Brevet FR2624317A1 — publié le 19890609

ALLUMEUR ELECTRIQUE COMPORTANT UNE EXTREMITE ACTIVE POURVUE D'UNE CAVITE La présente invention concerne un allumeur électrique comportant une extrémité active pourvue d'une cavité, un chemin. semi-conducteur de décharge superficielle à l'intérieur de cette cavité, une première et une seconde électrode qui constituent les deux extrémités du chemin de décharge, et un orifice de sortie de ladite cavité à l'extrémité active, à travers lequel sont éjectés des produits résultant de la décharge. Le principe de fonctionnement des allumeurs à décharge dans une cavité se base sur le fait que la décharge dans une cavité provoque une expansion des substances se trouvant dans la cavité, d'o résulte une projection d'un plasma à partir de l'extrémité active de l'allumeur. Grâce à cette éjection du plasma, l'allumage d'un mélange de combustible et d'air, par exemple dans un moteur à turbine à gaz, peut se faire à une certaine distance de l'extrémité de l'allumeur. Ceci présente certains avantages, notamment de permettre de placer l'allumeur à distance de la zone d'allumage, dans une zone plus froide o sa durée de service sera plus longue. Des allumeurs électriques connus, du type à décharge sur un semi- conducteur dans une cavité, comportent un embout cylindrique en matière semi-conductrice, ayant un alésage central dont la surface forme le chemin de décharge entre deux électrodes. L'une des électrodes est logée dans cet alésage en retrait par rapport à l'extrémité de l'embout, tandis que l'autre électrode est constituée par l'enveloppe extérieure de l'allumeur, laquelle s'étend transversalement devant l'extrémité antérieure de l'embout en formant un orifice central aligné axialement avec l'alésage de l'embout. De cette manière, le chemin de décharge s'étend sur la surface intérieure cylindrique de l'embout, entre l'électrode centrale placée en retrait et le bord circulaire de l'orifice. Dans ces allumeurs selon l'art antérieur, cet orifice a un diamètre qui 2 - est égal ou inférieur à celui de la cavité, de sorte que l'expansion des gaz ou vapeurs est retenue dans une certaine mesure par la cavité, et qu'un jet de plasma est projeté à grande vitesse à travers l'orifice de sortie. Toutefois, jusqu'à maintenant ce type d'allumeur s'est avéré applicable uniquement avec des débits d'air relativement bas et des taux de richesse combustible/air relativement élevés. La présente invention a pour but de perfectionner un allumeur électrique du type indiqué ci-dessus, de manière à améliorer ses performances et élargir son champ d'application. Dans ce but, un allumeur électrique selon l'invention est caractérisé en ce que la section transversale de l'orifice de sortie a une aire plus grande que celle de la section définie par les parois latérales de ladite cavité. En effet, contrairement aux attentes et aux conceptions antérieures, on constate que les allumeurs ayant un orifice de sortie plus large que la cavité de décharge sont capables de produire l'allumage pour des taux de richesse combustible/air sensiblement plus bas et pour des débits d'air sensiblement plus élevés que les allumeurs classiques ayant un orifice dont la section est inférieure ou égale à celle de la cavité de décharge. De préférence, ledit chemin de décharge se trouve à la surface d'un élément tubulaire semi-conducteur, qui peut être de section circulaire. L'orifice de sortie peut être de forme circulaire, et le rapport entre le diamètre de la cavité et le diamètre de l'orifice de sortie peut être au moins approximativement égal à 5:6. La seconde électrode se trouve de préférence à l'intérieur de l'élément tubulaire et en contact électrique avec la surface intérieure de cet élément. Dans une forme de réalisation avantageuse, l'orifice de sortie est défini par la première électrode. Cette électrode peut comporter, autour de l'orifice de sortie, un rebord intérieur d'une enveloppe métallique à l'intérieur de laquelle se trouve ladite cavité. - 3- On décrira ci-dessous, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation d'un allumeur électrique pour un moteur à turbine à gaz, en référence au dessin annexé, dans lequel: la fig. 1 est une vue latérale partiellement coupée de l'allumeur, la fig. 2 est une vue frontale agrandie, suivant la flèche Il, de l'allumeur de la fig. 1, et la fig. 3 est un diagramme montrant des courbes caractéristiques de fonctionnement d'un allumeur selon l'invention et de deux allumeurs selon l'art antérieur. En référence aux fig. I et 2, l'allumeur comporte une enveloppe extérieure I en acier inoxydable ou en alliage de nickel, laquelle a une forme générale tubulaire à section circulaire et constitue l'électrode extérieure de l'allumeur. Une électrode intérieure 2 en tungstène ou en alliage de nickel est constituée ici par une tige de forme générale cylindrique, disposée axialement à l'intérieur de l'enveloppe extérieure 1 et isolée de celle-ci grâce à des manchons isolants 3 en céramique. A l'extrémité arrière 4 de l'allumeur, l'enveloppe extérieure 1 est filetée afin d'être couplée à un connecteur électrique (non représenté) assurant une connexion à la fois sur l'enveloppe extérieure 1 et sur l'extrémité arrière de l'électrode intérieure 2, située en retrait dans une cavité arrière 5 de l'allumeur. Entre les deux extrémités de l'allumeur, l'enveloppe I présente un relief extérieur approprié pour le montage de l'allumeur dans une paroi d'un moteur à turbine à gaz. L'extrémité avant ou extrémité active 6 de l'allumeur comporte une cavité 10 dans laquelle on crée des décharges électriques. La cavité 10 est définie par l'alésage central 11 d'un embout tubulaire 12 en matière semiconductrice telle qu'une céramique au carbure de silicium. L'embout 12 est de section circulaire et il est traversé axialement par l'alésage 11, ayant un diamètre d'environ 5 mm. L'embout 12 est logé dans l'enveloppe extérieure I en avant des manchons isolants 3 et en contact électrique avec l'enveloppe extérieure. L'électrode intérieure 2 s'étend - 4 - dans la partie arrière de l'alésage 1l1, avec la surface duquel elle est en bon contact électrique. La longueur de la cavité 10 entre l'extrémité avant de l'électrode intérieure 2 et l'extrémité avant de l'embout 12 est d'environ 3 mm. L'embout 12 est retenu fermement dans l'extrémité active de l'allumeur grâce à un rebord intérieur 13 de l'enveloppe extérieure 1, rebord qui s'étend radialement en direction du centre. Le bord intérieur du rebord 13 définit un orifice circulaire 14 ayant, par exemple, un diamètre d'environ 6 mm et une profondeur de 2 mm. On peut remarquer que, puisque l'orifice 14 est d'un plus grand diamètre que la cavité 10, une arête intérieure circulaire 15 de l'extrémité de l'embout 12 est apparente et qu'un épaulement annulaire 16, formé par l'extrémité avant de l'embout, apparaît en arrière de l'orifice de sortie. Quand une tension d'environ 2,8 kV est appliquée entre les électrodes 1 et 2, une décharge se produit entre l'extémité avant de l'électrode intérieure 2 et la surface cylindrique entourant l'orifice 14. Cette décharge suit la surface semi-conductrice de l'embout 12, à savoir sa surface intérieure cylindrique et celle de l'épaulement frontal 16 en passant par-dessus l'arête 15. On a constaté qu'un allumeur de ce type présente, pour de faibles valeurs du taux combustible/air (QC/QA) et des valeurs élevées du débit d'air (QA) des performances bien meilleures que les allumeurs ayant des orifices de sortie plus petits. Ceci apparaît dans la fig. 3, dans laquelle les courbes A à C représentent, pour différents allumeurs, les limites audelà desquelles un allumage sûr n'est pas possible. Dans cet exemple, les courbes se rapportent à la combustion atmosphérique dans la chambre de combustion d'un moteur d'avion à turbine à gaz fonctionnant avec un combustible de type "AVTUR". La courbe A représente le champ de fonctionnement d'un allumeur dont l'orifice de sortie a une section plus petite que celle de la cavité. On voit qu'un allumage fiable n'est pas possible si le taux QC/QA est - 5 inférieur à environ 8xlO-3 ou si le débit d'air QA est supérieur à environ 0,16 kg/s. La courbe B représente le champ de fonctionnement d'un allumeur ayant un orifice de même section que celle de la cavité. Cette construction permet l'allumage avec un débit d'air plus élevé que dans l'exemple précédent, mais il n'y a pas de réduction substantielle de la limite inférieure du taux QC/QA La troisième courbe C représente le champ de fonctionnement d'un allumeur du type décrit en référence aux fig. I et 2, dans lequel la section transversale de l'orifice 14 est plus grande que la section correspondante de la cavité 10. On constate que cet allumeur présente les meilleures performances et permet l'allumage pour des taux QC/QA pouvant descendre jusqu'à environ 6x10-3, ainsi que pour des débits d'air pouvant dépasser 0,6 kg/s. Les raisons de ce résultat inattendu ne sont pas entièrement éclaircies, mais on pense qu'il peut provenir du fait que le chemin de décharge s'évase en passant autour de l'extrémité de l'embout semi-conducteur, tandis que la partie centrale de l'orifice de sortie reste libre pour l'éjection des produits de la décharge (expansion de gaz, de vapeurs et de plasma). La construction plus ouverte du débouché de la cavité peut aussi permettre d'évacuer plus facilement de la cayité des résidus de combustibles liquides ou similaires, de sorte qu'une plus grande partie de l'énergie électrique des décharges subséquentes est utilisée pour produire du plasma plutôt que pour vaporiser et éjecter des produits liquides de la cavité. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation et d'application mentionnés ci-dessus, mais elle s'étend à toute modification ou variante évidente pour un homme du métier, dans le cadre défini par les revendications. -6- Revendications 1. Allumeur électrique comportant une extrémité active pourvue d'une cavité, un chemin semi-conducteur de décharge superficielle à l'intérieur de cette cavité, une première et une seconde électrode qui constituent les deux extrémités du chemin de décharge, et un orifice de sortie de ladite cavité à l'extrémité active, à travers lequel sont éjectés des produits résultant de la décharge, caractérisé en ce que la section transversale de l'orifice de sortie (14) a une aire plus grande que celle de la section définie par les parois latérales de ladite cavité (10). 2. Allumeur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chemin de décharge se trouve à la surface d'un élément tubulaire semi-conducteur (12). 3. Allumeur électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément tubulaire (12) est de section circulaire. 4. Allumeur électrique selon la revendication I ou 2, caractérisé en ce que l'orifice de sortie (14) est de forme circulaire. 5. Allumeur selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le rapport entre le diamètre de la cavité (10) et le diamètre de l'orifice de sortie (14) est au moins approximativement égal à 5:6. 6. Allumeur électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la seconde électrode (2) se trouve à l'intérieur de l'élément tubulaire (12) et en contact électrique avec la surface intérieure de cet élément. 7. Allumeur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'orifice de sortie (14) est défini par la première électrode (1). 8. Allumeur électrique selon la revendication 7, caractérisé en ce que la première électrode (1) comporte, autour de l'orifice de sortie, un rebord intérieur (13) d'une enveloppe métallique à l'intérieur de laquelle se trouve ladite cavité (10).