Brevet FR3102803A1 — publié le 20210507

Un moteur (M) d’aéronef (AE) à combustion à volume constant, comportant plusieurs modules (A), agencé pour permettre un fractionnement synchronisé des phases (i) d’admission, de combustion, de détente, de balayage et/ou de refroidissement, et de purge, d’un fluide compressible à l’aide d’un procédé de contrôle de valves réalisé au cours d’un cycle thermodynamique, ledit moteur (M) comportant plusieurs chambres de combustion (2) ,plusieurs vannes (3) situées à l’entrée,plusieurs vannes (4) (5)(6) situées en sortie des chambres (2) ,plusieurs carters (7)(8)(19) situés entre la sortie des chambres et les étages turbines (15)(16), plusieurs conduits (18), lesdites chambres (2) caractérisées en ce qu’au cours d’une phase (i) choisie, les ouvertures et les fermetures des vannes (3)(4)(5)(6) , sont contrôlées pour fractionner en plusieurs fractions (j) le déroulement d’une phase (i) afin de transférer vers les carters (7) (8) (19) (20) plusieurs fractions de masse dmi (30) égales à la masse transvasée au cours de la durée dtj (32) du fractionnement (j) choisi. Un procédé de fractionnement synchronisé des phases (i) permettant : de gérer le nombre de tubes (m)(22) d’un même groupe (B) pour que le début de la phase (i) d’une chambre (2) débute dès que la phase (i) d’un autre chambre (2) de ce même groupe (B) se termine.Appelée « synchronisation » des chambres (2) du groupe (B). au cours d’une phase (i) ,de décaler des durées de fractionnement dt i (32) (33) ,les instants de début de cycle des groupes (B) dans un module (A), appelé fractionnement (j) des phases (i), de telle sorte que les gaz sortant des vannes (4) (5) alimentent respectivement les carters (7) et (8) via les conduits (18) avec des pressions et températures moyennes distinctes HP (10) et BP (11) pour 2 fractionnements seulement. Le « fractionnement synchronisé » permettant d’obtenir à l’entrée des étages turbines (15) et (16) des fréquences d’ondes fj (34) (35) élevées (1000Hz) , augmentant les rendements turbines et les valeurs de pression et de températures à l’entrée des turbines. Moteur d'aéronef à fractionnement synchronisé des chambres CVC L’objet de l’invention concerne les modes de synchronisation et de fractionnement des phases : d’admission, de combustion, de détente, de balayage et/ou de refroidissement, et de purge, effectuées au cours d’un cycle utilisant un fluide compressible. Ces modes de synchronisation et de fractionnement des phases du cycle qu’on appelle également « fractionnement synchronisé » permettent d’augmenter les fréquences d’ondes créées au cours du déroulement de ces phases. Par exemple ; les turboréacteurs , turbomoteurs, turbopropulseurs utiliser dans les aéronefs modernes ou les statoréacteurs etc…effectuent des cycles thermodynamiques utilisant un fluide compressible (air) au cours desquels des combustions à volume constant (CVC) ou des combustions à détonation sont effectuées dans des chambres ou des tubes. Aujourd’hui l’utilisation de ce type de combustion pulsée ou intermittente, réduit de manière significative le rendement des étages de turbines car les fréquences d’onde sont très faible de l’ordre de 40-80Hz, ce qui rend ces cycles moins attractifs du point de vue de la réduction de la consommation de carburant. Grâce au « fractionnement synchronisé » des phases il devient possible à partir de tubes opérant à des fréquences d’environ 40 à 80 Hz d’obtenir à la sortie des tubes des fréquences d’ondes beaucoup plus élevées de l’ordre de 800 à 1000 Hz voire plus. Si on prend comme exemple de « fractionnement synchronisé », la détente des gaz dans un étage de turbine ; en augmentant la fréquence des ondes de pression et température à des valeurs proches de 800 à 1000Hz on accroît le rendement de ces étages à des valeurs quasi égales à celles des moteurs d’aujourd’hui c’est à dire de 0,80 à 0,90 de rendement isentropique. In fine ceci permet de réduire de 10 à 30 % (voire plus) les consommations de carburant de ces moteurs. Nous verrons plus loin qu’il y a beaucoup d’autres avantages à utiliser « fractionnement synchronisé » des phases. Pour accomplir cet accroissement des fréquences on dispose à l’entrée des tubes (ou chambres ou volumes) au moins une vanne (ou obturateur) et on installe également au moins une vanne (ou obturateur) à la sortie des tubes ou chambres de combustion. Tout type de vanne (ou obturateur) peut être utilisée, cependant pour de meilleur fonctionnement il faudra privilégier les vannes dont les durées d’ouverture et de fermeture sont faibles voire instantanées (environ 2 millisecondes pour donner un ordre de grandeur). A titre d’exemple ici nous avons utilisé dans nos calcul de cycle, la vanne papillon à ouverture instantanée décrite par le brevet (FR1700309).Cette vanne nécessite très peu de puissance pour son ouverture ou sa fermeture quasi instantanée, même avec une différence de pression amont /avale très importante. Art antérieur L’utilisation de vannes (ou obturateurs) pour opérer un cycle thermodynamique dans un moteur aérobie n’est pas nouvelle. Le brevet WO 2003/023206 (20.03.2003) donne un exemple d’application de cette technologie des moteurs aérobies. L’un des premiers brevets proposant la synchronisation ou l’harmonisation des tubes est le brevet EP1483489 (Gas Turbine with Intermittent Combustion – 2001). Cependant il ne proposait pas le fractionnement des phases ce qui ne permettait pas d’obtenir de hautes fréquences d’ondes à l’entrée des étages turbines et donc de bons rendements d’étages turbines. Les caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante qui se réfère aux figures présentant des modes de réalisation et le fonctionnement de l’invention donnés ici, à titre d’exemple et non limitatifs. Pour exemplifier l’objet de l’invention nous avons pris l’exemple particulier des moteurs aérobies comme les turbofans ou turbine à gaz étant entendu que le « fractionnement synchronisé » peut être appliqué à d’autres processus. Les modes de synchronisation et de fractionnement des phases peuvent également être utilisés dans le domaine aérobie, des statoréacteurs, des pulsejet, des turboréacteurs avec ou sans post-combustion etc… Aujourd’hui les travaux dans ce domaine proposent la combustion isochore ou la détonation comme mode de combustion à volume constant permettant d’accroître de manière significative les niveaux de pressions des cycles obtenus au cours du processus du moteur. Il devient ainsi possible pour une TET donnée (Température entrée Turbine) de réduire les consommations spécifiques de carburant et d’augmenter les puissances fournies répondant ainsi aux demandes gouvernementales (COP21) et sociétales en matière de réduction des gaz à effet de serre. Description de l’invention Nous prenons donc ici l’exemple d’un turbofan représentant le moteur M . Par simplification ,nous supposons également dans cet exemple ici, qu’il y a 2 zones de pressions identifiées : Haute Pression HP 10 et Base Pression BP 11 correspondant aux pressions aux entrées des étages turbines HP 15 et BP 16, sachant que le nombre de zones de pressions peut -être plus élevé comme nous le verrons plus loin dans la description. Ce moteur M est en général constitué d’un ou plusieurs compresseur 21 mono ou multi-étages, de chambres ou tubes 2 ou 39 de combustion isobare ou isochore ou à détonation, d’un ou plusieurs étages turbines HP 15 et d’un ou plusieurs étages turbines BP 16. Ces moteurs M peuvent inclure plusieurs arbres de rotation 41 selon l’arrangement des compresseurs 21 et des étages de turbine 15 et 16 décidés par le constructeur. Nous présentons ici un exemple particulier de synchronisation et de fractionnement des phase de détente des gaz afin d’accroître les fréquences des ondes de pressions et températures à l’entrée des étages turbines HP 15 et BP 16 (Par simplicité, nous avons limité ici l’exemple à 2 niveaux de pressions HP 10 et BP 11). On obtient ainsi des pressions et des températures moyennes plus élevées à l’entrée des étages turbines HP 15 et BP 16 mais également l ‘augmentation des fréquences permet d’obtenir de meilleur rendement turbines. Il s’agit d’un chemin « vertueux » du point de vue du rendement de cycle moteur. Il existe d’autre modes de synchronisation et de fractionnement des phases que celui de la détente, par exemple ou pourrait synchroniser les phases d’admission afin d’obtenir une ligne de fonctionnement linéaire ou variablement contrôlée dans le champ compresseur afin de gérer la marge au pompage. Il existe plusieurs modes de synchronisation et de fractionnement des phases qui dépend des durées de fractionnement et de la synchronisation des tubes, et du nombre de tubes 2 ou 39. Si on imagine des tubes de faibles dimensions avec des obturateurs de très faible section de passage on peut assembler un moteur M avec un grand nombre de tubes 2 ou 39 dont la régulation pourrait se faire en variant chaque fractionnement de telle sorte que le passage d’un tube à un autre apparaisse comme continument variable du fait des hautes fréquences obtenues. ( voir chapitre nouvelle architecture moteur). Les problèmes posées des combustions pulsées ou intermittentes comme la combustion à volume constant (CVCTE constant volume combustion turbine engine) ou les PDE (Pulse detonation engine) sont que d’une part les ondes délivrées ont des fréquences faibles (par exemple 40-80 Hz pour le CVC et le PDE) et que d’autre part elles sont délivrées à l’entrée de l’étage HP 15 (haute pression) uniquement. En d’autres termes tout le débit de gaz sortant de la ou des chambres ou tubes 2 ou 39 de combustion est délivré à l’entrée de la turbine haute pression 15 uniquement. Ainsi il est nécessaire d’attendre la fin du cycle de détente jusqu’à ce que la pression dans cette chambre ou un tube 2 ou 39 soit assez faible pour qu’un renouvellement d’une masse d’air frais assez significative soit possible si on souhaite obtenir de bonnes performances moteurs. Pire encore, si on souhaite un renouvellement d’air maximum il faut effectuer la phase de purge des tubes 2 ou 39 jusqu’à ce que la pression dans ce tube soit très proche de la pression atmosphérique. Ceci accroît considérablement les durées du cycle et de la détente du tube jusqu’à la purge et donc réduit le fréquence des ondes à l’entrée des étages turbines. Ceci a pour conséquence de réduire de manière très significative le rendement des étages turbines à un niveau tellement bas (environ 0,55) que la combustion isochore ou à détonation ne présente plus d’intérêt. L’invention présentée ici permet « d’amener la bonne masse de gaz à la bonne température et à la bonne pression au bon endroit et au bon moment » . On amène ainsi les masses de gaz haute pression 10 à l’entrée des étages HP 15, et les masses de gaz à basse pression 11 à l’entrée des étages basse pression (BP) 16. Cette répartition des masses de gaz HP 10 et BP 11 qui correspond à des débits masse 30 et 31 de gaz à l’entrée des étages turbines 15 et 16 correspond au fractionnement choisi. Elle s’exécute en décidant à quel moment à partir du début de la phase considérée (ici la détente) telle ou telle vanne sera ouverte ou fermée. Ici le fractionnement est égal à 2 car il y a 2 niveaux de pression. Chaque tube 2 ou 39 aura 2 à 3 vannes (ou obturateurs) en sortie et au moins une vanne (ou obturateur) à l’entrée. Les 3 vannes (ou obturateurs) de sortie sont les vannes HP 4 ,BP 5 plus la vanne de purge 6 du tube ou de la chambre 2 ou 39 . La vanne de purge 6 permet d’envoyer les gaz résiduels à l’extérieur (à l’atmosphère par exemple) à la fin de la détente du tube permettant de re-nouveller avec de l’air frais le volume du tube 2 ou 39 avec un taux de remplissage maximum. Comme ces masses de gaz HP 10 ,BP 11 sont délivrées dans des carters HP 7,BP 8 distincts situés à l’entrée des étages turbines HP15 et BP 16 respectivement et à des moments précis au cours de la détente de chaque tube 2 ou 39 on obtient ainsi dans ces carters 7 et 8 des trains d’ondes de pressions et températures avec des fréquences de l’ordre de 400 à 1000 Hz voire plus selon la date de fractionnement choisie pour chaque fractionnement HP 10 et BP 11. Ces fractionnements peuvent avoir des durées variables et non égales. C’est l’analyse des calculs de performances de tous les cycles en fonction des caractéristiques des étages turbines (taux de détente, vitesse rotation N/√T, DH/U, DH/T etc…), qui déterminera les meilleurs fractionnements possibles et donc à quel moment il faudra ouvrir ou fermée telle ou telle vanne. Les rendements turbines sont ainsi augmentés au prorata de la valeur moyenne de l’onde. En notant sur les figures 9 à 14 que la forme de l’onde est proche de celle du ¼ d’onde d’un cosinus, on peut recalculer leur valeur moyenne (intégrale de la moyenne) lorsqu’on fractionne la durée de ce ¼ d’onde par 2 , 3 etc.. . Cette valeur moyenne qui vaut environ 0,55 pour une seule onde non fractionnée, devient égale à 0,90 pour 2 fractions et 0,98 pour 3 fractions etc…. Avec une turbine conventionnelle ayant un rendement isentropique de 0,87 on peut ainsi obtenir pour 2 fractions un rendement turbine de 0,87x0,9 = 0,783, pour 3 fractions 0,87x 0,98 = 0,85 etc… On notera que les mots chambre, volume, ou tube 2 ou 39 signifient la même chose dans la présentation de cet exemple de cycle thermodynamique. On notera également que de varier le moment auquel telle ou telle vanne s’ouvre ou se ferme revient à transformer un volume constant en une succession de volumes constants plus petits donc « in fine » à un système à volume variable. Dans le cas du cycle thermodynamique on parvient ainsi à reproduire quasiment le cycle d’un moteur à piston (dont le volume de la chambre varie avec le déplacement du piston mais dont une bonne partie de la combustion se fait à volume constant) sans avoir besoin du système bielle manivelle. Au cours de la détente on ouvre et ferme telle ou telle vanne (HP,BP ici dans cet exemple) pour une durée appeler « fractionnement » qui peut être différente pour la partie HP ou BP. Dans l’exemple de moteur M et dans certaines figures présentés ici nous avons limité, le fractionnement à 2 (HP et BP) afin de simplifier la création des dessins et leur compréhension, étant entendu qu’il ne s’agit que d’un exemple particulier présenté ici et que le fractionnement peut être supérieur à 2. Les mots vanne ou obturateur ont la même signification. Il peut s’agir de vanne papillon, de tubes en rotation avec une ou plusieurs lumières d’entrée et de sortie, ou un disque tournant comportant plusieurs trous et dont les fermetures ou ouvertures des trous peuvent être obstrués par un autre disque tournant avec un décalage variable etc…Il est simplement nécessaire de pouvoir fermer ou ouvrir les sections de passage du fluide de ces vannes à n’importe quel moment, si possible le plus rapidement possible et de pouvoir garder cette position ouverte ou fermée pendant n’importe qu’elle durée . Nomenclature AE – Aéronef, avion, engin volant, fusée M – Moteur à fluide compressible, composé de plusieurs modules CVCTE (A) à « fractionnement synchronisé ». A – Module de combustion CVCTE à « fractionnement synchronisé » composé de plusieurs groupes (B) . B – Groupe : Un groupe comporte un ou plusieurs tubes ou chambres 2 ou (39) nécessaires à une « synchronisation » 2 – Tube ou chambre ou en général un volume de forme quelconque utiliser pour l’apport d’énergie thermique au fluide compressible. 3 – Vanne (ou obturateur) située à l’entrée d’air du volume ou tube ou chambre 2 4 – Vanne située à la sortie des gaz HP (Haute Pression) du tube ou chambre 2 5 – Vanne située à la sortie des gaz MP ou BP (Moyenne ou Basse Pression) du tube ou chambre 2 6 – Vanne située à la sortie de purges des gaz à basse pression pour la phase de renouvellement d’air ou phase de balayage/de refroidissement et de purge. 7 – Carter ou conduit de récupération des gaz HP (Haute Pression) 8 – Carter de récupération des gaz MP ou BP (Moyenne ou Basse Pression) 9 – Phase de combustion à volume constant ou isochore ou à détonation. 10 – Gaz HP (Haute Pression) 11 – Gaz MP ou BP (Moyenne ou Basse Pression) 12 – DTi ou dti fractionnement (i) : C’est le décalage d’un groupe d’une durée appropriée selon le décalage ou durée de fractionnement (i ) choisi. (voir chapitre fonctionnement) 13 – Premier Groupe de (n) tubes (voir chapitre fonctionnement) 14 – Deuxième Groupe de (n) tubes (voir chapitre fonctionnement) 15 – DTHP distributeur ou étage turbine des gaz HP 10 16 – DTBP distributeur ou étage turbine des gaz MP ou BP 11 17 – carters sortie compresseur situé entrée air des tubes 2 18 – Conduit entre les carters 9 et les distributeurs DTBP 16 19 – Volute ou carter de raccordement des gaz MP ou BP 11 sortie 23 des turbines HP 15 et les gaz MP ou BP transférés par les conduits 18 20 – Carter de récupération des gaz purgés 21 – Compresseur 22 – G1T1 : tube 1 du groupe 1 - d’une manière générale GnTm tube (m) du groupe (n) 23 – Sortie des gaz BP de l’étage turbine haute pression HP 15 24 – Px ou Tx ou P(t),T(t),m(t): pression ou température ou masse instantanée dans un tube 2 ou 39 ou au col d’un distributeur turbine 15 ou 16 ou au col de la tuyère de sortie 42 25 – tADM : durée de la phase admission ou de remplissage 26 – tCOMB : durée de la phase de combustion 27 – tDET : durée de la phase de détente 28 – tBAL : durée de la phase de balayage et/ou de refroidissement 29 – tBAL+PURGE : durée de la phase de balayage et/ou de refroidissement qui inclut une phase de purge 30 – dmHP : débit masse ou masse de gaz 10 transvasée du tube 2 vers le carter HP 7 pendant la durée 32 dtHP du fractionnement HP 31 – dmBP : débit masse ou masse de gaz 11 transvasée du tube 2 vers le carter MP ou BP 8 pendant le durée 33 dtBP du fractionnement MP ou BP 32 – dtHP : durée du fractionnement HP 33 – dtBP : durée du fractionnement MP ou BP 34 – fHP : = fréquence du fractionnement HP 35 – fBP : fréquence du fractionnement MP ou BP 36 – KHP rapport de la pression moyenne HP divisé par la pression maximale HP dans le tube 2 37 – KBP rapport de la pression moyenne MP ou BP divisé par la pression maximale MP ou BP dans le tube 38 – Vanne (ou obturateur) entrée air secondaire tube BP 39 39 – Tube ou chambre combustion secondaire ou tube post combustion 40 – Vanne (ou obturateur) sortie des gaz MP ou BP des tubes secondaires ou tube post combustion BP 39 41 – Arbre moteur ou de transmission de puissance vers le Fan ou boîte mécanique 42 – Tuyère de poussée turboréacteur avec ou sans post-combustion 43 – Conduits apport air secondaire au tube de combustion secondaire 39 44 – Vanne située à l’entrée des tubes 39 45 – Durée totale du cycle Tcycle = tADM + tCOMB + tDET + tBAL+PURGE 46 – Intercooler 47 – Echangeur i = ADM pour la phase d’admission ou i = COMB pour la combustion ou i = DET pour la détente ou i = BAL pour le balayage et/ou le refroidissement ou i = BAL+PURGE pour le balayage et/ou le refroidissement et la purge. j = le nième fractionnement 1,2,3 ou plus DESCRIPTION DES FIGURES montre un exemple de moteur M (turbofan) incluant un module CVCTE A est une vue en coupe montrant la différence entre un module CVCTE A situé au dessus de l’axe du moteur M et une chambre de combustion conventionnelle type isobare (montrée au dessous de l’axe du moteur M) utilisée actuellement dans les turbofans ou turbomoteurs tels qu’on les trouve représenter sur internet. est une vue de détails en 3/4 d’un module CVCTE A montrant : un volume (tube ou chambre) 2 , la vanne d’entrée 3 (il peut y en avoir plusieurs à l’entrée) permettant le transvasement de l’air situé dans le carter 17 vers le tubes 2 , les vannes (ou obturateurs) de sortie 3,4,5 et la vanne de purge 6 (il peut également y en avoir plusieurs localisées à différents endroits) les carters de récupération des gaz HP 7 et BP 8, les étages THP 15 et son distributeur DTHP 15 , les étages de turbine 16 basse ou moyenne pression et leur distributeur DTBP 16 , le conduit 18 de transfert des gaz entre les carters 8 et la volute 19 de raccordement entre la sortie 23 des gaz THP 15 et l’entrée des gaz 11 vers les DTBP 16, les carters 20 de récupération des gaz purgés le compresseur 21. est une autre vue de détails en 3/4 d’un module CVCTE A montrant la même chose que la figure 3 avec plus de détail du tube 2 ou 39 . On y voit nettement les carters 7,8 20,21 ainsi que les vannes 3,4,5,et 6. est un diagramme des phases. La longueur des rectangles est proportionnelle à la durée de la phase considérée. Les couleurs sont différentes selon la phase concernée montrant d’abord : la détente (en blanc), puis le balayage/refroidissement + purge + phase remplissage (en gris foncé), puis la combustion (gris clair), Les tubes 2 ou 39 sont regroupés pour former ici 2 groupes B de 5 tubes GnTm 22 délivrant les gaz HP 10 et BP 11 dans les carters respectivement 7 et 8 . Cette figure 5 montre également le décalage DT i 12 du deuxième groupe B 14 de tubes 2 par rapport au premier groupe B 13 de tubes 2 .. Cette figure 5 montre également un schéma des arbres turbines 15 et 16 , la sortie 23 des gaz de la turbine HP 15 , les compresseurs 21 et les carters 7 et 8 transvasant les gaz jusqu’aux distributeurs DTHP 15 et DTBP 16 des étages de turbines 15 et 16 . D’une manière général DTi 12 représente le décalages en durée du fractionnement j considéré ( j = 1 à 3 ou plus) . Voir chapitre fonctionnement . est un zoom de la figure 5 avec les mêmes notations. On notera le décalage DTi 12 du deuxième groupe B 14 de tubes 2 versus le premier groupe B 13 de tubes 2. et [Fig 8] sont des exemples de vannes ou obturateurs 3,4,5,6 ou 38, 40,44. [Fig 8] montre un exemple de papillon qui utiliserait les forces résultantes d’un profil aérodynamique appliqué à la forme du papillon pour créer un couple de rotation tel que décrit dans le brevet (FR1700309). montre un exemple de résultat obtenu à partir d’un modèle de calcul différentiel de remplissage et de détente des gaz dans un tube 2. Elle montre la variation pression P(t) obtenue dans le tube ou chambre 2 ou 39 pour une température de combustion donnée, pour des durées données d’ouverture et fermeture des vannes 3 ,4,5,6 et pour des conditions initiales de pression et température à l’entrée du tube 2 (elles peuvent être les conditions de pression et de température de l’air dans le carter 17 situé à la sortie du compresseur 21 ou la pression et la température dynamique PRAM : Pressure recovery air mach number) si les tubes sont installés dans un dronee. Ces courbes sont également calculées pour des conditions de détente donnée : ici la pression 24 de fin de détente est px=1,2 Bar. On distingue également sur cette figure 9 les ouvertures et fermetures des vannes d’admission 3 et des vannes de sortie qui selon les valeurs de pression px 24 représente l’ouverture ou la fermeture des vannes 4 ou 5 ou 6. En l’occurrence ici la figure 6 représente l’ouverture et la fermeture de la vanne de purge 6 car 24 px=1,2 Bar. Ces courbes types montrent les durées t ADM de la phase d’admission 25 , t COMB de la phase de combustion 26 t DET de la phase de détente 27 , t BAL ou t BAL+PURGE des phases de balayage/refroidissement 28 et/ou des phases de balayage + refroidissement + purge 29 s’il y a purge. montre les variations de la masse m(t) dans le volume 2 pour les mêmes conditions que la figure 9. Ce cycle avec une pression 24 Px=1,2 Bar permet de calculer la masse d’air initiale remplissant un tube 2 ou 39 avant que cette masse totale soit fractionnée dans les carters 7 et/ou 8 appropriés. [Fig 12] montrent les variations de la pression P(t) et de la masse m(t) dans le tube 2 ou 39 pour les mêmes conditions d’entrée que les figures 9 et 10 mais dont les conditions de sortie ou de détente des gaz HP 10 sont égales à une pression statique 24 px=36 Bars particulière égale à la pression statique du col des distributeurs DTHP 15 (Px 24 est pris ici égale à 36 Bar inférieure à la pression sortie compresseur 21 égale à environ 40 bars dans cet exemple particulier). On obtiendrait de la même manière d’autres courbes pour des conditions de sortie ou de détente des gaz BP 11 avec la pression 24 Px qui pourrait par exemple être px=28 Bars. Ce Px 24 représentant cette fois la pression statique au col du distributeur DTBP 16. De même on calcule pour la purge une détente finale jusque jusqu’à la pression 24 Px = 1,2 Po environ (soit la pression atmosphérique). On note sur la [Fig 11] une valeur moyenne de la pression des gaz pour la fraction HP (ici valeur moyenne de la pression P.HP = 68 Bars environ) et sur la [Fig 12] la valeur de la fraction de masse dmHP 30 qui sera délivrée dans le carter HP 7 au cours de la durée 32 dtHP qui correspondra à la fréquence de fonctionnement 34 – fHP du module A (en l’occurrence pour l’exemple montré sur les figures 11-12 34 sera égale à – fHP = 1/0,0012 = 834 Hz) . On notera que la synchronisation et le fractionnement de la phase de détente HP pendant la durée 32 – dtHP ( ici les [Fig 11] et [Fig 12] montrent dtHP = 1,2 ms) conduisent à obtenir (dans l’exemple ici) une onde de pression moyenne de 68 Bars alors que le transfert de masse constitue bien un transvasement d’une masse 30 – dmHP effectué à la fréquence 34 – fHP (834Hz) ce qui permet de calculer le débit masse de gaz fractionné HP 10 égal à fHP.dmHP transvasé du tube 2 vers le carter 7 qui est ensuite délivré aux étages DTHP 15 et aux étages de turbines HP 15. On obtiendrait de la même façon le débit masse 31 de gaz BP 11 égal à fBP.dmBP transvasé du tube 2 vers le carter 19 via le conduit 18 qui est mélangé aux gaz BP 11 sortie 23 de la THP 15 pour que ces 2 gaz BP 11 soient ensuite délivrés aux distributeurs DTBP 16 et aux étages de turbines BP 16. La somme des deux débits donnant le débit masse total du module A dont le nombre de groupes B de tubes 2 dépend du nombre et de la valeur des fractionnements HP, et BP (présenté ici). Enfin selon le débit masse total du moteur plusieurs modules A seront nécessaire. En théorie il peut y avoir autant de fractionnements de la phase de détente qu’il y a d’étages turbines mais cela augmente les coûts du moteur d’autre part à partir de 3 fractionnements la moyenne des ondes égale 0,98, valeur très proche du maximum égal à 1,00. [Fig 14] montrent le mode à 2 fractionnements HP 10 et BP 11 pris comme exemple ici. On peut voir [Fig 13] , un exemple de la partie haute pression HP 10 et [Fig 14] un exemple de la partie basse pression BP 11.correspondant aux durées de fractionnements 32 dtHP et 33 dtBP montre sur la même figure, l’exemple des ondes de pression HP 10 et BP 11 dont la première onde vient du tube 22 G1T1 et dont la deuxième onde vient du tube 22 G2T1 décalée de la durée 32 dtHP . Dans cet exemple les décalages 32 dtHP et 33 dtBP sont égaux mais ils peuvent être différents. On note ainsi que les valeurs moyennes des pressions augmentent du fait de la synchronisation et des fractionnements des phases de détente des tubes 2 (ou 39) . Toutes les ondes HP 10 se retrouvent dans le même carter HP 7 arrivant de manière synchronisée et fractionnées les unes après les autres en provenance des tubes 22 GnTM des groupes B , et ceci en fonction des dates de fractionnement choisie 32 – dtHP . De la même façon, les ondes BP 11 selon la durée du fractionnement 33 – dtBP , arriveront dans le carter BP 8 , les unes après les autre en provenance également des tubes 22 GnTM des groupes B mais à des niveaux de pression plus faibles. On notera que pour des simplifications de calculs les durées des fractionnements 32 – dtHP et 33 – dtBP ont été pris égales (ici 1,2 ms). Ce qui correspond à des masses ou débit masses 30 – dmHP et 31 – dmBP (qui ne sont pas forcément égaux car les pentes des courbes m(t) ne sont pas identiques) et donc qui correspond à un certain fractionnement du débit entre les étages turbines HP 15 et BP 16 ainsi qu’à des valeurs moyennes de pression à l’entrée des étages turbines HP 15 et BP 16. Dans la pratique, le constructeur du moteur M recherchera en fonction de la perméabilité et de la manière dont les gaz sont détendus dans les étages de turbines 15 et 16 qu’elles sont les meilleurs fractionnements 32 et 33 pour obtenir les performances désirées. la courbe supérieure donne , en fonction du nombre de fractions (en abscisse) , la valeur moyenne des ondes . C’est le rapport 36- KHP (compris entre 0 et 1) de la valeur moyenne de la pression de l’onde HP 10 (ici environ 68 Bars) divisée par la valeur maxi de l’onde (ici environ 72 Bars ce qui donne ici KHP = 0,94). Les pressions 68 et 72 Bars sont celles montrées sur les [Fig 11] et [Fig 13] . La deuxième courbe inférieure donne le rendement turbine obtenu en multipliant ce rapport d’onde 36- KHP par le rendement d’une turbine conventionnelle pris ici égale à 0,87. (soit ici un rendement turbine de 0,87x 0,94=0,82 environ). On note qu’au delà de 3 fractionnements la valeur moyenne égale à 0,98. Ce qui permet d’obtenir des rendements turbines pulsée de 0,85 proche du maximum égal à 0,87 dans cet exemple. [Fig 18] montrent une généralisation pour 3 fractionnements (et non plus deux) HP10 , MP 10 et BP d’un module A composé de plusieurs groupes B des tubes 2 ou 39 fonctionnant selon le mode de « fractionnement synchronisés. Ces courbes donnent en fonction du temps, la pression P(t) et la masse m(t) (donc les débits) de chaque tube et globalement les pressions moyennes et masses délivrées dans chacun des carters HP 7,MP,BP 8 jusqu’au débit de purge. Comme déjà indiqué dans cet exemple particulier, sur ces [Fig 17] ET [Fig 18] on note que les durées de fractionnement 12 dti sont identiques, pour des raisons de simplification de calcul. Dans la pratique des calculs de performances seront effectués par itérations successives pour des durées de fractionnement dti variables qui permettront d’obtenir les meilleures performances souhaitées par le motoriste. Par exemple obtenir la puissance maximum , ou le rendement maximum, ou une sur-puissance instantanée moteur, un régime de croisière ou encore utiliser quelques modules A à pleine puissance et les autres tubes au repos etc…On peut remarquer, que les pentes des courbes de P(t) , T(t) et m(t) ne sont pas identiques donc choisir un dt(i) signifie choisir une pression moyenne, une température moyenne entrée turbine et un débit pour les étages concernés (HP,MP,BP) montre les résultats de calcul de performance d’un cycle d’un moteur M utilisant des modules A CVCTE. On note qu’une conséquence du fractionnement est d’obtenir des taux de détente des turbines HP 15 plus élevées car les pressions amont aux DTHP 15 sont plus élevées permettant à iso-puissance d’utiliser un débit de gaz HP 30 plus faible pour entraîner le générateur de gaz (tout le débit ne passe pas par le DTHP 15). Ce qui a pour seconde conséquence de pouvoir utiliser le débit restant de gaz BP 31 à une pression encore assez élevée (grâce à la combustion isochore) et de détendre ce débit de gaz BP 31 dans les étages turbines de puissance ou turbines libres 16. On obtient ainsi plus de puissance en consommant moins de carburant. [Fig 21] [Fig 22] [Fig 23] montrent les courbes P(t) et m(t) pour un moteur de drone ou un stato-réacteur utilisant une combustion à volume constant avec des vannes à l’entrée et à la sortie selon un mode de fractionnement synchronisé. Ici il y un seul fractionnement de la détente, caractérisé en ce que lorsque la pression 24 Px dans le tube 2 est inférieure à la pression à l’entrée des tubes PRAM (pression Recovery Air Mach Number), il est possible d’avancer le moment d’ouverture de la vanne 3 S1 alors que les vannes de sortie S2 4 des gaz sont encore ouvertes . La pression PRAM force ainsi l’évacuation des gaz plus tôt sans attendre que la pression 24 dans le tube 2 soit égale à la pression atmosphérique Po. Ceci permet avec plusieurs tubes 2 opérant selon le mode de « fractionnement synchronisé » d’accroître la poussée à la sortie du culot car la fréquence des détentes des tubes 2 augmente d’une part et les nombres de Mach de sortie sont toujours proche du sonique d’autre part. montre en effet les différences de nombre de Mach en sortie fonction du temps et les différences de durées des détentes 27 – tDET de 2,26 ms (respectivement 3,28 ms) soient 442Hz (versus respectivement 304 Hz) selon qu’on utilise ou non l’avance à l’ouverture de la vanne 4. En terme de performance sur la poussée ceci correspond à une augmentation de fréquence de 45 % (3,28/2,26) mais également à un nombre de Mach moyen de sortie beaucoup plus élevé pour les durés de détente des tubes 2 de 2,26 ms , ces deux actions augmentant la poussée au culot de la tuyère 42. montre les différences de poussées F(t) obtenues pour le cycle avec fractionnement versus sans fractionnement. Le petit rebond de D(t).V(t) correspondant à la phase de balayage+ purge avec la poussée égale à : compare un « pulsejet » conventionnel avec un moteur M de poussée utilisant des modules CVCTE A . On note qu’à même diamètre D moteur et à même débit d’air Wa la trainée résultant de la section offerte à l’entrée d’air sera beaucoup plus faible avec un CVCTE A qu’avec un « pulsejet » conventionnel car la section S représentée sur [Fig 23] par le diamètre d sera plus petite pour le CVCTE A versus D pour le « pulsejet ». montre un autre exemple d’architecture moteur mettant à profit le mode de « fractionnement synchronisé » des phases. [Fig 24] montre une architecture de turbomoteur ou turbofan avec compresseur 21 étages de turbines 15 et 16 mais en plus des tubes 2 on ajoute les tubes de combustion secondaires 39 , les valves 38 d’alimentation en air secondaire des tubes 39 et les valves de détente 40 BP et les valves 44 situées à l’entrée des tubes 39.Il est également ajouté les conduits 43 d’apport d’air secondaire au tube de combustion secondaire 39.On note sur cette [Fig 24] que le conduit 18 délivre ici les gaz sortant du tube 2 vers le tube 39 de combustion secondaire et qu’il est possible grâce à la vanne 44 de contrôler le débit 23 de sortie des étages de turbines HP 15. Les 2 apports, soit d’air frais par les conduits 43 soit apport de gaz par les conduits 18 sont possibles distinctement ou les deux en même temps. Si la richesse (rapport débit carburant / débit d’air ) est trop élevée certaines configurations ne seront pas possibles (Voir chapitre Autres architectures moteurs avec « fractionnements synchronisés ») montre une architecture similaire à [Fig 24] mais appliquée au turboréacteur avec post-combustion. Il s’agit ici non seulement d’augmenter la température de post-combustion comme les turboréacteurs conventionnels mais également augmenter la pression de post-combustion grâce à la combustion isochore effectuée à nouveau dans les tubes 39 de combustion secondaires et grâce au mode de « fractionnement synchronisé » des détentes et de l’admission afin d’augmenter la poussée au culot de la tuyère. (Voir chapitre Autres architectures moteurs avec « fractionnements synchronisés ») présente un exemple d’algorithme de contrôle d’un moteur M équipé de plusieurs ensemble de puissance composés de Soit plusieurs Module A eux mêmes composés de plusieurs Groupe B fonctionnant suivant le mode de « fractionnement synchronisé » avec plusieurs tubes 2 Soit plusieurs Module A eux mêmes composés de plusieurs Groupe B fonctionnant le mode de « fractionnement synchronisé » avec plusieurs tubes 39 FONCTIONNEMENT Selon le débit masse total nécessaire, le moteur M est composé de un ou plusieurs modules CVCTE A capable de traiter un débit masse donné. Traiter signifie ici : capable de reproduire sous forme intermittente à la sortie du ou des modules CVCTE A un train d’onde de pression et de température à une certaine fréquence alors que le débit masse à l’entrée du ou des modules A peut être ou ne pas être intermittent mais qu’il peut également être constant ou varier continument. Chaque module CVCTE A est composé de 1 ou plusieurs groupes B . Chaque groupe B est composé de 1 ou plusieurs chambres ou tubes ou volumes 2 ou 39 . Chaque tube 2 ou 39 d’un groupe B est synchronisé par rapport aux autres tubes 2 du même groupe B . Synchroniser signifie dans cet exemple particulier de synchronisation des détentes, qu’une nouvelle détente à la sortie d’un tube 2 ou 39 du même groupe B est créée dès qu’une détente d’un autre tube du même groupe se termine. La figure 5 montre cet exemple on note que la détente à la sortie du second tube du premier B13 Groupe 22 G1T2 commence dès que la détente du premier tube du premier B13 groupe 22 G1T1 se termine. Il s’agit du même groupe B 13 de tubes 2 ou 39 . Pour réaliser cette synchronisation on calcule le nombre de tube 2 ou 39 nécessaires pour chaque groupe B .(voir plus loin dans le texte la calcul du nombre de tubes 2 ou 39 et voir les diagramme des phases Fig 5 et Fig 6 ) Chaque tube 2 (ou 39) comportent une ou des vannes 3 (ou 38 ,44 ) à l’entrée et une ou plusieurs vannes de sortie 4,5,6 ou ( 40, pour les tubes 39 ) qui fonctionnent suivant un mode utilisant 1 ou plusieurs fractionnements. Le fractionnement consiste à décaler dans le temps le démarrage du cycle d’un groupe B (par exemple le groupe B 13 Fig 5) par rapport à un autre groupe B 14 . Les moments d’ouverture ou de fermeture des valves d’un tube 2 (ou 39) d’un groupe B sont décalés d’une durée 12 –dt i par rapport à un autre tube 2 (ou 39) étant dans la même phase i que lui mais d’un autre groupe B . Le nombre de groupe est égal au nombre de fractionnement j . Dans cet exemple particulier du « fractionnement synchronisé » de la détente des gaz présenté ici, le fractionnement se caractérise par un niveau de pression 24 Px dans les tubes. Certains tubes d’un module A composé de plusieurs groupes B eux-mêmes composés de plusieurs tubes 2 (ou 39 ) seront synchronisés pour que les ondes (pression, température) sortant de ces tubes se succèdent dans des carters distincts ( 7, 8 ) et dans un ordre prédéfinis par les moments d’ouverture /fermeture de ces vannes. On reconstruit ainsi des trains d’ondes de pression moyenne différentes (haute, moyenne ou basse pression) dont les fréquences sont supérieures à celle da fréquence initiale du cycle. D’une manière générale, chaque fractionnement nécessite un carter distinct pour recevoir la fraction de débit masse, de pression et de température résultant du nombre de fractionnement de la (ou des) phases (admission, combustion, détente, balayage/ refroidissement, purge) choisies pour être fractionnées. Un ensemble de groupes B constituant un module CVCTE A , permet la synchronisation et le fractionnement pour un débit d’air donné. Selon les tailles des tubes 2 (qui ne sont pas obligatoirement d’égal volume ou de même dimensions) un moteur M complet peut nécessiter plusieurs modules CVCTE A . Cette distinction est nécessaire car nous n’avons pas défini de volume particulier des tubes ou chambres 2 ou 39 . C’est au constructeur de définir la plus petite taille de tube 2 ou 39 qu’il souhaite en fonction des performances et des coûts objectifs. Il existe également d’autres contraintes comme les diamètres des vannes 3 à 6 ou de la section de passage de leur orifice ou encore de leur vitesse de rotation ou de leurs durées d’ouverture et fermeture qui sont déterminants dans le choix du volume de tube 2 ou 39 choisi. A l’entrée du tube 2 on trouve donc une ou plusieurs vannes 3 et à chaque sortie de tube on installe plusieurs vannes 4,5 (ou 38,44 pour les tubes 39 ) et une vanne de purge 6 . Le nombre de vannes de sortie dépend du nombre de fractionnement choisi et le nombre de vannes à l’entrée ou de purge dépend de l’installation et de la place disponible (dans l’exemple ici où c’est la phase de détente qui est synchronisée et fractionnée) Dans cet exemple de module A de combustion à volume constant installé dans un turbofan M , on calcule à partir d’un modèle différentiel, les traces des courbes P(t) et m(t) en fonction du temps et à partir des conditions initiales de pression et de température à l’entrée et à la sortie du tube 2 (en sortie du tube 2 la pression 24 Px est choisie selon l’étage turbine HP ou BP choisi) telles qu’indiquées dans la description des Fig 9 à Fig 14 . On peut ainsi déterminer (voir Fig 9 et Fig 10) les durées de remplissage 25 – t ADM , la durée de combustion 26 – t COMB (prise ici constante et égale à 4 ms dans cet exemple) , la durée des détentes 27 – t DET (ici avec px = 36, 28 etc… ) , la durée du balayage et/ou du refroidissement 28 – t BAL qui peut être variable et enfin la durée de purge finale du tube 29 – t BAL+PURGE . la durée totale du cycle 45 – ATTENTION de ne pas confondre les durées des phases avec les durées des fractionnements dans une phase particulière exemple : 27 – t DET : durée phase de détente et 32 – dt HP : durée du fractionnement d’une partie de la détente HP 10. A partir de ce calcul, on trace le diagramme des phases montré sur les Fig 5 et Fig 6 . Sur ces figures la longueur d’un rectangle représente la durée d’une phase (ADMISSION ,COMBUSTION ,DETENTE ,BALAYAGE-PURGE) d’un tube particulier pour un groupe particulier. On note sur ces Fig 5 et Fig 6 pris comme exemple, 2 groupes de 5 tubes soit le groupe B13 (G1T1, G1T2 G1T3 …) puis le groupe B14 (G2T1,G2T2,G2T3 …) . 22 représente un tube (m) d’un groupe(n) en général. Un module CVCTE A est une unité autonome qui fonctionne avec un débit d’air donné à l’entrée du module A et qui produit (dans l’exemple ici décrit particulièrement) des fréquences d’ondes en sortie avec des pressions moyennes, des températures moyennes et des débits dont le nombre égale le nombre de fractionnements HP..,MP…, BP… etc... Le nombre de modules A est égal au rapport du débit maximum d’air du moteur divisé par le débit masse par module A . Le nombre de groupes B par Module A est égal aux nombre de fractionnements choisis. Un ensemble de groupes B permettant d’effectuer un fractionnement synchronisée d’un certaine portion (partielle ou totale) du débit d’air du moteur constitue un module A . Il s’agit d ‘un module CVCTE A autonome capable de transvaser un débit d’air (ici) constant tout en effectuant le fractionnement synchronisé, c’est à dire capable d’augmenter les fréquences des ondes en sortie du module. La synchronisation : Selon l’objectif recherché, il est possible de synchroniser les tubes 2 (ou 39 ) d’un groupe B quelconque, de plusieurs manières. On peut par exemple synchroniser sur la durée de remplissage 25 – t ADM ou sur la durée de la détente 27 – t DET ou toute autre durée 26 – t COMB . Nous prenons ici comme exemple une durée de synchronisation égale à la durée de la détente 27 – t DET car elle est pertinente pour l’obtention de hautes performances des étages de turbine 15 et 16 . Ce qui signifie que nous souhaitons avoir une nouvelle détente d’un tube d’un groupe B dès qu’une autre détente d’un tube du même groupe B ou d’un autre groupe B se termine. Bien qu’il soit préférable d’obtenir une équipartition azimutale la plus équilibrée possible, on notera que l’identification géographique d’un tube 2 ou 39 particulier n’est pas obligatoire, c’est sa disponibilité à accomplir une phase ou à quel moment d’une phase il se trouve qui est pertinent. On peut même envisager que l’appartenance d’un tube 2 (ou 39 ) à un groupe B (GnTm) particulier soit recalculé à tout moment par le calculateur du moteur M . Pour effectuer cette synchronisation il faut disposer d’un certain nombre de tubes 2 ou 39. Ce nombre m de tubes est égal au rapport de la durée totale du cycle 45 T cycle (admission, combustion, détente..purge etc..) divisé par la durée t i de la phase i choisie pour être synchronisée. avec i la phase choisie pour être synchronisée et T cycle = t ADM + t COMB + t DET + t BAL+PURGE Dans le cas de la synchronisation sur la détente 27 – t DET présenté ici comme exemple on note sur la Fig 11 les valeurs suivantes pour la première détente HP 10 des gaz d’un tube 2 T cycle = 13 ms environ (durée du cycle complet) t ADM = 2 à 2,5 ms environ t COMB =4 ms (pris constant dans cet exemple) t DET = 2,5 ms environ t BAL = 3,5 à 4 ms environ On obtient donc T cycle / t DET = 13/2,5 = 5,20 on aura donc en arrondissant au plus proche, 5 tubes 2 par groupe B comme montré sur la Fig 5. En se reportant aux Fig 5 et Fig 6 montrant les diagrammes des phases on notera que ce nombre 5 de tubes 2 par groupe B 13 ou B14 garantit une continuité du débit d’air constant à l’entrée des tubes 2 , car un tube 2 du même groupe B (par exemple le groupe 13 ) est disponible au remplissage d’air dès qu’un autre du même groupe B 13 termine sa phase de remplissage d’une part et que d’autre part une détente en sortie des tubes 2 du même groupe B 13 débute dès qu’une autre détente d’un autre tube 2 du même groupe B13 se termine. On aurait pu prendre la phase d’ admission pour la synchronisation 25 – t ADM pour synchroniser tous les tubes 2 (ou 39 ) on aurait alors : T cycle / t ADM = 13 /2 = 6,5 tubes (soit 6 ou 7 tubes) pour avoir un débit entrant absolument linéaire si on souhaite par exemple contrôler la ligne de fonctionnement et la marge au pompage du compresseur 21 . Remarque : On peut accroître ou réduire la durée de balayage t BAL 28 d’une très faible valeur (0,25 ms) pour obtenir un nombre entier de tubes. Comme indiqué ci-après dans le chapitre « Système de contrôle » il est toujours possible de passer d’un type de synchronisation à un autre type. Il suffit de prévoir pour les cas critiques les volumes ou le nombre de tubes 2 (ou 39 ) nécessaires pour les phases de transition. Ceci peut-être utilise par exemple pour les phases de combustion qui nécessiterait plus de temps dans des conditions critiques d’allumage. Il est également possible de varier les durées de balayage 29 – t BAL en variant les débuts et les fins d’ouverture ou de fermeture des vannes 3 , 4 et/ou 5 et 6 afin de garantir que ce débit soit constant à l’entrée du tube. Ces ouvertures et fermetures sont montrées sur les Fig 9 à Fig 14 par les sections S1 et S2 des vannes 3 , 4 et/ou 5 et 6 . Le fractionnement : Les longueurs des rectangles sur les Fig 5 et Fig 6 sont proportionnelles aux durées de chaque phase i (admission, combustion, détente etc …)et on note en comparant les groupes 13 et 14 un décalage d’une durée 12 DT (ou dt i ) du second groupe B 14 par rapport au premier groupe B 13 (Fig 5 et Fig 6 ). Le décalage 12 DT (ou dt i ) représente la durée choisie pour le fractionnement HP 10 comme montré sur les Fig 5] et Fig 6. Dans cet exemple ici dt i = 32 dt HP . On voit que la première fraction j (ici j =1) de gaz à haute pression HP 10 en provenance de la détente du premier tube du premier groupe G1T1 B13 , d’une durée de 32 – dt HP est délivrée dans le carter de récupération des gaz HP 7 . Que vient ensuite la fraction j ( j =1) de gaz à haute pression HP 10 en provenance de la détente du premier tube du second groupe G2T1 B13 , d’une durée de 32 – dt HP est également délivrée dans le carter de récupération des gaz HP 7 . puis vient la fraction j ( j =1) de gaz à haute pression HP 10 du deuxième tube du premier groupe G1T2 B13 également délivrée dans le carter de récupération des gaz HP 7 . Et ainsi de suite… On voit de même Qu’après la fin de détente HP 10 d’une durée 32 – dt HP , la fraction j (ici j =2) de gaz à basse pression BP 11 en provenance de la détente du premier tube du premier groupe G1T1 B13 est alors délivrée dans le carter BP 8 avec un décalage DTi = dt BP 33 (qui peut être égal ou différent de dt HP 32 ). Que vient ensuite la fraction j ( j =2) de gaz à basse pression BP 11 en provenance de la détente du premier tube du second groupe G2T1 B13 décalée de DTi = dt HP 32 également délivrée dans le carter de récupération des gaz BP 8 . puis vient la fraction j ( j =2) de gaz à basse pression HP 10 du deuxième tube du premier groupe G1T2 B13 également délivrée dans le carter de récupération des gaz BP 8 . Et ainsi de suite… Sur les Fig 5 et Fig 6, les carters 7 sont gris clair pour le gaz HP 10 et les carters 8 sont gris foncé pour le gaz BP 11 , le temps se déroule vers la droite du diagramme. On note ainsi aucune discontinuité de débit, selon que les masse 30 – dm HP ou 31 – dm BP sont délivrées respectivement vers les carters HP 7 (gris clair) ou le carter BP 8 (gris foncé). Par contre les niveaux de pression changent avec le HP 10 dans le carter 7 (gris clair) et le BP 11 dans le carter 8 (gris foncé). On note dans l’exemple montré ici que le nombre j de fractionnement est égal à 2. Il y aura une perte ou une fluctuation de débit uniquement au premier moment du décalage DTi = dt HP 32 ou DTi = dt BP 33 . C’est à dire lorsqu’on retardera de la valeur dt HP 32 le départ du groupe B 14 par rapport au groupe B 13 . Cette variation de débit est extrêmement faible et égale à la masse 30 – dm HP ou 31 – dm BP non délivrée pendant la première occurrence de DTi = dt HP 32 ou DTi = dt BP 33 qui vaut à peu près 0,5 à 2 ms au maximum dans cet exemple. Ensuite les modules CVCTE A fonctionnent en régime permanent ou transitoire dont les durées de transitoire sont beaucoup plus longues que les durées de synchronisation ou de fractionnement. Fig 17 ET Fig 18 montrent après « fractionnement synchronisé » , les pressions moyenne obtenues et les masses dm(t) résultant des choix de 32 – dt HP : durée du fractionnement HP 10 et de 33 – dt BP : durée du fractionnement BP 11 CHEMIN PARCOURU PAR LES FLUIDES (AIR – GAZ) Les chemins parcourus par les fluides (air et/ou gaz) particulièrement dans les modules CVCTE A sont montrés sur les Fig 3 Fig 4 et Fig 24 Fig 25 A la sortie du compresseur 21 l’air pénètre dans un carter 17 situé entre la sortie compresseur 21 et l’entrée des tubes 2 . Ce carter 17 peut-être commun à tous les tubes 2 ou plusieurs carters 17 peuvent être utilisés selon l’espace disponible. En particulier on peut dériver une partie de l’air pour alimenter un ou plusieurs tubes 2 ou d’autres volumes (par exemple à l’entrée des tubes 39 Fig 24, Fig 25). On peut situés ces carters 17 au dehors du moteur M par exemple pour alimenter un intercooler 46 qui serait refroidi par l’air du Fan ou l’air de RAM (l’intercooler 46 n’est pas montré sur les dessins). S’agissant d’une combustion à volume constant, ceci permettrait d’accroître la puissance du moteur M en augmentant la masse spécifique de l’air introduit dans un volume de chambre ou de tube 2 ou 39 donné, à l’instar des intercooler (46) installés à la sortie des turbocompresseur de moteur à pistons suralimentés. Si le but recherché est de réduire au maximum la consommation spécifique de carburant, on envisagera plutôt d’installer un échangeur 47 de chaleur air/gaz, comme ceux installés dans les turbines à gaz avec échangeur de chaleur. Ceci augmentera le poids du moteur M de manière significative car le fluide moteur devra parcourir un chemin de réchauffement de l’air introduit dans les tubes et les gaz en sortie du moteur M . devront parcourir un chemin de transfert de chaleur. Il semble peu probable que cette configuration soit utilisée dans les moteurs de drones ou de missiles. On notera cependant que : la CVC (combustion à volume constant) permet d’envisager les 2 configurations selon le but recherché mais que l’apport de chaleur à l’entrée des tubes (2) et/ou (39) réduit sérieusement le taux de remplissage des tubes (2) et/ou (39) ce qui augmentera significativement le poids du moteur (M) si on veut garder des puissances élevées. On suppose au départ que toutes les vannes de sortie 3 à 6 sont fermées. Lorsque la vanne 3 est ouverte l’air entre dans un tube 2 disponible. Lorsque la pression 24 Px dans le tube est égale à la pression maximale sortie compresseur 21 (pris ici comme exemple) la (ou les) vannes 3 du ce tube 2 se ferment. La combustion peut s’effectuer (voir ci-après COMBUSTION). A la fin de la combustion comme indiquée sur les Fig 9 à Fig 14 la première vanne 4 s’ouvre dès que la pression 24 Px dans ce tube 2 atteint sa valeur maximale. Une masse 30 – dm HP de gaz chauds se déverse dans le carter HP 7 pendant la durée 32 – dt HP .Cette durée 32 – dt HP est choisie par le motoriste. Cette durée 32 – dt HP correspond au fractionnement des gaz HP 10 et donc à la fréquence 34 – f HP , elle détermine la pression et la température moyenne des gaz HP 10 dans le carter HP 7 et la masse 30 – dm HP avec la fréquence 34 – f HP qui détermine le débit masse 30 – dm HP délivré aux étages turbines HP 15 . Remarque Le volume de ce carter 7 pourra être dimensionné pour permettre d’atténuer les fluctuations de pression HP 10 si on souhaite une alimentation à pression constante des étages de turbines 15 et 16 . Cette remarque valant également pour les pressions BP 11 dans le carter BP 8. Mais il est également possible d’utiliser de nombreux carters 7 qui seront « accordé s » en fonction de la valeur maximale de la pression dynamique à un instant donné. Il s’agit ici d’un système similaire à ceux utilisé dans les moteurs à piston de formule 1 où les longueurs des conduits d’entrée d’air et d’échappement des cylindre sont ajustés en fonction de l’emplacement de ces cylindres par rapport à un turbocompresseur par exemple et donc ajustés en fonction du chemin à parcourir par les gaz et de la valeur maximale de la pression dynamique. Nous avons limité notre description ici à des alimentation à pression constante moyenne des carters HP 7 et BP 8 . Ensuite la pression 24 Px dans le tube 2 ou 39 ayant baissée la vanne 4 se ferme et la vanne 5 s’ouvre, ces 2 valves pouvant avoir une durée de croisement qui dépendra de la rapidité d’ouverture/fermeture de ces vannes. Il faudra cependant que le croisement ne dure pas trop longtemps pour éviter que des gaz chaud HP 10 du carter HP 7 ne remontent dans le tube 2 pendant le croisement de ces vannes 4 et 5 . La pression 24 Px des gaz dans le tube 2 est alors plus faible et égale à la pression BP 11 . Une masse 31 – dm BP de gaz chauds se déverse dans le carter HP 8 pendant la durée 33 – dt BP . Cette durée 33 – dt BP est également choisie par le motoriste. Cette durée 33 – dt BP correspond ici au second fractionnement BP et donc à la fréquence 35 – f BP , elle détermine la masse 31 – dm BP et la pression et la température moyenne des gaz BP 11 dans le carter BP 8 . Ces gaz BP 11 sont ensuite dirigés jusqu’aux distributeurs BP 16 grâce aux conduits 18 qui relient les carters BP 8 aux distributeurs BP 16 . On peut utiliser le même conduits 18 pour relier plusieurs groupes B synchronisés. Il faudra vérifier que les nombres de Mach des écoulements dans ces conduits ne dépassent pas des valeurs de l’ordre de 0,1 à 0,3 pour minimiser les pertes de charges. A la rencontre des gaz sortie 23 des étages turbines HP 15 et des gaz sortant des conduits 18 on installera une volute ou un carter 19 qui permettra de réunir les 2 débits de gaz avec le minimum de pertes. On notera donc que les valeurs des pressions des gaz sorties 23 des étages turbines HP 15 et des pressions sortie des conduits 18 dépendent des durées choisies pour les fractionnements des gaz HP 10 et BP 11 c’est à dire pour les durées 32 – dt HP et 33 – dt BP choisies. Il faudra effectuer un certain nombre de calcul itératifs afin de choisir des durées de fractionnement qui permettent d’obtenir des pressions HP 10 les plus élevées possibles tout en gardant des valeurs de pression en sortie 23 des étages de turbine HP 15 proches des valeurs de pression des gaz BP 11 arrivant dans la volute ou carter 19 lui-même situé juste avant les DTBP 16 . Ensuite la pression 24 Px dans le tube ayant à nouveau baissée la vanne 5 se ferme et la vanne 6 s’ouvre pour détendre les gaz à l’atmosphère pendant une durée 29 – t BAL+purge . Au cours de cette durée 29 – t BAL+purge la vanne 3 d’entrée d’air sera ouverte dès que la pression 24 Px dans le tube est inférieure à la pression sortie compresseur 21 . La phase de balayage commence au début d’ouverture de la vanne 3 et se termine à la fin de 29 – t BAL+purge à la fermeture des toutes les vannes de sortie 4 à 6 .La durée de 29 t BAL+purge également choisie par le constructeur dépend du temps nécessaire pour vidanger partiellement (par exemple pour garder des gaz chauds pour le prochain allumage, bien que ceci se fasse au dépend des performance du tube) ou pour purger complètement les gaz. La durée de 29 – t BAL+purge dépend aussi du temps nécessaire pour abaisser la température de paroi des tubes 2 ou des vannes 3 à 6 selon leur emplacement et leur matériau etc…. Un peu avant la fin de la durée de purge 29 – t BAL+purge lorsque toutes les objectifs du constructeur sont atteints (température limite de paroi etc..) toutes les vannes de sortie 4 à 6 sont fermées, et la phase de remplissage ou admission recommence. Lorsque la pression 24 Px dans le tube est égale à la pression sortie compresseur 16 la vanne 3 se ferme, et le cycle recommence. COMBUSTION Il s’agit d’une combustion à volume constant soit une déflagration à volume constant soit une détonation. La forme de la chambre 2 ou 39 peut-être un tube ou n’importe quelle forme appropriée pour obtenir la température désirée. Les dessins montrent des chambres 2 ou 39 dont la forme est proche de celle des tubes mais dont la section est carrée ou rectangulaire, montré comme exmple. La combustion peut s’effectuer de plusieurs manières. Soit on dispose à l’extérieur et sur la périphérie plusieurs injecteurs (non montrés sur les dessins) de carburant avec des bougies (non montrés sur les dessins) placés géométriquement à des distances permettant d’obtenir la meilleure combustion. Il s’agit des systèmes de combustion multipoint bien connus des fabricants de moteurs à piston, soit on prévoit dans la conception initiale un certain nombre de tubes ou chambres « réservoirs » 2 situés à intervalle réguliers, Ils garderont en réserve une masse de gaz à haute température dont une partie de cette masse pourra être introduite à chaque cycle dans les tubes 2 voisins afin d’initier la combustion. Lorsque la pression dans ces tubes devient inférieure à la pression de la sortie du compresseur on détend les gaz vers les carters BP 8 et on reconstitue une réserve de gaz chauds en remplissant à nouveau d’air ces tubes particuliers et en donnant ainsi du temps pour effectuer la meilleure combustion. Ces gaz chauds étant transvasés vers les tubes 2 ou 39 à l’aide de petits tubes (non présentés sur les dessins) dont l’ouverture est commandée par le système de contrôle et des vannes spécifiques (non présentés sur les dessins) ouvrant ou fermant l’arrivée des gaz chauds en fonction de la demande. Il s’agit d’un système d’allumage intermittent avec des tubes dédiés à la combustion. Soit un prévoit dans chaque tube une petite réserve de gaz chaud à l’instar des chambres de Ricardo de pré-allumage utilisé dans les moteurs à piston. Nouvelles architectures moteur avec fractionnements synchronisés Les architectures (Fig 24 Fig 25) permettent d’optimiser les cycles en utilisant le « fractionnement synchronisé ». L’objectif est d’accroître la pression et la température des gaz avant les étages turbines BP 16 (ou avant l’entrée de la tuyère 42 s’il s’agit d’un turboréacteur avec post combustion), pour accroître la puissance (ou la poussée) et ceci avec le meilleur rendement global. Pour atteindre cet objectif on gère les débits d’air entrant dans les tubes 2 et 39 à l’aide des vannes 3 et 38 en fonction du besoin de chacun des tubes 2 et 39 . Ce qui revient à gérer les débits de carburant dans chacun des types de tubes 2 et 39 en fonction des choix de température Tx 24 maximale de combustion choisies pour chacun de ces tubes 2 et 39 . En d’autres termes, on peut considérer qu’il y a 2 sources de puissance qu’il faut gérer en fonction des températures de combustions Tx 24 choisies : l’une avec les tubes 2 qui entraîne le compresseur et qui peuvent éventuellement délivrée vers les tubes 39 des gaz sortie THP 23 à une pression encore assez élevée l’autre source avec les tubes 39 qui fournissent la puissance aux turbines de puissance BP 16 ou à la tuyère 42 . Par exemple si la température de combustion Tx 24 des tubes 2 est maximale pour les matériaux aéronautiques considérés , par exemple, 2500°K à 60 Hz (ce qui est proche de ce qu’on trouve dans les moteurs à piston), les pressions maximales dans ces tubes 2 seront élevées (dans l’exemple de cycle ici elles seraient égales à 108 bars), on obtient ainsi des taux de détente élevés des turbines 15 ce qui permet de produire la puissance nécessaire pour entraîner le compresseur 21 avec un débit d’air à l’entrée des tubes 2 assez faible. Un second débit d’air en provenance du compresseur 21 sera donc disponible pour alimenter les tubes 39 pour une autre combustion. Une première limite peut –être atteinte avec des fort taux de détente lorsque la pression 23 en sortie des THP 15 devient égal ou proche de Po (pression atmosphérique). Dans ce cas on purge les gaz à l’atmosphère (Fig 25) et aucun débit des gaz en sortie 23 ne sera délivré aux tubes 39 qui effectueront leur cycle de manière indépendante (combustion avec l’air en provenance des vannes 38 ). Si par contre on choisit une température maximale Tx 24 des tubes 2 plus faible (par exemple comme indiqué sur la Fig 19 avec Tx 24 =T4HP des tubes 2 = 1665°K pour réduire par exemple les peroxydes d’azote NOx), il sera alors nécessaire d’augmenter le débit d’air à l’entrée des tubes 2 car les taux de détente des turbines 15 seront plus faibles. Les pressions des gaz 23 en sortie des étages turbines 15 seront plus élevées et pourront être utilisés dans les tubes 39 . On notera que si la température 24 Tx du tube 2 est trop faible, aucun débit d’air ne sera disponible pour être transvasé vers les tubes 39 via la vanne 38 . Ensuite il existe 2 possibilités, soit le gaz de sortie 23 présente une richesse suffisamment pauvre pour permettre une seconde combustion dans les tubes 39 (comme une post combustion) et l’apport d’air de la vanne 38 sera faible voire nul, ceci est donc la seconde limite . In fine si pour quelle que raison, il n’est pas possible d’effectuer une combustion dans les tubes 39 , les gaz sortie 23 traverseront les tubes 39 pour se détendre dans les étages turbines 16 ou la tuyère 42 . Les vannes des tubes 39 resteront ouvertes et les tubes 39 se comporteront comme des conduits. soit le gaz sortant de 23 ne présente pas une richesse suffisamment pauvre pour qu’on puisse effectuer une nouvelle combustion dans les tubes 39 et il sera alors nécessaire d’amener un débit d’air assez significatif en provenance du compresseur 21 via les vannes 38 . On peut remarquer que la combustion effectuée dans les tubes 39 est similaire à la post- combustion isobare utilisée dans les turboréacteurs, à ceci près qu’ici, on bénéficie des avantages de la combustion isochore (CVC) et du « fractionnement synchronisé » permettant d’obtenir des pressions plus élevées et des bons rendements des turbines 16 . Remarque : Fig 25 montre une architecture similaire à celle de la Fig 24 mais appliquée au turboréacteur avec postcombustion pris comme exemple. Il est possible de placer la vanne 38 à l’entrée de chaque tube 39 ou placer un autre carter similaire au carter 17 si la conception est ainsi rendue plus aisée. En fonction du choix des Tx 24 maximales pour les tubes 2 et 39 fait par le constructeur, le nombre d’étages turbine 15 et la vitesse de rotation 41 de l’arbre sera plus ou moins élevée. Chemin des fluides pour Nouvelles architecture moteur Grâce à la vanne 38 Fig 24, on prélève un certain débit d’air à la pression sortie compresseur 21 et on amène cet air (remplissage) dans les tubes 39 afin d’accroître la possibilité d’augmenter le débit de carburant et donc la température et la pression des gaz en fin de combustion dans les tubes 39 . Evidemment ceci est possible : si d’une part la pression px 24 des gaz déjà contenus dans le tube 39 est plus faible que la pression sortie compresseur 21 , c’est à dire lorsque la pression dans un tube 39 sera au milieu ou en fin de détente et alors ce tube 39 deviendra disponible et d’autre part si la richesse (rapport carburant/air) du mélange du gaz BP 11 sortant 23 de la turbine HP 15 (Fig 24 et Fig 25) est assez pauvre, c’est à dire que les températures de combustion des tubes 2 soient assez éloignées de la températures de combustion stoechiométrique (ce qui est le cas de l’exemple montré Fig 19 où la T4HP dans le tube n’est que de 1665°K). Dans ces conditions il sera possible d’ajouter « une certaine » quantité d’air frais dans le tube 39 et accroître à nouveau les pressions selon un mode de « fractionnement synchronisé » et augmenter ainsi la puissance des turbines 16 ou la poussée au culot. Ce type de fonctionnement permet une augmentation significative de puissance installée. Si la température de combustion des tubes 2 est proche de la température stoechiométrique les gains de puissance des tubes 39 par apport d’air frais sont encore possibles mais ils seront plus faibles. Si c’est le cas, on pourra alors dimensionner les tubes 2 coupler à l’arbre turbine 41 Fig 25 et augmenter le nombre d’étages turbines 15 pour que les taux de détente de ces étages turbine 15 soient assez élevés. La puissance fournie par ces étages de turbine 15 compensera juste la puissance requise pour entraîner les compresseurs 21 . Dans ces conditions les pressions faibles des gaz à la sortie 23 des turbines HP 15 pourront être éjectés à l’atmosphère au cours d’une phase de purge comme montré sur la Fig 25. Les gaz MP ou BP 11 circulant dans le conduit 18 contrôlés par la vanne 5 pourront alors être utilisés pour une détente fractionnée (pour bénéficier des bons rendements turbines) à l’entrée d’un autre étage turbine HP 15 avec l’ajout d’une volute ou carter 19 de raccordement comme montré Fig 25. Ce carter 19 permettra d’égaliser les pressions statiques ou d’égaliser les nombres de Mach des gaz sortant de la turbine HP 15 placée avant le carter 19 comme le montre les Fig 25, Fig 3 et Fig 4 et comme déjà expliqué précédemment dans le fonctionnement des tubes 2 . On notera que les fonctionnements décrits dans le paragraphe ci-dessus ont pour objectif de privilégier le mode du « fractionnement synchronisé » à l’ admission (et non plus à la détente ), c’est à dire que les vannes 38 et 44 sont des vannes d’admission d’air ou de gaz à l’entrée des tubes 39 . Chaque groupe B secondaires comportera donc un certain nombre de tubes 39 cohérents avec la durée des admissions d’air ou de gaz (ou les deux simultanément) de telle sorte que le rapport T cycle / t ADM soit égale à ce nombre de tubes 39 . Les détentes en sortie des tubes 39 ne seront plus synchronisées (ce seront les admissions qui seront synchronisées ) mais les fluctuations de pression à la sortie seront amorties par le rotation de la turbine de puissance. On a également vu que le principe du « fractionnement synchronisé » est de délivrer des fractions de débit d’air ou de gaz aux endroits appropriés aux bons moments. C’est à dire que des masses dmi à des pressions Pi et des températures Ti sont délivrées pendant des durées di aux endroits appropriés. Grâce à la gestion des ouvertures et fermetures de vannes 3 à 6 et 38 et 40 et 44 . Il devient possible de réguler en continu ces valves pour optimiser le cycle du moteur. Le dessin initial du moteur prendra en compte les conditions critiques afin de prévoir le nombre minimum de tubes 2 ou 39 à installer pour ces conditions critiques. Ainsi si on souhaite gagner du temps pour poursuivre une combustion qui nécessiterait plus de temps, il suffit de d’ajouter des tubes ( 2 ou 39 ), car ajouter du volume c’est ajouter du temps . Il en est de même par exemple en cas de pompage compresseur. Les valves se fermeront et s’ouvriront au gré de la disponibilité des volumes disponibles pour adapter les transferts de masses d’air ou de gaz. Dans les conceptions présentées dans les Fig 24 et Fig 25 les vannes 5,38 et 44 auront pour rôle de privilégier soit le débit d’air en provenance du compresseur 21 via les vannes 38 et 44 soit le débit de gaz en provenance de la sortie BP 11 du tube 2 via les vannes BP 5 et 44 Selon le scénario choisi le débit de carburant injecté dans les tubes 39 sera différent. Le fonctionnement des tubes 2 et 39 peut conduire à un conflit en ce que la fermeture des vannes 44 d’un certain nombre de tubes 39 peut changer les conditions de détentes des tubes 2 . Il s’agit d’un fonctionnement similaire à celui des turbines à gaz équipées de distributeur turbine libre 16 à section variable. En résumé, la fermeture de ce distributeur 16 remonte la ligne de fonctionnement dans le champ compresseur. Dans le cas du « fractionnement synchronisé » il suffit de prévoir à la conception suffisamment de volumes pour résoudre ces problèmes. En ajoutant des volumes (tubes 2 ou 39 ) on gagne du temps pour effectuer des phases plus longues. Le calculateur devra gérer les valves selon l’état de pression et de température aux différents endroits du moteur. Bien entendu l’ajout de tubes 2 ou 39 accroît le poids du moteur qui pourrait peser de 1,5 à 2 fois le poids d’un moteur d’aujourd’hui mais ce surpoids devient quasiment négligeable lorsqu’on le compare aux gains de poids carburant non embarqués grâce à la réduction de carburant. Par exemple 20 % d’économie représente pour un A380 environ 80 tonnes de carburant en moins à chaque décollage… SYSTEME DE CONTROLE ET REGULATION Le système de contrôle peut utiliser n’importe quelle paramètre de pression, température, masse , taux de ionisation des gaz, concentration molaire ou tout autre paramètre variant de 0 à 100% indiquant l’état de disponibilité du tube au cours des phases ainsi que la combinaison de plusieurs paramètres. Ces systèmes de contrôle existent déjà (en partie) dans les turbines à gaz actuelles. Cependant l’utilisation des valves à ouvertures rapides associées au « fractionnement synchronisé » des phases (i) offre une très grande flexibilité de régulation du moteur car les modules CVCTE A offre des degrés de liberté supplémentaire. Dans les moteurs actuels à l’exception des IGV (inlet Guide vane) ou des distributeurs variable des turbines libres, il n’existe qu’un seul degré de liberté, le débit de carburant , pour réguler la puissance des moteurs. Avec un moteur M utilisant les modules CVCTE A on peut décider quel débit carburant ou à quelle richesse fonctionnera tel ou tel groupe B22 GnTm de tubes 2 ou 39 . C’est à dire qu’on peut obtenir le même niveau de puissance finale à partir de différents scénarios de régulation. Ceci est rendu possible car le nombre de tubes maximum sera calculé pour les conditions critiques( Altitude, T° atmosphérique, nombre de Mach de l’engin volant AE ), il devient donc possible, hors ces conditions critiques, d’utiliser les tubes 2 ou 39 disponibles de différentes manières. On peut par exemple décider que tous les tubes 2 ou 39 fonctionneront mais à faible richesse (c’est à dire à faible température de combustion) ou encore on peut décider que certains tubes 2 ou 39 seront au repos (pour des raisons de maintenance par exemple) et les autres fonctionneront à des richesse plus élevées afin de compenser la réduction du nombre de tube 2 ou 39 en fonctionnement. Pour des raisons de réduction des coûts et de simplification on pourrait être tenté de réguler la moteur M à partir de paramètres globaux (par exemple pression, température) mesurés dans les carters 7, 8 ou 18,19 , mais il ne faut pas sous-estimer l’intérêt de pouvoir contrôler ce qui se passe dans chaque tube 2 ou 39 à tout moment. Ce qui permettrait au calculateur de déterminer à tout instant la disponibilité , l’état (pression, température) de chaque tube et de gérer le moteur M non plus par zones de pression HP, BP etc… mais comme un ensemble à optimiser. Dans ces conditions la régulation de chaque vanne nécessitera la gestion rapide d’un nombre important de données. La mesure de la pression instantanée est cependant un paramètre important permettant de contrôler efficacement ce qui se passe dans les tubes 2 ou 39 et de connaître leur état (de pression et température) et ainsi contrôler les vannes à l’entrée et aux sorties des tubes 2 ou 39 . Dans la description des Fig 20 à Fig 23 on a déjà cité la possibilité de fractionner la détente en avançant le moment d’ouverture de la vanne 3 d’entrée d’un tube 2 dès que la pression 24 Px dans le tube est inférieure à la pression PRAM ou inférieure à la pression P2 sortie compresseur 21 . Il devient ainsi possible d’accroître encore plus les fréquences des tubes pour le turbofan par exemple. Cela sera possible pour les phases BP 11 et les phases de purge Pour la phase HP 10 la température des matériaux des tubes et des vannes sera déterminante pour raccourcir la phase de balayage qui permet de refroidir les matériaux. Hormis les synchronisations variables des tubes et le fractionnement des détentes, pris comme exemple ici, Il existe de nombreux modes de gestion des tubes et des vannes comme : La gestion géographique azimutale des détentes pour améliorer les couples et limiter les disparités de pressions à l’entrée des étages turbines. La possibilité de fonctionner avec un nombre restreint de modules CVCTE A fonctionnant à la puissance maximale, les autres modules CVCTE A étant au ralenti ou à l’arrêt afin d’optimiser le rendement global du moteur ou allonger les durées de maintenance de certains tubes. La possibilité d’une surpuissance transitoire. Il s’agit pendant une très courte durée de faire fonctionner tous les tubes avec le maximum de débit carburant pour produire des pressions et un débit maximum à la sortie des tubes. On peut dédier certains tubes pour effectuer des combustions complètes pour délivrer ensuite une faible masse de gaz très chauds aux tubes environnants afin d’améliorer l’allumage et diminuer les temps de combustion. Ces tubes dédiés pourront bénéficier d’un temps de combustion plus long avec des températures de gaz très élevés (température stoechiométrique). Ces durées plus longues signifient qu’il faudra plus de tubes pour faire un groupe B afin de réaliser la durée du cycle T cycle 45 . Pout les architectures nouvelles comme précédemment expliqué il s’agira de gérer les débits de carburant et les ouvertures des vannes selon les richesses des gaz en provenance des tubes 2 ou 39 pour obtenir la puissance maximale. Ces lois dépendent du type de matériau utilisé pour les tubes 2 , les étages turbines 15 et 16 (refroidies ou non), les niveaux de pollution acceptés etc… Moteur (M) à combustion et explosion à volume constant, agencé pour permettre un fractionnement synchronisé des phases (i) d’admission, de combustion, de détente, de balayage et/ou de refroidissement, et de purge, d’un fluide compressible à l’aide d’un procédé de contrôle de valves réalisé au cours d’un cycle thermodynamique, ledit moteur (M) à combustion comportant : un ou plusieurs arbres (41) de rotation, un ou plusieurs compresseurs (21) , un ou plusieurs étages de turbine haute pression HP Haute Pression (15), un ou plusieurs étages de turbine moyenne pression MP moyenne pression, un ou plusieurs étages de turbine basse pression BP (16) ou une tuyère en sortie (42) une ou plusieurs chambres ou tubes (2) ou (39) un ou plusieurs carter (17) situés à l’entrée des chambres (2) et/ou (39) un ou plusieurs carter (7)(8)(19) situés entre la sortie des chambres (2) et/ou (39) et les étages turbines (15) ou (16) un ou plusieurs conduits (18)(43) lesdites chambres (2) et/ou (39) , comportant : une ou plusieurs vannes (3) et/ou (38) et/ou (44) situées à l’entrée des chambres (2) et/ou (39) une ou plusieurs vannes (4) et/ou (5) et/ou (6) et/ou (40) situées en sortie des chambres (2) et/ou (39) caractérisé : en ce qu’il comporte des moyens de contrôle des vannes pour que, au cours d’une phase (i) choisie, les ouvertures et les fermetures des vannes (3) (38) (44) (4) (5) (6) (40) , sont contrôlées pour fractionner en une ou plusieurs fractions (j) le déroulement d’une phase (i) afin de transférer de ou vers les chambres (2) (39) ou , de ou vers les carters (17) (31) (7) (8) (19) une ou plusieurs fractions de masse dmi (30) ou (31) , de la masse du fluide contenue dans les chambres (2) et/ou (39) ou contenue dans lesdits carters (17) (31) (7) (8) (19) en ce que les masses dmi (30) ou (31) sont égales à la masse transvasée au cours des fractionnements (j) pendant la durée de fractionnement choisie égale à dtj (32) ou (33) . Procédé de fractionnement synchronisé des phases (i) d’admission, de combustion, de détente, de balayage et/ou de refroidissement, et de purge, d’un fluide compressible au cours d’un cycle thermodynamique dans un moteur à combustion (M) selon la revendication précédente , ledit procédé comportant les étapes et configurations suivantes : formation d’un groupe (B) qui comporte une ou plusieurs chambres (2) (39) regroupées fonctionnellement au sein de ce groupe (B), le nombre de chambres (2) (39) par groupe (B) étant égal au ratio de la durée totale T cycle (45) du cycle divisé par la durée t i (25) à (29) , de la phase (i) choisie, « synchronisation » des chambres (2) , (39) d’un groupe (B) en décalant les instants de début de cycle de chaque chambres t i (2) et/ou (39) au sein d’un même groupe (B) de la durée (25) à (29) de la phase (i) choisie pour que le début de la phase (i) d’un chambre (2) et/ou (39) débute dès que la phase (i) d’un autre chambre (2) et/ou (39) du même groupe (B) se termine, regroupement fonctionnelde groupes (B) pour former un ou plusieurs modules (A) de groupes (B) du moteur (M), chacun des groupes (B) dans un module (A) ayant des instants de début d’ouverture et/ou de fermeture desdites valves décalés desdites durées dt i (32) (33) de fractionnement (j) ce qui produit le « fractionnement » des phases (i), u n module (A) permettant les synchronisations et les fractionnement s (j) des phases (i) au sein de ce module (A), de telle sorte qu’il y a autant de groupe (B) par module (A) qu’il y a de fractionnements (j) choisis, que l’ensemble des groupes (B) forme un ou plusieurs modules (A) de groupes (B) du moteur (M) et que les nombres de chambres (2) (39) , les nombres de groupe (B) et les nombres de module (A) d’un moteur (M) dépendent du volume choisi pour les chambres (2) (39) et du débit masse maximum nécessaire au fonctionnement du moteur (M), calcul du débit maximum du moteur (M) pour les conditions de fonctionnement critique (Altitude, température atmosphérique, nombre de Mach à l’entrée du moteur (M), l es fractionnements (j) choisis pouvant varier selon les groupes (B) et/ou les modules (A) en fonction des formes variables des courbes de pression P(t), de température T(t) et de masse m(t) (24) dans les chambres (2) (39) variant au cours du temps en fonction des conditions de pression et de température amonts et avales de ces chambres (2) (39), l e nombre de fractionnement (j) étant illimité de telle sorte que plus le nombre de fractionnement (j) est élevé, plus les valeurs moyennes de pression, température du cycle se rapprochent des valeurs maximales de pression et de température obtenues dans les tubes (2) (39) Moteur (M) selon la revendication 1ou moteur mis en œuvre selon le procédé de la revendication 2 caractérisé en ce que les masses de fluide dmi (30) ou (31) , de la masse du fluide contenue dans les chambres (2) et/ou (39) ou contenu dans lesdits carters (17) (31) (7) (8) (19) sont amenées aux étages turbine (15) et (16) , via des conduits (18)(43). Moteur (M) selon la revendication 1ou moteur mis en œuvre selon le procédé de la revendication 2 caractérisé en ce que les valeurs moyennes des pressions et des températures dans lesdits carters (17) (31) (7) (8) (19) et/ou à l’entrée des étages turbines (15) et (16) ont une valeur moyenne qui est fonction des fréquences f j (34) (35) , ces fréquences f j (34) (35) , étant égales à l’inverse des durées dt j (32) (33) des fractionnement (j) choisis. Moteur (M) selon la revendication 1ou moteur mis en œuvre selon le procédé de la revendication 2 caractérisé en ce que les vannes ou obturateurs (3) (38) (44) (4) (5) (6) (40) ont des durées d’ouverture et de fermeture préférablement la plus brève possible et peuvent garder une position ouverte ou fermée pendant une durée variable. Moteur (M) selon la revendication 1ou moteur mis en œuvre selon le procédé de la revendication 2 caractérisé en ce que les transferts des masses dmi (30) (31) du fluide compressible s’effectuent à des fréquences fj (34) (35) , Moteur (M) selon la revendication 1 ou moteur mis en œuvre selon le procédé de la revendication 2 caractérisé en ce qu’il comporte un système de contrôle et de régulation des chambres (2) et (39) de postcombustion fonctionnant avec des températures maximales de combustion optimisées pour obtenir le maximum de puissance dans les étages de turbines (15) et (16) ou la poussée maximale dans la tuyère (42). Moteur (M) selon la revendication 1ou moteur mis en œuvre selon le procédé de la revendication 2 caractérisé en ce qu’il comporte plusieurs étages turbines (15) et (16) et/ou une tuyère de poussée (42) à la sortie du moteur (M). Moteur (M) selon la revendication 1ou moteur mis en œuvre selon le procédé de la revendication 2 caractérisé en ce qu’il peut comporter un ou plusieurs intercooler (46) situés à l’entrée des chambres (2) et (39). Moteur (M) selon la revendication 1ou moteur mis en œuvre selon le procédé de la revendication 2 caractérisé en ce qu’il peut comporter un ou plusieurs échangeurs de récupération de chaleur (47) situés à l’entrée des chambres (2) et (39) pour réchauffer le fluide et la sortie des étages turbines (15) et (16) pour récupérer la chaleur à l’échappement. Moteur (M) selon la revendication 1ou moteur mis en œuvre selon le procédé de la revendication 2 caractérisé en ce que selon la demande de puissance, toutes les chambres (2) et (39) fonctionnent à puissance partielle. Moteur (M) selon la revendication 1ou moteur mis en œuvre selon le procédé de la revendication 2 caractérisé en ce que selon la demande de puissance, un certain nombre de chambres (2) et (39) fonctionnent à pleine puissance et les autres chambres (2) et (39) seront au ralenti ou à l’arrêt. Moteur (M) selon la revendication 1ou moteur mis en œuvre selon le procédé de la revendication 2 caractérisé en ce qu’on utilise la pression instantanée (24) et les températures maximales de combustion des chambres (2) et (39) pour réguler le moteur (M) Moteur (M) selon la revendication 1ou moteur mis en œuvre selon le procédé de la revendication 2 caractérisé en ce que le plan de maintenance du moteur (M) ou de l’aéronef (AE) utilise la puissance produite par chaque tube (2) et (39) au cours des missions/vols pour gérer les actions de maintenance. Moteur (M) selon la revendication 1ou moteur mis en œuvre selon le procédé de la revendication 2 caractérisé en ce que certaines chambres (2) et (39) sont fonctionnellement des réservoirs dont la température des gaz est très élevée pour transférer des portions de ce gaz vers les autres chambres (2) et (39) afin d’améliorer l’allumage. Ces chambres « réservoir » dédiées à l’allumage pourront lorsque la pression Px (24) sera plus faible être utilisées comme les autres chambres (2) et (39) avant de recommencer un nouveau cycle de stockage de gaz chauds. Moteur (M) selon la revendication 1ou moteur mis en œuvre selon le procédé de la revendication 2 caractérisé en ce qu’on augmente la durée 26 – t COMB de la phase de combustion en augmentant le nombre de tubes (m)(22) par groupe (B) Moteur (M) selon la revendication 1ou moteur mis en œuvre selon le procédé de la revendication 2 caractérisé en ce que dans l’application particulière des moteurs de missile, on réduit la durée de la détente 27 – t DET et on accroît la fréquence de détente 34 – f HP (ce qui augmente la poussée F et réduit la trainée du missile) en ouvrant les vannes (3) à l’entrée des chambres (2) dès que la pression Px (24) est inférieure à la pression PRAM à l’entrée du missile. Aéronef (AE) avion ou missile ou engin volant caractérisé en ce qu’il utilise un moteur (M) à fractionnement synchronisé selon l’une des revendications 1ou 3 à 17.