Brevet FR2714153A1 — publié le 19950623

Dispositif d'injection, notamment dispositif d'injection pour un moteur à réaction La présente invention concerne un dispositif d'injection, no- tamment un dispositif d'injection pour un moteur à réaction, compor- tant au moins une buse à commande par fluide qui est traversée par un jet d'injection unique et dévie périodiquement celui-ci, laquelle buse présente un canal de buse dont la section transversale est augmentée par rapport au jet d'injection et, à l'intérieur de celui-ci, des orifices de commande qui débouchent transversalement à proximité du col de buse, en aval de celui-ci, aux fins d'injecter un fluide de commande provoquant une déviation du jet. On connaît des dispositifs d'injection dans lesquels le jet de fluide d'injection est dispersé - bien souvent par l'action d'un mouve- ment de rotation produit dans une buse d'injection - sous la forme d'un anneau conique coaxial avec la buse d'injection et est ainsi réparti sur une grande section dans le milieu ambiant, par exemple dans la cham- bre de combustion d'un moteur à réaction. Toutefois, la profondeur de pénétration pouvant être obtenue avec ces buses d'injection est relati- vement faible et le volume de la chambre de combustion participant au mélange avec le fluide d'injection est de ce fait lui aussi limité. On connaît encore par le document EP-0 305 996-B 1 un géné- rateur d'écoulement oscillant permettant de générer un jet de liquide singulier, compact, de grande portée, lequel générateur présente un ca- nal de buse dont la section transversale est augmentée dans une dimen- sion par rapport au jet de liquide et, à proximité du col de buse, en aval de celui-ci, une paire d'orifices de commande qui sont disposés diamétralement en vis-à-vis et sont alimentés alternativement avec un fluide de commande prélevé par l'intermédiaire de canaux de reprise, aux fins de provoquer un mouvement oscillant linéaire de va-et-vient du jet de liquide entre les petits côtés du canal de buse. Le couloir d'injection créé par un tel déplacement du jet présente une largeur en section transversale qui est limitée à la section du jet et par consé- quent est faible, si bien que pour obtenir un mélange sans trous dans des chambres de grande largeur en section transversale, il faut dispo- ser côte à côte un très grand nombre de générateurs d'oscillations de ce type. L'objectif de la présente invention est de perfectionner un dispositif d'injection du type indiqué en introduction de manière à ob- tenir, avec une construction simple et avec une ou plusieurs buse à commande par fluide, un mélange sans trous du fluide d'injection dans des chambres d'injection de volume important quelle que soit leur for- me en section transversale. Cet objectif est atteint conformément à l'invention par le fait que le canal de buse présente, par rapport au col de buse, une section augmentée en hauteur et en largeur avec, une forme en section trans- versale quelconque, non circulaire, et est pourvu d'une série d'orifices de commande qui sont décalés les uns par rapport aux autres dans la direction périphérique du canal de buse et sont activés successivement aux fins de produire un mouvement de rotation du jet le long du pour- tour du canal de buse. Conformément à l'invention, l'injection cyclique, indépendan- te de la pression ambiante, de fluide de commande dans la direction périphérique du canal de buse combinée à la forme en section transver- sale particulière du canal de buse, laquelle est adaptée en fonction d'une section de distribution quelconque recherchée, tout en conser- vant un jet d'injection compact et par suite une profondeur de pénétra- tion élevée, permet de produire par des moyens exclusivement fluidi- ques une rotation du jet d'injection autour de l'axe central du canal de buse suivant une trajectoire quelconque et ainsi de produire un mélan- ge fin, affectant un volume important, d'un fluide d'injection gazeux ou liquide dans un milieu environnant présentant une grande section transversale, en particulier dans une chambre de combustion à section transversale rectangulaire, ovale ou en forme de secteur de cercle. L'avantage sur le plan de la construction réside dans le fait que pour obtenir une distribution homogène du fluide d'injection, seule une ou tout au plus un petit nombre de buses d'injection est/sont nécessaire(s) sans qu'apparaissent des interférences entre les section de pulvérisa- tion des différentes buses d'injection, ni des trous localisés. Conformément à un agencement avantageux de l'invention, pour augmenter l'impulsion du fluide de commande qui agit dans le sens de la rotation du jet d'injection, les orifices de commandes sont orientés dans la direction de rotation du jet et sont excentrés par rap- port à l'axe du canal principal. Le canal de buse peut présenter une forme en section transversale ovale, elliptique, rectangulaire ou en secteur de cercle. De manière à obtenir une injection automatique, simple sur le plan de la construction, du fluide de commande, ledit fluide de commande est prélevé de préférence au niveau de l'extrémité de sortie du canal de buse et est ramené vers les orifices de commande par l'intermédiair de canaux de reprise, les points de prélèvement du fluide de commande étant décalés dans la direction de rotation du jet par rapport aux ouvertures de commande associées, ceci afin d'obtenir une commande par impulsions de pression particulièrement efficace sur le plan de la rotation du jet. La vitesse de rotation recherchée du jet d'injection peut être réglée moyennant un dimensionnement en lon- gueur adapté des canaux de reprise qui agissent à la manière d'une li- gne de retard entre les points de prélèvement et les orifices de com- mande. Afin de simplifier encore la construction, la buse à comman- de par fluide elle-même peut être réalisée à partir d'un nombre limité de pièces de très petites dimensions, à savoir d'un corps de buse cen- tral percé du canal de buse et d'une enveloppe extérieure qui entoure ledit corps et comporte un bord de prélèvement à l'extrémité de sortie, avec entre le corps de buse et l'enveloppe des canaux de reprise qui s'étendent en spirale entre le bord de prélèvement et les orifices de commande. Pour permettre l'injection de combustible dans une chambre de combustion de moteur à réaction, le dispositif d'injection comporte conformément à l'invention plusieurs buses à commande par fluide qui sont régulièrement réparties dans la section transversale de la chambre de combustion aux fins de générer un jet tournant de combustible. Les buses à commande par fluide sont disposées dans le canal annulaire d'alimentation en air de la chambre de combustion d'un moteur à réac- tion et sont pourvues chaque fois d'un canal de buse dont la forme en section transversale est sensiblement celle d'un secteur de cercle. La buseà commande par fluide comprend un corps central qui est traversé par le canal de buse ainsi qu'une enveloppe extérieure qui entoure ledit corps et est pourvue d'un bord de prélèvement au niveau de l'extrémité de sortie du canal de buse, des canaux de reprise qui s'étendent en spirale depuis le bord de prélèvement jusqu'aux diffé- rents orifices de commande étant disposés entre le corps de buse et l'enveloppe extérieure. L'invention est décrite ci-après à l'aide de deux exemples de réalisation en faisant référence aux dessins. Ceux-ci représentent: figure la, b, un dispositif d'injection avec un canal de buse à section transversale elliptique, en vue en coupe (a) et en vue de côté (b), figure 2, un diagramme montrant un état de pression instanta- née au niveau des différents orifices de prélèvement et de commande du dispositif d'injection selon la figure 1, figure 3a, b, une partie d'une chambre de combustion en cou- pe longitudinale et en coupe transversale avec un dispositif d'injection disposé dans la région de l'extrémité côté canal d'air d'alimentation de la chambre de combustion, figure 4a, b, l'une des buses à commande par fluide du dispo- sitif d'injection selon la figure 3, en coupe longitudinale (a) et en cou- pe transversale (b). Le dispositif d'injection représenté à la figure 1 comprend une buse 2 à commande par fluide avec une chambre d'entrée 4 qui est alimentée avec un fluide d'injection gazeux ou liquide et, faisant suite à celle-ci, un canal de buse 8 qui est balayé par le jet d'injection 6 et présente une section transversale non symétrique de rotation, à savoir sur la figure 1, une forme elliptique; la largeur et la hauteur en section transversale du canal de buse s'élargissent par rapport au jet d'injec- tion 6 depuis le point le plus resserré, dans la région du col 10 de bu- se, en direction de l'extrémité de sortie 12 du canal, en créant une hy- per-détente de telle sorte que le jet d'injection 6 est appliqué d'un côté sur la paroi du canal de buse par effet de Coanda, comme cela est indi- qué à la figure la par la partie hachurée du jet d'injection 6 qui est ex- centrée par rapport à l'axe A du canal de buse. Grâce à une injection de fluide de commande, le jet d'injec- tion 6 est mis en rotation le long de la paroi du canal suivant une tra- jectoire qui correspond à la section elliptique du canal, aux fins d'ob- tenir une distribution fine du fluide d'injection sur une grande section, élargie dans la direction des deux axes principaux de la section par rapport à la section du canal de buse. Pour cela, plusieurs points de prélèvement 14, dans l'exemple de réalisation représenté 6 points de prélèvement, sont disposés en étant régulièrement répartis dans la di- rection périphérique, aux emplacements I à VI, à l'extrémité de sortie 12 du canal de buse. Les points de prélèvement 14 qui font saillie dans le jet d'injection 6 prélèvent une partie du fluide d'injection sur le jet d'injection et l'amènent par l'intermédiaire d'un canal de reprise 16 à un orifice de commande 18 qui débouche dans le canal de buse 8 au voisinage du col de buse, en aval de celui-ci. Les orifices de comman- de 18 sont eux-aussi répartis régulièrement dans la direction du pour- tour du canal et sont décalés vers l'arrière, dans la direction opposée à la direction P de rotation du jet par rapport au point de prélèvement 14 associé. Pour renforcer l'impulsion de rotation appliquée au jet d'in- jection 5, les orifices de commande 18 peuvent être orientés dans la direction P de rotation du jet en étant excentrés par rapport à l'axe A du canal de buse, comme représenté sur la figure la par la position in- clinée des orifices de commande 18 par rapport à l'axe radial d'angle B. La figure 2 montre la courbe de débit de fluide v pour la po- sition instantanée IV du jet selon la figure la. Le jet d'injection 6, qui est en contact avec la paroi en IV et conformément au sens de rotation P quitte la position III et se déplace en direction de V présente la ré- partition en intensité selon la courbe a. En conséquence, le plus grand débit pour le point de prélèvement 14 est atteint dans la position IV, le débit du point 14 passe à zéro dans la position III et le point de prélè- vement 14 commence à débiter dans la position V (courbe b). Suivant la longueur des canaux de reprise 16, on a un retard plus ou moins grand et par suite un déphasage ú au niveau du débit de fluide entre l'extrémité du canal de reprise 16 côté prélèvement et l'ex- trémité côté orifice de commande, comme cela est représenté par la courbe c en pointillés pour le canal de reprise. Etant donné que les ori- fices de commande 18 sont décalés chaque fois d'une position vers l'arrière par rapport aux points de prélèvement associés (décalage x suivant la courbe d pour l'orifice de commande), seuls les orifices de commande 18 occupant les positions II et III ont le plein débit, tandis que les orifices de commande occupant les positions IV et V ont un débit nul. Ainsi le jet d'injection 6 se décolle de la position IV et poursuit son mouvement de rotation dans la direction de la flèche P le long de la paroi du canal. La fréquence de rotation du jet d'injection 6 peut être modifiée notamment en agissant sur la longueur des canaux de reprise 16 et sur le décalage x des orifices de commande par rap- port aux orifices de prélèvement. La figure 3 montre la chambre de combustion 20 d'un moteur à réaction avec un dispositif d'injection qui est disposé à l'extrémité d'entrée de la chambre de combustion, dans un canal 22 annulaire d'air d'alimentation, lequel dispositif d'injection se compose de plusieurs buses 102 à commande par fluide qui sont décalées uniformément dans la direction périphérique dudit canal 22 d'air d'alimentation. Afin d'obtenir avec les jets de combustible des différentes buses 102 à com- mande par fluide, une répartition homogène du combustible sur l'en- semble de la section de la chambre de combustion, un espace d'injec- tion défini, en forme de secteur d'anneau circulaire, représenté en pointillés sur la figure 3, est associé à chaque buse 102 à commande par fluide et chaque buse 102 à commande par fluide présente un canal de buse avec une section transversale adaptée en forme de secteur d'anneau circulaire, de telle sorte que les jets de combustible qui par suite de l'injection de fluide de commande, se déplacent le long de la paroi du canal de buse parcourent périodiquement, sans trous, l'ensem- ble de la section d'injection. La figure 4a montre une coupe longitudinale d'une buse 102 à commande par fluide avec une section transversale de distribution en forme de secteur d'anneau circulaire et la figure 4b représente une coupe suivant la ligne II-II. La buse se compose d'un corps de buse 24 central avec une chambre d'alimentation 104 à laquelle fait suite un canal de buse 108 en forme de secteur d'anneau circulaire dont la sec- tion transversale s'élargit dans deux dimensions, en hauteur et en lar- geur, du col de buse 110 en direction de l'extrémité de sortie 112 de la buse, par rapport au jet de combustible, créant ainsi une hyper-détente. De manière analogue au premier exemple de réalisation, des orifices 118 de commande débouchent côté aval, à proximité du col de buse en étant excentrés par rapport à l'axe A du canal de buse aux fins d'injecter un fluide de commande qui engendre un mouvement de rota- tion du jet de combustible. Le corps de buse 24 est entouré d'une enve- loppe 26 qui est fixée sur ledit corps et présente un bord de prélève- ment 28 qui est disposé dans la région de l'extrémité de sortie 112 de la buse et à partir duquel des canaux 116 fraisés de reprise pour le fluide de commande s'étendent en direction des différents orifices de commande 118 de manière telle, que le fluide de commande prélevé sur le jet de combustible soit injecté dans le canal de buse 108 à tra- vers un orifice de commande 118 qui est décalé vers l'arrière par rap- port au sens de rotation du jet. De la sorte on produit une rotation du jet de combustible sensiblement en forme de secteur d'anneau circulai- re. Pour le reste, la construction et le principe de fonctionnement des buses à commande par fluide selon les figures 3 et 4 sont identiques à ceux du premier exemple de réalisation. Un choix approprié de la section de la section transversale du canal de buse permet de couvrir n'importe quelle autre section de distribution avec un jet d'injection compact même liquide. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'injection, notamment dispositif d'injection pour un moteur à réaction, comportant au moins une buse à commande par fluide qui est traversée par un jet d'injection unique et dévie pério- diquement celui-ci, laquelle buse présente un canal de buse dont la section transversale est augmentée par rapport au jet d'injection et, à l'intérieur de celui-ci, des orifices de commande qui débouchent trans- versalement à proximité du col de buse, en aval de ce dernier, aux fins d'injecter un fluide de commande provoquant une déviation du jet, ca- ractérisée par le fait que le canal de buse (8, 108) présente, par rapport au col de buse (10, 110), une section augmentée en hauteur et en lar- geur avec, une forme en section transversale quelconque, non circulai- re, et est pourvu d'une série d'orifices de commande (18, 118) qui sont décalés les uns par rapport aux autres dans la direction périphérique du canal de buse et sont activés successivement aux fins de produire un mouvement de rotation du jet le long du pourtour du canal de buse. 2. Dispositif d'injection selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les orifices de commande (18, 118) sont orientés dans la direction de rotation du jet et sont excentrés par rapport à l'axe (A) du canal de buse. 3. Dispositif d'injection selon la revendication 1 ou la reven- dication 2, caractérisé par le fait que le canal de buse (8, 108) présente une section transversale ovale, elliptique, rectangulaire ou en forme de secteur de cercle. 4. Dispositif d'injection selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé par le fait que le fluide de commande est prélevé sur le jet d'injection par l'intermédiaire de points de prélè- vement (14, 28) qui, vu dans la direction du jet, sont disposés en aval des orifices de commande (18, 118) et sont reliés à ces derniers par l'intermédiaire chaque fois d'un canal de reprise (16, 116). 5. Dispositif d'injection selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les points de prélèvement (14, 28) sont décalés chaque fois dans la direction de rotation du jet par rapport à l'ouverture de commande (18, 118) associée. 6. Dispositif d'injection selon la revendication 4 ou la reven- dication 5, caractérisé par le fait que les canaux de reprise (16, 116) sont agencés sous forme de ligne de retard adaptée en fonction de la fréquence de rotation souhaitée. 7. Dispositif d'injection selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes pour l'injection de combustible dans une chambre de combustion de moteur à réaction, caractérisé par plusieurs buses (102) à commande par fluide générant un jet tournant de combustible qui sont régulièrement réparties dans la section transversale de la chambre de combustion. 8. Dispositif d'injection selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les buses à commande par fluide (102) sont disposées dans le canal (22) annulaire d'alimentation en air de la chambre de combustion d'un moteur à réaction et sont pourvues chaque fois d'un canal de buse (108) dont la forme en section transversale est sensible- ment celle d'un secteur de cercle. 9. Dispositif d'injection selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé par le fait que la buse (102) à com- mande par fluide comprend un corps (24) central qui est traversé par le canal de buse (108) et une enveloppe (26) extérieure qui entoure ledit corps et est pourvue d'un bord de prélèvement (28) au niveau de l'ex- trémité de sortie (112) du canal de buse et, entre le corps de buse et l'enveloppe extérieure des canaux de reprise (116) qui s'étendent en spirale depuis le bord de prélèvement jusqu'aux différents orifices de commande (118).