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Perfectionnements aux installations de turbines à combustion interne pour la propulsion, au moins en partie, par jet ou réaction
Cette invention se rapporte à une installation de tur- bine à combustion interne pour la propulsion, au moins en partie, par une action de jet dite réaction, et elle comprend l'ampli- fication" de l'action de jet normale des gaz de la turbine qui actionne le compresseur d'air alimentant la chambre de combustion dont les gaz actionnent le compresseur d'air. Dans son brevet belge du 4 octobre 1946 la Demanderesse a décrit un "amplifica- teur" qui comporte, entre autres, des étages de turbine action- nés par les gaz débités par la partie essentielle de l'installa- tion, comme c'est dit ci-dessus.
Suivant la présente invention, une amplification de la poussée produite par le jet de gaz de cette partie essentielle @
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de l'installation est assurée par un ou plusieurs jets d'amplifi- cateur et/ou une ou plusieurs hélices aériennes, qui viennent s'ajouter à celui ou ceux de la partie essentielle de l'installa- tion et dérivent de l'énergie propulsive d'une chambre de com- bustion supplémentaire qui reçoit son air comburant de l'extré- mité de sortie ou d'un point ou étage intermédiaire du compres- seur principal, bien que si on le juge nécessaire dans-une ins- tallation donnée, l'amplificateur en question puisse comporter un compresseur auxiliaire.
On peut dire de l'amplificateur sui- vant la présente invention qu'il est (pour ce qui concerne le fluide) en parallèle avec la partie essentielle précitée de l'installation, et la partie de l'installation qui constitue l'amplificateur peut avantageusement avoir son axe géométrique- ment décalé par rapport à celui de l'installation principale mais disposé parallèlement ou a peu pres parallèlement à cet axe, ce qui peut être favorable au point de vue constructif en ce qui concerne le fuselage et l'installation motrice dans le cas d'un avion, particulièrement en raison du diamètre réduit que peut présenter la partie essentielle de l'installation en comparaison de celui d'une installation dont l'amplificateur fait partie intér grante.
L'invention peut être réalisée de différentes manières, dont plusieurs seront décrites ci-après, en supposant que dans tous les cas l'axe de l'amplificateur est parallèle à celui de la par- tie essentielle de l'installation.
Suivant une première disposition l'amplificateur" com- prend une série de disques de turbines à flux axial ou leur équi- valent, de préférence du type à contre-rotation, chacun d'eux por- tant sur un diamètre moyen plus grand une soufflerie a flux axial agissant sur de l'air frais en vue d'amplifier le jet de gaz auxi- liaire, l'aubage de turbine recevant le gaz de la chambrede com-
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bustion supplémentaire alimentée d'air prélevé de la sortie ou d'un point ou étage intermédiaire du compresseur de la partie principale ou essentielle de l'installation.
Ainsi qu'il a été indiqué précédemment la partie "amplificateur" de l'installation peut comprendre un compresseur, de préférence actionné par un ou plusieurs étages de turbine séparés de ceux de la turbine action- nant la soufflerie, pour augmenter la pression de L'air prélevé.
Une seconde disposition diffère de celle qui vient d'ê- tre décrite en,ce que la turbine de l'amplificateur actionne di- rectement ou par l'intermédiaire d'un réducteur une hélice aérien- ne ou un autre propulseur, au lieu de ou aussi bien que .les étages de soufflerie.
Dans une troisième disposition la partie "amplificateur" de l'installation comprend simplement la chambre de combustion sup- plémentaire et la tuyere à jet de gaz de manière à produire, par exemple, une poussée supplémentaire pour l'envoi et/ou les cas d'urgence en n'occasionnant qu'une faible augmentation du poids . total de l'installation et un certain accroissement de la consom- mation de combustible.':.., cet amplificateur peut être mis hors service pour la propulsion normale, par'exemple au moyen d'une soupape, ou bien il peut être maintenu en service avec un faible effet utile ou un effet utile qui assure une action régulatrice favorable dans des conditions variables de fonctionnement de l'ins- tallation complote.
En effectuant le prélèvement en un point ou étage inter- médiaire du compresseur principal ou essentiel, on peut obtenir de meilleures caractéristiques de ce dernier à un degré de pression élevé dans le cas d'un compresseur unique. On comprendra que le compresseur principal peut être simple ou compound. L'installation peut comprendre plusieurs parties "amplificateur" conjuguées à sa partie essentielle, on comprendra, qu'en laissant le prélèvement à
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un étage intermédiaire du compresseur principal, la proportion d'air pour l'emplificateur est variable, et qu'elle est plus grande aux faibles degrés de pression: ainsi au démarrage et aux faibles vitesses les étages de l'extrémité d'entrée sont bien charges et le risque de "stase" est réduit.
Pour bien faire comprendre l'invention, on la décrira ci-après avec référence aux dessins purement schématiques ci-an- nexés représentant différentes dispositions données à titre d'exem ples,
Fige 1 montre l'une des dispositions en coupe verticale conventionnelle;
Fig. 2 est une vue d'une variante de l'amplificateur re- présenté sur la Fig. 1 et qui est supposée avoir son tuyau d'admis- sion raccordé en A-A au tuyau de sortie d'air à pression modérée de l'étage Intermédiaire du compresseur dtair représenté à la partie supérieure de la lige 1. fig. 3 est une vue semblable (l'une autre variante où l'amplificateur est constitué partiellement ou entièrement par une hélice aérienne ou propulsive;
Fige 4 montre une autre disposition dont la différence principale avec celles représentées sur les Figs. 1, 2 et 3 est que la tuyère de l'amplificateur avec chambre de combustion auxi- liaire n'a pas de turbine d'amplificateur et de soufflerie ni de compresseur, mais est constituée d'une manière tout-à-fait simple de préférence pour un usage occasionnel.
La partie supérieure de la Fige 1 constitue la partie principale ou essentielle dont question précédemment de l'instal- lation complète, tandis que la partie inférieure représente le système amplificateur supplémentaire qui est tant au point de vue géométrique qu'en ce qui concerne.la circulation du fluide, parallè le au système principal.
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.Le système ou groupe principal étant connu depuis long- temps, il suffira d'en donner une brève description. Sur toutes les' figures, il est'supposé que le mobile qui porte 1''installa- tion de propulsion suivant l'invention se déplace dans le sens indiqué par la flèche B.
En bref, le groupe principal comprend le compresseur d'air C qui est du type à flux axial, bien que l'invention ne soit pas limitée sous ce rapport, actionné par la turbine de compresseur CT qui peut comporter plusieurs étages fixes et mo- biles, comme c'est représenté, ou, dans certains cas, un ou deux étages fixes et un étage mobile, suivant les conditions particu- lières, l'air comprimé par le compresseur C étant refoulé direc- tement dans la chambre de combustion annulaire CC, dont les gaz alimentent directement la turbine Cr et vont alors à la tuyère J.
Le tambour ou corps de la turbine du compresseur est directement raccordé à isolément rotatif du compresseur par l'arbre S.
Dans la disposition représentée sur la Fige 1, l'air d'un étage intermédiaire du compresseur est prélevé par exemple à travers la volute V et est envoyé par un ou plusieurs tuyaux P à un ou plusieurs systèmes amplificateurs, dont un seul est re- présenté pour plus de simplicité.
L'air passe du tuyau P dans la chambre de combustion supplémentaire ca, Ca, dont les gaz de décharge sont envoyés en un courant annulaire à travers les éta- ges d'aubes de la turbine à contre-rotation A c T de l'amplifi- cateur, qui portent, à la périphérie, l'aubage de soufflerie DF et qui aspirent par l'orifice annulaire E de l'air qui est refoulé à travers une tuyère annulaire et ajoute sa masse à celle du jet AJ de 1''amplificateur. Pour une description plus complète de cette disposition de la turbine de l'amplificateur et de la soufflerie en conduit on se référera au Brevet précité de la Demanderesse.
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Le système amplificateur représente sur la Fig. 2 est un exemple de dispositif qui peut remplacer le système amplifica- teur représenté sur la Fige 1.
La disposition suivant la Fig. 2 ne diffère de celle re- présentée sur la Fig. 1, qu'en ce qu'une couronne d'aubes de tur- bine fixes F, F est placée en avant des aubes de la turbine de l'amplificateur et de la soufflerie et entre ces aubes et la cham- bre de combustion auxiliaire Ca ca, de même qu'une seule roue de turbine G montée sur un arbre H par lequel est actionné le rotor d'un compresseur auxiliaire A C qui -augmente la pression de l'air venant du tuyau 2 dont l'extrémité supérieure, comme on s'en ren- dra compte, peut suivant une variante être raccordée dans tous les cas à l'échappement du compresseur d'air principal à étage unique ou à étages multiples,comme c'est représenté en C sur la @ Fig. 1, au lieu d'être raccordée à un étage intermédiaire.
La disposition représentée sur la Fig. 3 diffère de celle représentée sur la Fig. 2 en ce qu'une turbine auxiliaire
F I G I actionne par l'intermédiaire de l'arbre H1 une hélice aérienne ou autre propulseur K, soit, directement soit par l'in- termédiaire d'un réducteur simple indiqué par le rectangle en traits interrompus L.
La disposition représentée sur la Fig. 4 diffère des dispositions précédentes principalement en ce que l'amplificateur comprend simplement une chambre de combustion Cb Cb alimentée d'air par le tuyau P venant de l'extrémité d'échappement du com- presseur principal C. dale partie essentielle de l'installation. Une soupape M peut être intercalée dans le tuyau P dans le but ci-des- sus spécifié. Suivant une variante, le tuyau P peut être raccor- dé à un étage intermédiaire du compresseur C, comme sur la Fig.1.
Les avantages qui résultent des dispositions décrites ont été indiqués dans le préambule, mais on peut encore citer les @ --
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autres avantages suivants, en ce qui concerne spécialement la disposition représentée sur la Fig. 3, notamment des avantages au point de vue du réglage par la commande indépendante de l'ali- mentation de combustible de la chambre de combustion principale et de la chambre de combustion supplémentaire.
La disposition peut aussi présenter les avantages mécaniques ou d'installation sui- vants: facilité de la transmission mécanique de l'énergie de la turbine motrice à l'hélice aérienne K sans que l'arbre ou autre commande ait à traverser un compresseur à grande vitesse actionné par une turbine et sans aucun coude ni emploi d'engrenages aux- quels on doit généralement avoir recours pour transmettre le mou- vement de la partie principale de l'installation à l'hélice aé- rienne déportée. L'hélice aérienne K peut être facilement dépor- tée relativement au groupe principal dans une mesure suffisante poux ne pas gêner l'admission d'air au compresseur principal.
Eventuellement, on peut employer vine hélice aérienne ou autre propulseur à contre-rotation (non représentée) au lieu de celle représentée, actionnéeavec ou sans engrenage réducteur par un rotor de turbine unique, ou actionnée directement par un rotor de turbine à contre-rotation.
Différents modules de turbines motrices peuvent être employés avec un modèle standard de compresseur principal pour répondre aux différentes conditions de service qui peuvent se présenter dans différents types d'avions.
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Improvements to internal combustion turbine installations for propulsion, at least in part, by jet or reaction
This invention relates to an internal combustion turbine installation for propulsion, at least in part, by a so-called reaction jet action, and it comprises the amplification of the "normal jet action of the combustion gases. the turbine which actuates the air compressor supplying the combustion chamber, the gases of which actuate the air compressor. In its Belgian patent of October 4, 1946, the Applicant described an "amplifier" which comprises, among other things, stages of turbines driven by the gases delivered by the essential part of the installation, as mentioned above.
According to the present invention, an amplification of the thrust produced by the gas jet of this essential part @
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of the installation is ensured by one or more amplifier jets and / or one or more air propellers, which are added to that or those of the essential part of the installation and derive energy propellant of an additional combustion chamber which receives its combustion air from the outlet end or from an intermediate point or stage of the main compressor, although if deemed necessary in an installation given, the amplifier in question may include an auxiliary compressor.
It can be said of the amplifier according to the present invention that it is (as regards the fluid) in parallel with the aforementioned essential part of the installation, and the part of the installation which constitutes the amplifier can advantageously have its axis geometrically offset with respect to that of the main installation but arranged parallel or more or less parallel to this axis, which can be favorable from the construction point of view as regards the fuselage and the power plant in the case of an airplane, particularly because of the reduced diameter that the essential part of the installation may have compared to that of an installation of which the amplifier is an integral part.
The invention can be implemented in different ways, several of which will be described below, assuming that in all cases the axis of the amplifier is parallel to that of the essential part of the installation.
According to a first arrangement, the amplifier "comprises a series of axial flow turbine disks or their equivalent, preferably of the counter-rotating type, each of them carrying a blower on a larger average diameter. with axial flow acting on the fresh air in order to amplify the jet of auxiliary gas, the turbine blade receiving the gas from the chamber of
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additional bustion supplied with air taken from the outlet or from an intermediate point or stage of the compressor of the main or essential part of the installation.
As previously indicated, the "amplifier" part of the installation can comprise a compressor, preferably actuated by one or more turbine stages separated from those of the turbine actuating the blower, to increase the pressure of L. air taken.
A second arrangement differs from that which has just been described in that the turbine of the amplifier actuates directly or by means of a reduction an aerial propeller or another propellant, instead of or as well as the wind tunnel stages.
In a third arrangement, the "amplifier" part of the installation simply comprises the additional combustion chamber and the gas jet nozzle so as to produce, for example, an additional thrust for the sending and / or the cases of. emergency by causing only a small increase in weight. total installation and some increase in fuel consumption. ': .., this amplifier can be taken out of service for normal propulsion, for example by means of a valve, or it can be kept in service with a low useful effect or a useful effect which ensures a favorable regulating action under varying operating conditions of the plant.
By taking the sample at an intermediate point or stage of the main or essential compressor, better characteristics of the latter can be obtained at a high pressure degree in the case of a single compressor. It will be understood that the main compressor can be simple or compound. The installation can include several "amplifier" parts combined with its essential part, it will be understood that by leaving the sample to
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an intermediate stage of the main compressor, the proportion of air for the exemplifier is variable, and it is greater at low degrees of pressure: thus at start-up and at low speeds the stages at the inlet end are well loads and the risk of "stasis" is reduced.
In order to make the invention fully understood, it will be described below with reference to the purely schematic drawings attached hereto representing various arrangements given by way of example,
Fig. 1 shows one of the arrangements in conventional vertical section;
Fig. 2 is a view of a variant of the amplifier shown in FIG. 1 and which is supposed to have its inlet pipe connected at A-A to the moderate pressure air outlet pipe of the Intermediate stage of the air compressor shown at the top of the line 1. fig. 3 is a similar view (the other variant where the amplifier is formed partially or entirely by an aerial or propulsion propeller;
Fig. 4 shows another arrangement, the main difference of which from those shown in Figs. 1, 2 and 3 is that the nozzle of the amplifier with auxiliary combustion chamber has no amplifier and blower turbine or compressor, but is made in a quite simple way of preferably for occasional use.
The upper part of Fig. 1 constitutes the main or essential part of which the complete installation was discussed above, while the lower part represents the additional amplifier system which is both geometrically and with regard to the installation. fluid circulation, parallel to the main system.
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The main system or group having been known for a long time, it will suffice to give a brief description. In all the figures, it is assumed that the mobile which carries the propulsion installation according to the invention moves in the direction indicated by arrow B.
In short, the main group comprises the air compressor C which is of the axial flow type, although the invention is not limited in this respect, operated by the compressor turbine CT which may have several fixed and moving stages. biles, as shown, or, in certain cases, one or two fixed stages and one movable stage, depending on the particular conditions, the air compressed by the compressor C being discharged directly into the annular combustion chamber CC, whose gases directly feed the turbine Cr and then go to the nozzle J.
The compressor drum or turbine body is directly connected to the compressor rotary isolation via the S shaft.
In the arrangement shown in Fig. 1, the air from an intermediate stage of the compressor is taken for example through the volute V and is sent through one or more pipes P to one or more amplifying systems, only one of which is re- presented for simplicity.
The air passes from the pipe P into the additional combustion chamber AC, Ca, the discharge gases of which are sent in an annular current through the stages of vanes of the counter-rotating turbine A c T of the amplifier, which carry, at the periphery, the blower blade DF and which suck through the annular orifice E air which is discharged through an annular nozzle and adds its mass to that of the jet AJ of 1 ' 'amplifier. For a more complete description of this arrangement of the turbine of the amplifier and of the ducted blower, reference will be made to the aforementioned patent of the Applicant.
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The amplifier system shown in FIG. 2 is an example of a device which can replace the amplifier system shown in Fig. 1.
The arrangement according to FIG. 2 does not differ from that shown in FIG. 1, that in that a ring of fixed turbine blades F, F is placed in front of the blades of the turbine of the amplifier and of the blower and between these blades and the auxiliary combustion chamber Ca ca, as well as a single turbine wheel G mounted on a shaft H by which is actuated the rotor of an auxiliary compressor AC which -increases the pressure of the air coming from the pipe 2 whose upper end, as As will be appreciated, it may alternatively be connected in any case to the exhaust of the single-stage or multi-stage main air compressor, as shown at C in FIG. 1, instead of being connected to an intermediate stage.
The arrangement shown in FIG. 3 differs from that shown in FIG. 2 in that an auxiliary turbine
F I G I actuates, via the shaft H1, an aerial propeller or other propellant K, either directly or by means of a simple reducer indicated by the rectangle in dotted lines L.
The arrangement shown in FIG. 4 differs from the preceding arrangements mainly in that the amplifier simply comprises a combustion chamber Cb Cb supplied with air by the pipe P coming from the exhaust end of the main compressor C. dale essential part of the installation . A valve M may be interposed in the pipe P for the purpose specified above. According to a variant, the pipe P can be connected to an intermediate stage of the compressor C, as in Fig.1.
The advantages which result from the arrangements described have been indicated in the preamble, but we can also cite the @ -
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further following advantages, especially with regard to the arrangement shown in FIG. 3, in particular advantages in terms of control by independent control of the fuel supply of the main combustion chamber and of the additional combustion chamber.
The arrangement can also have the following mechanical or installation advantages: ease of the mechanical transmission of energy from the driving turbine to the air propeller K without the shaft or other control having to pass through a large compressor. speed driven by a turbine and without any elbow or use of gears which must generally be used to transmit the movement of the main part of the installation to the remote overhead propeller. The air propeller K can be easily offset relative to the main unit to a sufficient extent so as not to interfere with the air intake to the main compressor.
Optionally, an overhead propeller or other counter-rotating propellant (not shown) can be employed instead of that shown, driven with or without reduction gear by a single turbine rotor, or directly operated by a counter-rotating turbine rotor.
Different power turbine modules can be employed with a standard model of main compressor to meet the different service conditions that may occur in different types of aircraft.
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