utilisée Il est de plus désavantageux que les dispositifs d'aide à la mise en marche deviennent incapables de v fonctionner et donc ils ne peuvent être utilisés pour une régulation de la température dans la phase d'exploitation. La présente invention a pour tâche de créer un dispositif d'aide à la mise en marche du genre défini ci-dessus, réduisant la section transversale efficace de la sortie de la chambre de combustion, pendant la phase de mise en route, sans objets incorporés, de façon que la vitesse d'écoulement dans le tube de combustion soit toujours plus faible que la vitesse de propagation de la flamme et qui permette de plus des interventions de régulation pendant la phase d'exploitation. Pour résoudre cette tâche, on prévoit, selon l'invention, que la sortie de la chambre de combustion présente une tuyère à fente raccordée à la conduite d'air de blocage, dans laquelle, à une basse température de la chambre de combustion, de l'air peut être soufflé dans la sortie de la chambre de combustion à contre-courant avec l'écoulement sortant. La section transversale efficace de la sortie de la chambre de combustion est au besoin diminuée par un écoulement d'air de barrage amené à contrecourant, de telle sorte que des objets solides incorporés ne sont pas nécessai- res dans la sortie de la chambre de combustion. Pour le cas o, pendant l'exploitation avec une assez haute vitesse de l'écoulement de sortie, il y aurait un appauvrissement de combustible, l'écoulement de sortie peut être étranglé par amenée d'air de barrage au point de ne pas arriver à une extinction de la flamme Dans une exploitation de la chambre haute pression à l'intérieur d'une soufflerie, on peut de cette façon empêcher un encrassement de la soufflerie par de fausses mises en route ou par extinction de la chambre de combustions Un accès direct à une chambre de combustion incorporée dans une maquette de missiles n'est en règle générale possible que par des travaux fastidieux et longs de démontage. Pour que l'air de blocage puisse diminuer la - section transversale effective de la sortie de la chambre de combustion, il doit être à une pression supérieure au jet d'air sortant de la chambre de combustion. Selon une forme préférée de réalisation de l'invention, on prévoit que la conduite d'air puisse être reliée par un dispositif à vanne, à la conduite d'air d'alimentation et à la conduite d'air de blocage de façon que dans un étatdudispositif à vanne, la conduite d'air d'alimentation soit raccordée à la conduite d'air et la conduite d'air de blocage soit fermée et que dans un autre état du dispositif à vanne, la conduite d'air d'alimentation soit raccordée par un détendeur à la conduite d'air, tandis que la conduite d'air de blocage est raccordée, sans chute importante de pression, à la conduite d'air Cela a pour avantage qu'aussi bien l'air d'alimentation que l'air de blocage 'peuvent être amenés par une seule conduite d'air A la phase de mise en route, le détendeur de- pression fait en sorte que la pression de l'air de blocage soit plus importante que celle de l'air d'alimentation Par contre, lors de la phase d'exploitation, la conduite d'air peut être reliée directement, sans détendeur, à la conduite d'air d'alimentation Le dispositif à vanne peut se composer d'une ou plusieurs vannes réglables les-unes par rapport aux autres dans le temps. Avantageusement, la conduite d'air peut être raccordée alternativement, au moyen d'une vanne, soit à la conduite d'air d'alimentation ou bien à la conduite d'air de blocage et la conduite d'air de blocage est reliée par un détendeur de pression à la conduite d'air d'alimentation - Ainsi, une seule soupape est nécessaire et lors de la phase de mise en route, l'air d'alimentation est détourné de la conduite d'air de blocage et est ensuite réduit en pression par le détendeur Le niveau de détente de pression est à déterminer, par des essais, pour chaque type de chambre de combustion. Dans ce but, le détendeur de pression est avantageusement réglable L'inversion de la vanne peut se-produire soit de manière discontinue ou de manière continue. Avantageusement, le détendeur de pression est en circuit avec un clapet de non retour qui n'est ouvert que suivant la direction allant de la condu te d'air de blocage vers la conduite d'air d'alimentation De cette façon, on arrive à ce que le détendeur de pression ne soit traversé que dans un sens, et que pendant la phase d'exploitation, aucun air de blocage, même pas àune pression diminuée, n'arrive dans la tuyère à fente. Selon une forme particulièrement avantageuse de réalisation de l'invention, on prévoit qu'un capteur de température surveillant la température a la sortie de la chambre de combustion commande un dispositif d'inversion de la vanne ou respectivement du dispositif à vanne de façon que la conduite d'air de blocage ne soit raccordée à la conduite d'air que lorsque la température à la sortie de la chambre de combustion se trouve en-dessous d'une valeur limite Le capteur de température met donc la conduite d'air de blocage en circuit pendant la phase de mise en route et également lors d'un abaissement de la température d'exploitation par suite d'un appauvrissement du combustible pendant la phase d'exploitation De cette façon, on obtient non seulement un comportement sur à la mise en route, mais également on peut empêcher, pendant la phase d'exploitation, une extinction involontaire de la flamme. On peut obtenir une transition particulièrement- favorable de la phase de mise en route à la phase - d'exploitation quand la vanne est continuellement déplacée par un moteuret présente, entre deux positions d'inversion, une plage de chevauchement dans laquelle aussi bien la conduite d'air d'exploitation qu'également la conduite d'air de blocage sont reliées à la source de pression Cette plage de chevauchement peut libérer toute la section-transversale de passage vers les deux conduites nommées dans une phase de transition, mais la vanne peut également être configurée de façon que dans la phase de transition, seules soient libérées des sections transversales étranglées. La tuyère à fente est avantageusement une tuyère annulaire, qui entoure la sortie de la chambre de combustion à son endroit le plus étroit et qui effectue de cette façon un rétrécissement symétrique de-l'écoulement sur tout son pourtour. On décrira ci-après un exemple de réalisation de l'invention en se référant aux dessins joints dans lesquels g La Figure 1 est une représentation schématique de la construction du dispositif d'aide à la mise en route pour une chambre de combustion haute pression, la vanne étant représentée à la phase de mise en route; La Figure 2 montre la même représentation que sur la Figure 1, mais pendant la phase d'exploitation; et La Figure 3 est une vue en coupe longitudinale à travers l'emplacement de la section transversale la plus étroite à la sortie de la chambre de combustion avec la tuyère à fente. Selon la Figure 1, de l'air à haute pression est amené, de la conduite d'air 10, par une vanne ayant la forme d'un robinet à boisseau sphérique 11, dans une conduite sous pression 13 qui se ramifie, au point 14, en conduite d'air de blocage 15 et conduite d'air de mise en route 16 La vanne 11 peut être réglée par un entraînement 12, qui peut être un entraînement électrique, hydraulique ou pneumatique de réglage Par la conduite d'air de blocage 15, l'air qui se trouve à une pression p 4 p p 1,est conduit à la section transversale la plus étroite de la sortie 17 de la chambre de combustion, o il est introduit à contre-courant et exerce un effet de blocage sur le jet d'air sortant de la chambre de combustion 21. Dans la conduite d'air de mise en route 16, l'air de mise en route est réduit, par un détendeur réglable de pression 18, à la pression p 2, qui est plus faible que p 1, donc on a également p 2 de telle sorte que la vanne 11 est réalisée avec "chevauchement négatif"'. Cela signifie que pendant une courte phase de transition entre les deux positions extrêmes de la vanne 11 représentées sur les Figures 1 et 2, la conduite d'air 10 est reliée aussi bien à la conduite d'air d'alimentation 20 qu'à la conduite d'air de blocage 15. Dans l'état représenté sur la Figure 2, la phase de mise en route est terminée et l'air sous pression s'écoule de la conduite d'air 10 par la vanne 11 dans la conduite d'air d'exploitation 20 et de là vers la chambre de combustion haute pression 21 Dans cette phase, la conduite sous pression 13 est séparée de l'alimentation en air, de telle sor- te que la conduite d'air de blocage 15 et la conduite d'air de mise en route 16 ne sont plus sous pression Pour empêcher que pendant la phase d'exploitation, de l'air provenant de la conduite d'air d'exploitation 20 arrive dans la conduite d'air de mise en route 16, un clapet de non retour 24 est incorporé dans la conduite d'air de mise en route 16. Selon la Figure 3, la tuyère à fente 28 de forme annulaire est disposée à l'endroit le plus étroit de la sortie 17 de la chambre de combustion, laquelle tuyère se compose de deux parties 25 et 26 de forme annulaire qui sont solidement reliées l'une à l'autre L'air de blocage arrive 2539458 ' par la conduite d'air de blocage 15 dans une chambre annulaire 27 formée entre les parties 25 et 26 et s'écoule à travers la tuyère à fente de forme annulaire 28, avec une composante radiale à contre-courant avec l'écoulement de la chambre de combustion dans la sortie 17 de la chambre de combustion De ce fait, la section transversale effective de la sortie 17 de la chambre de combustion se trouve diminuée. La vitesse d'écoulement dans le tube de combustion est diminuée par introduction radiale-d'air, qui se trouve à une pression plus importante que l'air sortant de la chambre de combustion, de sorte que la flapieé peut être stabilisée Quand la température dans le tube de combustion a atteint une valeur telle que, par suite d'augmentation de volume, la vitesse d'écoulement est retombée à une valeur qui est plus faible que la vitesse de propagation de la flamme, la vanne 11 est inversée à la position représentée-sur la Figure 2 et donc la conduite d'air de blocage est fermée et la pression dans la conduite d'air d'alimentation 20 est ramenée à la pleine pression P 1. Quand dans la phase d'exploitation, par exemple par appauvrissement du mélange combustible-air, la température à la sortie de la chambre de combustion tombe en-dessous de la valeur permissible d'exploitation, la vanne-1 est ajustée par l'entraînement 12 et de l'air de blocage est soufflé dans la sortie de la chambre de combustion 17 jusqu'à sa stabilisation, et jusqu'à ce que la température ait de nouveau atteint la valeur minimale permissible. 2539458 ' REVENDICATIONS 1 Dispositif d'aide à la mise en marche pour une chambre de combustion haute pression, qui présente une entrée de pression raccordée e une conduite d'air d'alimentation et une sortie de chambre de combustion, avec un dispositif pour diminuer la vitesse d'écoulement à travers la sortie de la chambre de combustion lors d'une faible température dans la chambre de combustion, caractérisé en ce que la sortie ( 17) de la chambre de combustion présente une tuyère à fente ( 28) raccordée à une conduite d'air de blocage ( 15), par laquelle, lors d'une faible température dans la chambre de combustion, de l'air peut être soufflé dans la sortie de la chambre de combustion ( 17) à contre-courant avec l'écoulement de sortie. 2 Dispositif d'aide à la mise en marche selon la revendication 1, caractérisé en ce que la conduite d'air ( 10) peut être reliée, par un dispositif à vanne, avec la conduite d'air d'alimentation ( 20) et la conduite d'air de blocage ( 15) de façon que dans un état dudispositif à vanne, la conduite d'air d'alimentation ( 20) soit raccordée à la conduite d'air ( 10) et que la conduite d'air de blocage ( 15) soit fermée et que dans un autre état du dispositif -à vanne, la conduite d'air d'alimentation ( 20) soit raccordée par un détendeur-de pression ( 18) à la conduite d'air ( 10) tandis que la conduite d'air de blocage ( 15) est raccordée, sans chute importante de pression, à la conduite d'air ( 10). 3 Dispositif d'aide à la mise en marche selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la conduite d'air ( 10-) peut être raccordée, par une vanne ( 11) de façon alternée, à la conduite d'air d'alimentation ( 20) ou à la conduite d'air de blocage ( 15) et en ce que la conduite d'air de blocage est reliée, par un détendeur ( 18), à la conduite d'air d'alimentation ( 20). 4 Dispositif d'aide à la mise en marche selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le détendeur de pression ( 18) est en circuit avec un clapet de non retour ( 24) qui n'est ouvert que suivant la 2539458 ' direction allant de la conduite d'air de blocage ( 15) vers La conduite d'air d'alimentation ( 20). Dispositif d'aide à la mise en marche selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'un capteur de température ( 22) surveillant la température à la sortie de la chambre de combustion commande un dispositif d'inversion ( 23) de la vanne ( 11) de façon que la conduite d'air de blocage ( 15) ne soit raccordée à la conduite d'air ( 10) que lorsque la température à la sortie de la chambre de combustion se trouve en-dessous d'une valeur limite. 6 Dispositif d'aide à la mise en marche selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la vanne ( 11) ou respectivement le dispositif à vanne peut être réglé continuellement par un entraînement ( 12) et présente, entre deux positions extrêmes, une plage de chevauchement dans laquelle la conduite d'air d'exploitation ( 20) et la conduite d'air de blocage ( 15) sont reliées à la conduite d'air ( 10). 7 Dispositif d'aide à la mise en marche selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tuyère à fente ( 28) est une tuyère annulaire, qui entoure la sortie de la chambre de combustion ( 17) à son endroit le plus étroit.