Brevet FR2629136A1 — publié le 19890929

La présente invention concerne un statoréacteur du type comportant une chambre de combustion dans laquelle dé- bouchent n manches à air (n> 1), par exemple deux à deux symétriques par rapport à l'axe de ladite chambre de combustion, et équipées chacune d'un dispositif d'injec- tion de combustible. Elle concerne également un mobile aérien, tel qu'un missile ou analogue, propulsé par un tel statoréacteur. Dans les statoréacteurs de ce type, le débit global D de combustible introduit dans ladite chambre de combus- tion résulte de la somme des débits individuels di de combustible introduits respectivement par lesdits dispo- sitifs d'injection dans lesdites manches à air, chaque débit individuel di étant égal au rapport À n On sait que de tels statoréacteurs présentent souvent en fonctionnement, à l'intérieur de leur chambre de combus- tion, des vibrations de pression interne de forte inten- sité qui détériorent, d'une part, la protection thermi- que interne isolante de la chambre de combustion et, d'autre part, les équipements fixés sur la structure du mobile. Pour tenter de remédier aux effets de ces vibrations destructives, qui correspondent en général à des modes acoustiques tangentiels, on a déjà proposé certaines me- sures, telles que la modification de la répartition des dispositifs d'injection dans les manches à air ou l'amortissement acoustique au moyen de barres longitudi- nales placées sur la paroi interne des protections. Ce- pendant, ces mesures se révèlent insuffisantes. L'objet de la présente invention est de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus et notamment d'éliminer ou de réduire le domaine et l'amplitude des instabilités de haute fréquence engendrées par la com- bustion à l'intérieur de ladite chambre. L'invention peut être mise en oeuvre isolément ou en combinaison avec d'autres mesures visant aux mêmes objectifs. A cette fin, selon l'inyention, le statoréacteur du ty- pe comportant une chambre de combustion dans laquelle dé- bouchent n manches à air équipées chacune d'un dispositif d'injection de combustible, le débit global de combusti- ble D introduit dans ladite chambre de combustion résul- tant de la somme des débits individuels de combustible introduits respectivement par lesdits dispositifs d'in- jection dans lesdites manches à air, est remarquable en ce qu'il comporte des moyens pour régler au moins tempo- rairement le débit individuel de combustible d'au moins certains desdits dispositifs d'injection à une valeur différente du rapport D n En effet, la Demanderesse a trouvé qu'en dissymétrisant la répartition du combustible par rapport à l'axe de la chambre de combustion, il était possible de supprimer ou tout au moins de fortement réduire les vibrations parasites. Cette dissymétrisation tient compte du fait que le dé- bit total doit à chaque instant, prendre une valeur dé- terminée pour assurer une poussée demandée. Ainsi, si à un instant du vol du mobile aérien, cette poussée nécessite un débit total D, ce débit sera égal à n n D= di D, en appelant: - di les débits individuels des n dispositifs d'injec- tion - ai les fractions du débit total D, telles que di = aiD - i étant un nombre entier variant de I à n. Par suite, les première, seconde,...ième,....nième manches à air fournissent respectivement à la chambre de combustion des débits individuels égaux à a1D, a2D, n 10...aiD,....anD, avec ai =. Bien entendu, les différents coefficients ai peuvent être variables en fonction du temps ou de paramètres tels que: - pression et température de l'air d'alimentation, - rapport débit de combustible nécessité par la de- débit d'air mande de poussée, - conditions de vol du mobile propulsé par le statoréac- teur: altitude, nombre de Mach, incidence, etc... Avantageusement, le statoréacteur est prévu pour pouvoir fonctionner selon un premier mode dans lequel lesdits débits individuels de combustible sont égaux et au moins un second mode dans lequel lesdits débits individuels sont inégaux et il comporte au moins une voie de mesure susceptible de permettre en permanence l'élaboration des paramètres nécessaires à la commande desdits moyens de réglage. 4 2629136 Lesdites voies de mesure oomportent par exemple au moins un capteur de pression et/ou de température d'alimenta- tion disposé à l'intérieur desdites manches à air. De préférence, lesdits moyens de réglage sont suscepti- bles de faire fonctionner ledit statoréacteur selon au moins deux seconds modes et ils comportent un calcula- teur susceptible à chaque instant, en liaison avec ladite voie de mesure, d'appliquer audit statoréacteur celui du premier mode et des seconds modes d'alimentation en com- bustible qui est optimal. Dans un premier mode de réalisation, lesdits moyens de réglage comportent une électrovanne de régulation par manche à air, ces électrovannes étant reliées en commun à un réservoir de combustible et commandées en parallè- le. Selon une variante de réalisation, lesdits moyens de ré- glage comportent une électrovanne commune à toutes les manches à air, associée à un répartiteur de débit. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre com- ment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments sembla- bles. La figure 1 montre schématiquement, en coupe longitudi- nale, un missile équipé d'un statoréacteur du type au- quel s'applique l'invention. La figure 2 est une vue schématique d'un mode de mise en oeuvre de l'invention. La figure 3 illustre schématiquement une variante de réalisation de la présente invention. Sur la figure 1, on a représenté un missile 1 propulsé par un statoréacteur 2 du type concerné par la présente invention. Le missile 1 comporte un corps 3 contenant, entre au- tres, les appareils et charges usuels (qui ne sont pas représentés car n'étant pas impliqués par l'invention) un réservoir de combustible 4, pour l'alimentation du statoréacteur 2, fixé à la partie arrière dudit corps 3. Le statoréacteur 2 est constitué d'une chambre de com- bustion 5, se terminant à l'arrière par une tuyère d'éjection 6 et reliée, vers l'avant, à une pluralité de n manches à air 71,72,...,7i,7j,.. 7n. Sur la figure 1, seules les manches à air 7i et 7 sont vi- sibles. Les manches à air 7i (avec 1*i Sn) sont disposées à la périphérie du corps 3 et elles sont solidaires de celui-ci. Chacune d'elles, vers l'avant, comporte une entrée d'air correspondante 8i et, vers l'arrière, dé- bouche dans la partie avant 9 de la chambre de combus- tion 5 par une ouverture correspondante 10i. De préférence, ladite partie avant 9 de la chambre de combustion 5 est au moins sensiblement sphérique. 6 2629136 Il est également avantageux que le diamètre de la cham- bre de combustion 5, qui est alignée avec le corps 3, soit voisin de celui dudit corps. Dans ces conditions, un coude 11i est prévu dans chaque manche à air 7i pour raccorder la partie de celle-ci fixée à la paroi extérieure du corps 3 à l'ouverture 10i correspondante de la chambre de combustion 5. Dans chaque manche à air 7i est prévu, de préférence au voisinage de l'ouverture 1Oi correspondante, un dispositif 12i d'injection de combustible. Les dispo- sitifs 12i sont commandés par un dispositif 13 d'ali- mentation et de régulation de combustible porté par le corps 3 et relié au réservoir 4. De préférence, un revêtement de protection thermique 14 est prévu sur les parois intérieures de la chambre de combustion 5. Le fonctionnement du missile 1 peut être le suivant. Initialement, le statoréacteur 2 n'étant pas en service, le missile 1 est mû par un propulseur consommable 15 (par exemple une charge de poudre) logé à l'intérieur de la chambre de combustion 5. Quand le propulseur 15 est en fonctionnement: - les manches à air sont obturées (par des obturateurs non représentés) à l'entrée dans la chambre de combustion ; - une tuyère d'accélération (non représentée) de dimension plus petite que celle du statoréacteur est en place à la sortie de la chambre de combustion 5. A la fin du fonctionnement du propulseur 15, ladite tuyè- re d'accélération et lesdits obturateurs sont éjectés et l'air pénètre (flèche P) dans les manches à air 7i à travers les ouvertures 8i et est amené dans la chambre de combustion 5. -7 2629136 A la fin du fonctionnement du propulseur consommable 15, le dispositif 13 alimente les dispositifs d'injection 12i en combustible et ce dernier est enflammé. Le sta- toréacteur entre alors en fonctionnement et prend le re- lais du propulseur 15 (qui a disparu) pour propulser le missile 1. Comme on l'a indiqué ci-dessus, le n manches à air 7i sont par exemple deux à deux symétriques par rapport à l'axe longitudinal X-X du missile 1 et de la chambre de combustion 5 et, de façon usuelle, le débit total D de combustible introduit dans cette dernière est obtenu par la somme des n débits individuels diD fournis par les n dispositifs d'injection 12i. Dans certaines conditions de vol, on constate que la chambre de combustion 5 est soumise à de fortes vibrations, susceptibles de détruire la protection thermique 14 et même le missile 1. La Demanderesse a constaté que l'on pouvait éviter ces inconvénients en communiquant à au moins certains des n débits individuels di de combustible des dispositifs d'injection 12i des valeurs aiD différentes de. J. n Dans le mode de réalisation de l'invention illustré par la figure 2, le dispositif de commande 13 comporte une pluralité d'électrovannes 16i, chacune associée à un dispositif d'injection 12i et alimentées en commun à partir du réservoir 4. Les électrovannes 16i fournis- sent chacune, à la manche à air correspondante 7i, un débit de combustible égal à aiD, avec Oaai: ai = 1. Pour ce faire, elles sont commandées par un calculateur 17. Pour certaines phases de vol du missile 1, chaque ai peut être égal à 1. En revanche, pour d'autres n 8 2629136 phases de vol, au moins certains ai peuvent prendre des i n valeurs différentes de! la condition a n, la cniti=lZ étant maintenue. i Dans la variante de réalisation de la figure 3, le dispo- sitif de commande 13 comporte une seule électrovanne 18 commandée par le calculateur 19 pour assurer le débit D. Un répartiteur de débit 20 commandé par ledit calculateur 19 reçoit ce débit D et en assure la répartition entre les différents dispositifs d'injection 12i pour adresser à ceux-ci les différents débits individuels aiD, comme mentionné ci-dessus. Les calculateurs 17 et 19 sont susceptibles de faire va- rier les différentes valeurs ai pour réduire au maxi- mum les vibrations de combustion dans la chambre de com- bustion 5. A titre d'exemple, on considère un missile militaire 1 à deux manches à air 7i pour lequel, dans tout le domai- ne de vol, la pression d'air p à l'intérieur desdites man- ches est comprise entre 0,6 bar et 10 bars. Si l'on désire un fonctionnement sans vibrations, on a constaté qu'il fallait que: - lorsque p c2 bars et p;>4 bars, les débits indivi- duels de combustible dans les deux manches à air soient égaux, c'est-à-dire que al = a2 = 0,5. - lorsque 2 barsc p c4 bars, l'un des débits indivi- duels soit égal à 0,7D, l'autre étant donc égal à 0,3D. Selon une autre variante, un dispositif de sécurité (ou de secours) comportant au moins un détecteur de vibra- tions composé d'au moins un capteur 22i de pression as- 9 2629136 socié à un calculateur 17 et 19 est susceptible de déli- vrer un signal dès que le niveau des vibrations dépasse certains seuils. Dans le cas o la combustion à l'inté- rieur de la chambre de combustion du statoréacteur présen- te encore des vibrations avec les variables ai définies ci-dessus, une deuxième série de variables de remplacement bi peuvent être utilisées. Le changement de ces varia- bles est alors commandé par un signal fourni par ledit dé- tecteur de vibrations dès que le niveau de pression effi- cace dans certaines bandes de fréquence dépasse une valeur donnée. Ainsi, si à un instant donné du fonctionnement du stato- réacteur 2, une distribution de débits individuels aiD engendre des vibrations nuisibles, les calculateurs 17 et 19 commandent les électrovannes 16i ou le répartiteur 20 pour appliquer au statoréacteur 2 une autre distribution de débits individuels, de préférence op tiisée. 10. 2629136 REVENDICATIONS 1.- Statoréacteur (2) du type comportant une chambre de combustion (5) dans laquelle débouchent n (n>1) manches à air (7i) équipées chacune d'un dispositif d'injection de combustible (12i), le débit global de combustible D introduit dans ladite chambre de combustion (5) résultant de la somme des débits individuels de combustible di in- troduits respectivement par lesdits dispositifs d'injec- tion (i2i) dans lesdites manches à air (7i), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (13) pour ré- gler le débit individuel de combustible d'au moins cer- tains desdits dispositifs d'injection (12i) à une va- leur différente du rapport n 2.- Statoréacteur selon la revendication, caractérisé en ce qu'il est prévu pour pouvoir fonction- ner selon un premier mode dans lequel lesdits débits in- dividuels de combustible sont égaux et au moins un se- cond mode dans lequel lesdits débits individuels sont inégaux et en ce qu'il comporte au moins une voie de me- sure susceptible de permettre l'élaboration en permanence des paramètres nécessaires à la commande desdits moyens de réglage (13). 3.- Statoréacteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de réglage (13) sont susceptibles de faire fonctionner ledit statoréac- teur selon au moins deux seconds modes et en ce qu'ils comportent un calculateur (17,19) susceptible à chaque instant, en liaison avec ladite voie de mesure, d'appli- quer audit statoréacteur celui du premier mode et des se- conds modes d'alimentation en combustible qui est opti- mal. il 4.- Statoréacteur selon l'une quelconque des revendica- tions. 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de réglage (13) com- portent une électrovanne de régulation (16i) par manche a air (7i), ces électrovannes (16i) étant reliées en commun à un réservoir de combustible (4) et commandées en parallèle. 5.- Statoréacteur selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de réglage (13), comportent une électrovanne unique (18) commune à toutes les manches à air (7i) et associée à un répartiteur de débit (20). 6.- Statoréacteur selon l'une quelconque des revendica- tions 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un capteur de pression (22) dans au moins une manche à air (7i) 7.- Statoréacteur selon l'une quelconque des revendica- tions 2 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de sécuri- té ou de secours pourvu d'au moins un détecteur de vibra- tions composé d'au noins un capteur de pression associé à un calculateur. 8.- Missile, caractérisé en ce qu'il comporte un propulseur tel que le statoréacteur spécifié sous l'une des revendications 1 à 7.