Brevet FR2765273A1 — publié le 19981231

PULSORÉACTEUR INTEGRE A UNE SOUFFLANTE CARENEE DESCRIPTION L'invention a trait à un pulsoréacteur intégré à une soufflante carénée, I'ensemble servant de propulseur composite à un engin qui peut être un modèle réduit d'avion ou un avion sans pilote de reconnaissance ou affecté à une autre mission (drone d'après l'anglais). Les petits avions utilisés par les modélistes ou les armées peuvent être mus par des propulseurs de différentes catégories, dérivés des propulseurs conçus pour les avions de taille ordinaire en y incorporant les modifications nécessaires. Les plus fréquents sont les moteurs à explosion entraînant une hélice de traction ou de propulsion et dont il existe de nombreux modèles disponibles. L'intérêt porté à la propulsion à réaction se développe cependant en raison des performances supérieures qu'elle offre pour la poussée, et donc l'accélération et la vitesse de l'engin, en raison aussi des petites tailles de propulseurs qu' on peut espérer atteindre. On utilise en pratique trois catégories de réacteurs : les turbines, les turboréacteurs et les pulsoréacteurs. Les premières sont des soufflantes carénées entraînées par des moteurs à explosion et présentent l'avantage d'être peu coûteuses, ce qui explique qu'elles soient de loin les plus répandues en modélisme. Les deuxièmes sont appréciés en raison de leur silence, de leur faible niveau de vibrations et d'un carburant à bon marché, mais ils sont compliqués et coûteux à cause de la nécessité de construire des parties délicates tournant à très grande vitesse qui imposent des paliers et un circuit d'huile de lubrification ; il faut aussi prévoir une alimentation d'air comprimé pour assurer le démarrage ; et leur rendement est médiocre. Enfin, les troisièmes sont remarquables par leur rusticité, puisqu'ils n'imposent que peu ou pas de pièces mobiles, et par un bon rapport poids/poussée, mais ils sont très bruyants, ont une consommation élevée, et ils imposent d'injecter le carburant sous pression et d'apporter de l'air comprimé pour le démarrage. Les recherches sur les pulsoréacteurs n' ont jamais cessé. Elles continuent actuellement sur le moteur à détonation pulsée (MDP) qui est une variante du pulsoréacteur. L'invention consiste à associer dans un même ensemble une soufflante carénée et un pulsoréacteur placé derrière celle-ci. On constate que cette disposition produit plusieurs effets bénéfiques, les deux propulseurs se complétant bien : le pulsoréacteur, utilisé comme moyen de post-combustion d'une partie de l'air de la soufflante, échauffe aussi le flux d'air qui l'entoure, et produit donc une force de poussée supplémentaire par la dilatation des gaz, en plus de sa poussée propre; comme il est alimenté par de l'air sous pression, il démarre et fonctionne mieux ; enfin, la carène de la soufflante atténue le bruit du pulsoréacteur en l'entourant. Un autre avantage notable est obtenu si on alimente le pulsoréacteur en carburant en se servant des gaz d'échappement du moteur à explosion qui entraîne la soufflante : l'échappement du moteur à explosion comprend alors un conduit qui aboutit dans le pulsoréacteur, et un conduit d'alimentation en carburant du pulsoréacteur aboutit dans ce conduit d'échappement. Grace à cette disposition, le carburant se vaporise au contact des gaz d'échappement chauds et le mélange acquiert une vitesse plus importante qui lui permet d'entrer plus rapidement dans la chambre de combustion du pulsoréacteur. Ces effets de l'invention et l'invention elle-même seront mieux compris à la lumière de la description des figures suivantes et qui en illustrent une réalisation possible la figure 1 est une vue générale du propulseur de l'invention, la figure 2 est une représentation plus symbolique qui illustre le principe d'alimentation du propulseur, et la figure 3 illustre une variante de l'alimentation. Une soufflante 1 est visible à la gauche du propulseur de la figure 1. I1 s'agit d'un rotor 2 muni d'ailettes tournantes et entraîné par un moteur à explosion 3 situé derrière elles. L'air accéléré par le rotor 2 est redressé par un étage circulaire d'ailettes constituant un stator 4 fixé à une carène 5 enveloppant la soufflante 1 et le moteur à explosion 3 et délimitant ainsi une veine 6 sensiblement annulaire dans laquelle l'air soufflé circule en assurant la propulsion de l'engin sur lequel le propulseur est fixé. La carène 5 finit en tuyère 7 à l'arrière. Elle s'étend cependant beaucoup plus que dans les réalisations ordinaires afin de loger un pulsoréacteur 8 entre le moteur à explosion 3 et la tuyère 7. Un pulsoréacteur est un réacteur dépourvu de pièce tournante et qui produit une colonne pulsée de gaz de combustion en raison d'une inflammation discontinue et périodique du carburant qui y est injecté. Le pulsoréacteur 8 comprend donc une enveloppe 9 qui isole une chambre 10 de combustion et une tuyère 11 d'échappement de la colonne de gaz (s'étendant à hauteur de la tuyère 7 dans ce propulseur-ci), et des valves d'entrée d'air 12 et un orifice d'injection de carburant 13 qui sont ménagées à travers l'enveloppe 9 pour alimenter la chambre 10 de l'extérieur. Quand le mélange d'air et de carburant présent dans la chambre 10 s'enflamme, il explose en produisant une onde de pression qui finit par s'écouler par la tuyère 11 ; le contrecoup de l'explosion finit par produire une dépression dans la chambre 10, qui aspire du carburant par l'orifice 13 et de l'air par les valves 12 ; le mélange air-carburant se produit presque immédiatement et le résidu de gaz chauds résultant de l'explosion précédente l'enflamme à son tour, ce qui recommence le cycle. Les valves 12 peuvent être situées au fond de la chambre 10 ou plutôt, comme on l'a représenté ici, sur une couronne circulaire de l'enveloppe 9 adjacente à ce fond ; il peut s'agir de clapets mécaniques à ressorts, s'ouvrant quand la dépression dans la chambre 10 est suffisante et se fermant sinon ; ou, comme on l'a représenté ici et comme on le voit mieux à la figure 2, les valves 12 peuvent consister en des ouvertures latérales à contrecourant qui laissent passer l'air quand une différence de pression suffisante existe entre la chambre 10 et la veine 6 ; ce système, préféré car il ne nécessite pas l'emploi de pièces mécaniques délicates, est une évolution des pulsoréacteurs de type Ecrevisse construits par la Snecma. Un bâti moteur 14 solidarise le moteur explosion 3 et le pulsoréacteur 8. Il lie l'ensemble à la carène 5 et constitue un point d'ancrage rigide du propulseur à l'engin qui le porte. La carène 5 est fixée au bâti 14 par les ailettes du stator 4 à l'avant, et à l'arrière par un pylône profilé 15 traversant la veine 6 et logeant éventuellement les conduites d'alimentation en carburant. Le moteur à explosion 3 représenté est un moteur monocylindrique à deux temps à bougie 19, dont l'arbre entraîne la soufflante 1 à haute vitesse de rotation. D'autres types de moteur, et en particulier un moteur Wankel à piston rotatif, pourraient également être utilisés par exemple. Le conduit d'achappement 20 comprend un conduit principal 21 aboutissant à un silencieux 22, comprenant notamment une chambre disposée autour de la tuyère 11 et dans laquelle les bruits des gaz d'échappement sont amortis, et un conduit de dérivation 23 prélevant une partie des gaz d'échappement et débouchant dans la chambre 10 du pulsoréacteur 8 l'orifice d'injection 13 termine ce conduit de dérivation 23. L'injection du carburant se fait au niveau du gicleur placé à l'extrémité d'un tuyau d'alimentation 16 en amont de l'orifice 13, de sorte que le carburant arrivant à basse pression se mêle au débit dérivé de gaz d'échappement et se vaporise en s'échauffant avant d'entrer dans la chambre 10. I1 est donc immédiatement apte à la combustion. De plus, le flux de gaz d'échappement vers l'orifice d'injection 13 s'interrompt quand la pression est forte dans la chambre 10 après l'explosion, mais reprend fortement quand la colonne de gaz s'est écoulée, grâce à la pression qu'il a accumulée ; cette oscillation de débit règle automatiquement le rythme d'injection de carburant. Le démarrage du propulseur est simple : le moteur 3 est tout d'abord lancé par un démarreur électrique extérieur non représenté qu'on relie par une clé 24 d'entraînement à l'extrémité avant de la soufflante 1. Lorsque le moteur 3 tourne, le démarreur est retiré, la pression de l'air dans la veine 6 s'élève, ce qui emplit la chambre 10 du pulsoréacteur 8 et permet d'amorcer ce dernier dans de bonnes conditions en allumant une bougie 25 dont les électrodes donnent dans la chambre 10 et en autorisant 1' arrivée de carburant. On a vu que l'allumage était ensuite inutile, les cycles d'explosion se succédant automatiquement, de sorte que la bougie 25 peut être arrêtée. On voit donc qu'il est inutile d'alimenter le pulsoréacteur 8 avec de l'air comprimé pour le faire démarrer. La figure 2 a essentiellement pour objet de détailler le système de commande et d'alimentation du propulseur. On utilise un mélange (par exemple) à base de méthanol et d'huile pour alimenter le moteur à explosion 3. Le mélange est contenu dans un réservoir 30 relié par un conduit 31 au carburateur 17. Celui-ci est commandé par un servomécanisme 33 électrique, extérieur au propulseur, par l'intermédiaire d'un câble ou d'une tringlerie 34. Le réservoir 30 est pressurisé par une prise de pression 32 débouchant dans la veine 6. Le pulsoréacteur 8 est alimenté en essence ou en kérosène purs à partir d'un réservoir 26. La circulation est assurée par une pompe 27 à membrane actionnée par la dépression créée par le piston dans le carter du moteur 3 amenée à la pompe par le conduit 28 ; une pompe électrique miniature peut aussi être utilisée. Le débit est commandé par un dispositif type électrovanne 29 complété par un réglage de débit. Plusieurs compositions de carburant sont envisageables pour le moteur à explosion 3 comme pour le pulsoréacteur 8. Le moteur 3 peut fonctionner avec un mélange méthanol/huile + nitrométhane si la bougie 19 est à incandescence, ou avec un mélange essence/huile si la bougie est à allumage commandé. Le pulsoréacteur peut fonctionner avec de l'essence ou du kérosène purs, ou avec un mélange méthanol/benzol + nitrométhane. Un mélange permettant d'alimenter les moteurs avec un même carburant, et donc à partir du même réservoir, est donc envisageable. Cette solution est illustrée à la figure 3. Le réservoir 30 est supprimé et le réservoir 26 empli d'un mélange d'essence et d'huile par exemple, et légèrement préssurisé par la prise de pression 32, alimente directement le moteur 3 par le conduit 31, ainsi que le pulsoréacteur 8 par l'intermédiaire de la pompe 27 à membrane. Le reste du dispositif de la figure 2 est inchangé. REVENDICATIONS 1. Propulseur, caractérisé en ce qu'il est composé d'une soufflante (1) mue par un moteur à explosion (3), d'une carène (5) enveloppant la soufflante (1) et le moteur (3) et finissant en une tuyère (7), et d'un pulsoréacteur (8) enveloppé par la carène (5) et situé derrière la soufflante (1). 2. Propulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur à explosion (3) et le pulsoréacteur (8) sont montés sur un bâti support commun (14). 3. Propulseur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le moteur à explosion (3) est muni d'un conduit d'échappement (21) débouchant dans le pulsoréacteur (8) et dans lequel débouche un conduit d'alimentation (16) du pulsoréacteur en carburant. 4. Propulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un carburant (26) commun au moteur à explosion (3) et au pulsoréacteur (8).