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PERFECTIONNEMENTS APPORTES AUX ENGINS A MOTEUR A COMBUSTION A ALIMENTATION EN LIQUIDE PAR PRESSION GAZEUSE, NOTAMMENT AUX FUSEES A LIQUIDE A MISE EN PRESSION
PAR POUDRE.
Linvention est relative aux engins à moteur à combustion à alimentation en liquide par pression gazeuse; et elle concerne plus particulièrement, parce que cest dans leur cas que son application semble devoir présenter le plus d'intéret, mais non exclusivement, parmi ces engins, ceux du type à moteur-fusée à liquide à alimentation par pression gazeuse et plus particulièrement encore les fusées de ce genre, notamment celles à au moins deux liquides à mise en pression par poudre.
II paraît dès à présent opportun, pour écarter toute ambiguïté au sujet du domaine dapplication de l'invention de commenter certaines expressions employées dans le cours de la description et, notamment, dans le paragraphe précédent qui a précisément pour objet de définir le susdit domaine d'applicationo
On qualifie de "système" l'ensemble du combustible et du comburant réagissant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion.
On entend par 1?expression "moteur à combustion à alimentation en liquide par pression gazeuse "tout moteur alimenté par un système comportant au moins un élément liquide acheminé depuis un réservoir jusqu'à une chambre de combustion par une pression gazeuse s'exerçant sur la surface libre du liquide dans le susdit réservoir. Lorsque la pression gazeuse est obtenue par 1' explosion dune composition pyrotechnique, généralement d'une cartouche de poudre, on utilise l'expression "mise en pression par poudre".
Par ailleurs, on dit que l'engin est "à moteur-fusée à liquide" lorsque son moteur à combustion est alimenté par un système comportant., à bord de l'engin, à la fois du combustible et du comburantt (par opposition aux systèmes d'alimentation empruntant le comburant dans le milieu ambiant), l'une
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au moins de ces composantes du système étant sous forme liquide.
Cette défini- tion englobe notamment les engins à moteur-fusée pour lesquels le système d'ali- mentation est à un élément liquide (mélange stable de combustible et de combu- rant du type "monergole"), ceux pour lesquels le système d'alimentation est à un élément liquide et à un élément solide (système du type "lithergole") et ceux pour lesquels le système d'alimentation est à au moins deux éléments liquides distincts, généralement un combustible st un comburant, cette dernière catégo- rie englobant aussi bien les systèmes à deux éléments liquides hypergoliques que les systèmes à deux éléments liquides non hypergoliques.
Lorsque le systè- me d'alimentation du moteur-fusée comporte au moins deux liquides, généralement un combustible et un comburant, on désigne l'engin par l'expression g "engin à moteur-fusée à au moins deux liquides" Il y a lieu de noter que cette défi- nition générale ne préjuge en aucune façon des fins ni des modes d'utilisation de la veine gazeuse résultant de la réaction des deux composantes. Lorsque cet- te veine gazeuse est utilisée à des fins de propulsion de l'engin sous forme d'au moins un jet réactif, l'engin est qualifié de "fusée à liquide", et, lors- que son système d'alimentation comporte au moins deux liquides, de "fusée à au moins deux liquides".
L'invention a pour but, surtout, de rendre tels, les engins du genre en question, qu'ils répondent mieux que jusqu'à ce jour aux divers dési- derata de la pratiquée
Elle consiste, principalement - et en même temps qu'à faire com- porter aux engins du genre en question au moins un réservoir à liquide dont la mise en pression soit assurée, lors du lancement de l'engin, par des gaz sous pression, avantageusement par des gaz chauds résultant de la combustion d'une cartouche de poudre, venant agir directement sur la surface libre du liquide après avoir éliminé au moins un obturateur destructible destiné à assurer l' étanchéité provisoire dususdit réservoir du coté de l'arrivée des gaz sous pression -, à prévoir, sur le trajet du liquide et en amont d'un dispositif d'injection alimenté par le réservoir, au moins un filtre propre à arrêter,
avant qu'ils n'atteignent le susdit dispositif d'injection, les déchets véhi- culés par le liquide et provenant de la destruction de l'obturateur ainsi, éventuellement, que du générateur des gaz sous pression, ce grâce à quoi on évite que le fonctionnement du dispositif d'injection ne soit perturbé par les susdits déchets.
Elle consiste, mise à part cette disposition p;principale, en cer- taines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et doit il sera plus explicitement parlé ci-après.
Elle vise plus particulièrement un certain mode d'application (ce- lui pour lequel on l'applique aux fusées à liquide à mise en pression par pou- dre), ainsi que certains modes de réalisation, des susdites dispositions ; elle vise plus particulièrement encore et ce à titre de produits industriels nouveaux, les engins du genre en question comportant application de ces mêmes dispositions, ainsi que les éléments spéciaux propres à leur établissement.
Et elle pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du com- plément de description qui suit, ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication.
La figure 1, de ces dessins, représente, de façon schématique et en élévation avec parties coupées, une fusée à deux liquides à mise sous pres- sion par poudre établie conjointement à l'invention,
La figure 2, représente, à plus grande échelle, un détail de la figure la
La figure 3 représente, en demi-élévation avec parties coupées axialement, une buse d'injection et un filtre montrés en vue extérieure et à plus petite échelle sur la figure l.
La figure 4 est une vue de face d'un secteur du susdit filtre.
La figure 5 représente, en coupe axiale, une soupape disposée en avant des réservoirs, la dite soupape étant précédée d'un dispositif de fil-
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trage circulaire.
La figure 6, enfin,? est une vue de face d'un secteur du susdit dispositif de filtrage.
Selon l'invention et plus spécialement selon celui de ses modes d'application, ainsi que selon ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, se pro- posant, par exemple, d'établir une fusée à liquide à alimentation par pression gazeuse, par exemple encore, une fusée à deux liquides à mise en pression par poudre, on s'y prend comme suit ou de façon analogue.
On établit cet engin, dans son ensemble, de n'importe quelle ma- nière appropriée sous réserve seulement qu'il comporte au moins un réservoir à liquide dont la mise en pression soit assurée au moment voulu par la com- bustion d'une charge de poudre, ce pourquoi, par exemple et comme montré figu- re 1.
On fait comporter à cet engin, de façon en soi connue, un réservoir central A et un réservoir annulaire B entourant le dit réservoir central, la paroi externe 1 du susdit réservoir annulaire constituant avantageusement l'enveloppe du corps. de la fusée.
On prolonge ce corps, d'une part, vers l'avant, par une ogive 2 abritant notamment la charge à véhiculer et le dispositif de mise en pression des réservoirs, et, d'autre part, vers l'arrière, par une chambre de combustion 3 et une tuyère réactive 4.
On prévoit, vers les extrémités des réservoirs A et B situés du côté de la chambre de combustion 3, une base d'injection 5 dans laquelle sont ménagés des passages, par exemple deux séries d'orifices calibrés 6 et 7, destinés à permettre l'écoulement, vers la chambre de combustion 3, des liquides contenus respectivement dans le réservoir central A et dans le réservoir annulaire B (il y a lieu de noter que l'on peut envisager de loger le combustible, soit dans le réservoir central A, soit dans le réservoir annulaire B, le comburant étant logé dans l'autre réservoir),, on constitue avantageusement le dispositif de mise en pression des réservoirs A et B par une cartouche de poudre 8 dont la mise à feu s'accompagne d'un dégagement de gaz qui vient d'agir, par exemple en franchissant une paroi perforée 9 maintenant le réservoir central,
9 sur les surfaces libres des liquides dans les susdits réservoirs A et B, et l'on prévoit, pour assurer l'obturation temporaire de ces réservoirs, tant vers l'arrière que vers l'avant, des membranes déchirables, de préférence distinctes pour chaque réservoir, les membranes arrière étant par exemple accolées à la buse 5,tandis que les membranes avant sont représentées schématiquement, respectivement en 10 (membrane circulaire) et 11 (membrane annulaire) sur la figure 1.
Il convient ici, pour mieux mettre en évidence la disposition essentielle de l'invention et les avantages inhérents à cette disposition, d'indiquer que? avec une fusée établie dans son ensemble comme il vient d'être dit, il se produit parfois des incidents de fonctionnement dus à une obstruction plus ou moins complète des orifices d'injection 6 et 7 par des déchets provenant de la fusion partielle des membranes avant 10 et 11 et de la fragmentation de l'enveloppe de la cartouche de poudre 8.
Il y a lieu de noter, à ce sujet, que les déchets de membranes me peuvent provenir que des membranes avant car ces dernières, qui sont généralement constituées en aluminium ou en alliage léger, sont exposées directement à l'action des gaz chauds résultant de la combustion de la cartouche 8. Les susdites membranes avant sont donc à la fois déchirées et partiellement fondues (les fragments en fusion reprenant la forme solide une fois immergée dans l'un ou l'autre des deux liquides), alors que les membranes qui sont situées vers l'arrière se trouvent maintenues à une température normale par le liquide dans lequel elles baignent, leur destruction s'opérant seulement par déchirement.
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La disposition principale de l'invention a précisément pour objet de remédier au défaut d'alimentation dont il vient d'être question.
Suivant cette dispositions on prévoit, sur le trajet de chaque liquide et en amont des orifices d'injection 6 et 7, au moins un filtre propre à arrêter les déchets véhiculés par le liquide considéré avant que les dits déchets n9atteignent les orifices d'injection 6 ou 7 correspondants.
5?est ainsi que l'on pourra disposer, dans le réservoir central A, un filtre de session circulaire 12, et, dans le réservoir annulaire B, un filtre de section annulaire 130
11 y a lieu de noter que, lorsque le réservoir central A présente, du coté de la buse d'injection, un rétrécissement venant se raccorder sur la partie centrale de la dite buse, on aura intérêt à localiser le filtre circulaire 12, comme montré figure 2, dans la section où s'amorce le rétrécissement du réservoir centralA. De cette façon, le susdit filtre constitue un obstacle propre à empêcher la formation par cavitation, en fin de vidange du réservoir centrale d9un chenal ou entonnoir gazeux tourbillonnaire s'étendant jusqu'aux orifices 6, un tel phénomène étant néfaste pour l'alimentation.
En ce qui concerne alors les filtres 12 et 13, on devra tenir comptepour le choix de leur matière constitutive, de la nature des liquides dans lesquels ils sont respectivement immergés.
Pour les deux liquides contenus respectivement dans les réservoirs A et B, la matière constitutive du filtre doit pouvoir résister à la chaleur emmagasinée dans les débris de membrane fondue véhiculés par le li- quideo En outrele filtre disposé dans le réservoir de liquide oxydant doit résister à Inaction corrosive du dit liquide.
Compte tenu de ces considérations, on pourra, par exemple, constituer le filtre pour le liquide oxydant en un acier spécial, par exemple?au chrome et constituer le filtre pour le carburant en un métal plus banal, par exemple, en laiton.
En ce qui concernes maintenant, la structure des filtres 12 et 13, on pourra en prévoir de nombreux modes de réalisation, la seule précaution à prendre étant de prévoir des orifices de passage des liquides de section suffisamment réduits pour que les déchets dangereux des membranes et de l'enveloppe de la cartouche 7 soient effectivement arrêtés.
En particulier, on pourra constituer les susdits filtres en accolant une plaque perforée et un tamis disposé en amont de la dite plaque, une telle plaque et un tel tamis étant représentés respectivement en 13a et 13b sur les figures 3 et 4 qui sont relatives au montage de la membrane annulaire disposée dans le réservoir B.
En ce qui concerne, enfin, le système de fixation des filtres dont il vient d'être question, on l'agence de préférence, de telle manière qu'il soit entièrement indépendant du système de blocage des membranes destinées à obturer provisoirement les réservoirs A et B du côté de la buse 50 On évite ainsi toute influence du filtre sur la tension de la membrane.
A titre d'exemple, on a représenté, sur les figures 3 et,4,, pour le réservoir annulaire B, une membrane arrière 14 pincée à sa périphérie entre deux portées coniques appartenant respectivement à la buse 5 et à l'extrémité de la paroi externe 1 du réservoir annulaire, le filtre annulaire 13a, 13b étant simplement engagé à force en avant de la membrane 14 avant blocage de cette dernière.
En suite de quoi, on dispose d'une fusée à deux liquides à mise en pression par poudre dont le fonctionnement et les avantages résultent suf- fisamment clairement de la description qui vient d'en être faite pour qu'il soit inutile d'entrer, à ce sujet, dans aucune explication complémentaire.
Il convient, pour terminer, d'indiquer que la disposition prin-
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cipale de 1'invention pourra être avantageusement appliquée à des fusées à liquide pour lesquelles l'obturation temporaire de l'un au moins des réser- voirs, du coté de la cartouche de poudre 8, serait réalisée, non plus par une membrane déchirable, mais par un obturateur mobile tel, par exemple, qu'une soupape 15 appliquée sur son siège par un ressort 16, un tel cas par- ticulier étant illustré par les figures 5 et 60
Dans ce cas, il suffira de disposer le filtre en avant du siège de la soupape 15, le dit filtre pouvant être constituée comme précédemment, par un disque de tôle perforée 12a accolé à un tamis 12b.
Comme il va de soi et comme il résulte déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement indiqués, elle en embrasse, au contrairetoutes les va- riantes.
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IMPROVEMENTS MADE TO COMBUSTION ENGINE MACHINERY SUPPLIED WITH LIQUID BY GAS PRESSURE, IN PARTICULAR LIQUID PRESSURE ROCKETS
BY POWDER.
The invention relates to combustion engine vehicles supplied with liquid by gas pressure; and it relates more particularly, because it is in their case that its application seems to be of the most interest, but not exclusively, among these machines, those of the type with liquid rocket engine supplied by gas pressure and more particularly still rockets of this type, in particular those with at least two liquids pressurized by powder.
It now seems opportune, in order to avoid any ambiguity about the field of application of the invention, to comment on certain expressions used in the course of the description and, in particular, in the preceding paragraph, which is specifically intended to define the aforesaid field of application. 'applicationo
All of the fuel and oxidizer reacting in the combustion chamber of a combustion engine is called a “system”.
The expression "combustion engine supplied with liquid by gas pressure" is understood to mean any engine supplied by a system comprising at least one liquid element conveyed from a reservoir to a combustion chamber by a gas pressure exerted on the gas pressure. free surface of the liquid in the aforesaid reservoir. When the gas pressure is obtained by the explosion of a pyrotechnic composition, generally of a powder cartridge, the expression "pressurization by powder" is used.
Furthermore, it is said that the machine is "liquid rocket engine" when its combustion engine is supplied by a system comprising., On board the machine, both fuel and oxidizer (as opposed to supply systems borrowing the oxidant from the ambient medium), one
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at least of these components of the system being in liquid form.
This definition includes in particular rocket motor vehicles for which the supply system has a liquid element (a stable mixture of fuel and oxidant of the "monopropellant" type), those for which the system of feed is to a liquid element and to a solid element (system of the "lithergole" type) and those for which the feed system is to at least two distinct liquid elements, generally a fuel and an oxidizer, the latter category including both hypergolic liquid two-element systems and non-hypergolic liquid two-element systems.
When the rocket motor fuel system comprises at least two liquids, generally a fuel and an oxidizer, the machine is designated by the expression "at least two liquid rocket motor machine". It should be noted that this general definition in no way prejudges the purposes or modes of use of the gas stream resulting from the reaction of the two components. When this gas stream is used for the purpose of propelling the machine in the form of at least one reactive jet, the machine is qualified as a "liquid rocket", and when its supply system comprises at least two liquids, from "rocket to at least two liquids".
The object of the invention is, above all, to make such devices of the kind in question that they respond better than to date to the various desires of the practice.
It consists mainly - and at the same time of making the devices of the type in question include at least one liquid reservoir, the pressurization of which is ensured, when the device is launched, by pressurized gases, advantageously by hot gases resulting from the combustion of a powder cartridge, coming to act directly on the free surface of the liquid after having eliminated at least one destructible shutter intended to ensure the temporary sealing of the said tank on the side of the gas inlet under pressure -, to provide, on the path of the liquid and upstream of an injection device supplied by the reservoir, at least one filter suitable for stopping,
before they reach the aforesaid injection device, the waste conveyed by the liquid and resulting from the destruction of the shutter as well as, possibly, that of the generator of the pressurized gases, whereby it is avoided that the operation of the injection device is not disturbed by the aforesaid waste.
It consists, apart from this main arrangement, of certain other arrangements which are preferably used at the same time and must, as will be discussed more explicitly below.
It relates more particularly to a certain mode of application (that for which it is applied to liquid rockets with pressurization by powder), as well as certain embodiments of the aforesaid arrangements; it relates more particularly still and this as new industrial products, the machines of the kind in question comprising application of these same provisions, as well as the special elements specific to their establishment.
And it can, in any event, be clearly understood with the aid of the additional description which follows, as well as the appended drawings, which supplement and drawings are, of course, given above all by way of indication.
Figure 1 of these drawings shows, schematically and in elevation with parts cut away, a two-liquid rocket with powder pressurization constructed in conjunction with the invention,
Figure 2 shows, on a larger scale, a detail of figure la
Figure 3 shows, in half elevation with parts cut axially, an injection nozzle and a filter shown in exterior view and on a smaller scale in Figure 1.
FIG. 4 is a front view of a sector of the aforesaid filter.
FIG. 5 represents, in axial section, a valve arranged in front of the reservoirs, said valve being preceded by a thread device.
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circular tracing.
Figure 6, finally ,? is a front view of a sector of the aforesaid filtering device.
According to the invention and more especially according to that of its modes of application, as well as according to those of the embodiments of its various parts, to which it seems that preference should be given, proposing, by For example, to establish a gas pressure feed liquid rocket, for example again a powder pressurize two liquid rocket, the procedure is as follows or the like.
This device, as a whole, is established in any suitable manner, provided only that it comprises at least one liquid reservoir, the pressurization of which is ensured at the desired moment by the combustion of a charge. of powder, which is why, for example and as shown in figure 1.
This machine is made to comprise, in a manner known per se, a central reservoir A and an annular reservoir B surrounding said central reservoir, the outer wall 1 of the aforesaid annular reservoir advantageously constituting the casing of the body. of the rocket.
This body is extended, on the one hand, towards the front, by an ogive 2 housing in particular the load to be conveyed and the device for pressurizing the tanks, and, on the other hand, towards the rear, by a chamber combustion chamber 3 and a reactive nozzle 4.
There is provided, towards the ends of the tanks A and B located on the side of the combustion chamber 3, an injection base 5 in which passages are formed, for example two series of calibrated orifices 6 and 7, intended to allow the 'flow, towards the combustion chamber 3, of the liquids contained respectively in the central tank A and in the annular tank B (it should be noted that it is possible to envisage accommodating the fuel, either in the central tank A, either in the annular tank B, the oxidizer being housed in the other tank), the device for pressurizing the tanks A and B is advantageously constituted by a powder cartridge 8, the firing of which is accompanied by a release of gas which has just acted, for example by crossing a perforated wall 9 holding the central tank,
9 on the free surfaces of liquids in the aforesaid reservoirs A and B, and provision is made, in order to ensure the temporary sealing of these reservoirs, both towards the rear and towards the front, of tearable membranes, preferably separate for each tank, the rear membranes being for example contiguous to the nozzle 5, while the front membranes are shown schematically, respectively at 10 (circular membrane) and 11 (annular membrane) in FIG. 1.
It is appropriate here, to better demonstrate the essential arrangement of the invention and the advantages inherent in this arrangement, to indicate that? with a rocket established as a whole as it has just been said, sometimes operational incidents occur due to a more or less complete obstruction of the injection ports 6 and 7 by waste originating from the partial melting of the membranes before 10 and 11 and the fragmentation of the shell of the powder cartridge 8.
It should be noted, in this regard, that the membrane waste can only come from the front membranes because the latter, which are generally made of aluminum or a light alloy, are directly exposed to the action of hot gases resulting from the combustion of the cartridge 8. The aforementioned front membranes are therefore both torn and partially melted (the molten fragments resuming the solid form once immersed in one or the other of the two liquids), while the membranes which are located towards the rear and are maintained at a normal temperature by the liquid in which they bathe, their destruction occurring only by tearing.
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The main feature of the invention is precisely to remedy the power supply fault which has just been discussed.
According to this arrangement there is provided, on the path of each liquid and upstream of the injection orifices 6 and 7, at least one filter capable of stopping the waste conveyed by the liquid in question before said waste reaches the injection orifices 6. or 7 correspondents.
5? Is thus that we can have, in the central reservoir A, a circular session filter 12, and, in the annular reservoir B, a filter of annular section 130
It should be noted that, when the central reservoir A presents, on the side of the injection nozzle, a constriction which connects to the central part of said nozzle, it will be advantageous to locate the circular filter 12, as shown figure 2, in the section where the narrowing of the central tank begins In this way, the aforesaid filter constitutes an obstacle capable of preventing the formation by cavitation, at the end of emptying of the central reservoir of a vortex gas channel or funnel extending to the orifices 6, such a phenomenon being harmful for the supply.
As regards the filters 12 and 13, in the choice of their constituent material, account should be taken of the nature of the liquids in which they are respectively immersed.
For the two liquids contained in reservoirs A and B respectively, the material constituting the filter must be able to withstand the heat stored in the debris of the molten membrane conveyed by the liquid. In addition, the filter placed in the oxidizing liquid reservoir must withstand Corrosive inaction of said liquid.
Taking these considerations into account, it will be possible, for example, to constitute the filter for the oxidizing liquid in a special steel, for example? Chromium and to constitute the filter for the fuel in a more ordinary metal, for example, in brass.
As regards the structure of the filters 12 and 13, many embodiments can be provided, the only precaution to be taken being to provide orifices for the passage of liquids with a sufficiently small section so that the hazardous waste from the membranes and of the envelope of the cartridge 7 are effectively stopped.
In particular, the aforementioned filters can be formed by joining a perforated plate and a sieve disposed upstream of said plate, such a plate and such a sieve being represented respectively at 13a and 13b in FIGS. 3 and 4 which relate to the assembly. of the annular membrane placed in the reservoir B.
As regards, finally, the system for fixing the filters which has just been discussed, it is preferably arranged in such a way that it is entirely independent of the system for blocking the membranes intended to temporarily seal the reservoirs A and B on the side of the nozzle 50 This prevents any influence of the filter on the tension of the membrane.
By way of example, there is shown in Figures 3 and 4 ,, for the annular reservoir B, a rear membrane 14 clamped at its periphery between two conical bearing surfaces belonging respectively to the nozzle 5 and to the end of the outer wall 1 of the annular reservoir, the annular filter 13a, 13b being simply forcibly engaged in front of the membrane 14 before the latter is blocked.
As a result, a rocket with two liquids with pressurization by powder is available, the operation and advantages of which result sufficiently clearly from the description which has just been given for it to be unnecessary to enter. , on this subject, in no further explanation.
Finally, it should be noted that the main provision
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The principle of the invention could advantageously be applied to liquid rockets for which the temporary sealing of at least one of the reservoirs, on the side of the powder cartridge 8, would be carried out, no longer by a tearable membrane, but by a movable shutter such as, for example, a valve 15 applied to its seat by a spring 16, such a particular case being illustrated by Figures 5 and 60
In this case, it will suffice to place the filter in front of the seat of the valve 15, the said filter possibly being constituted as before, by a perforated sheet disc 12a attached to a screen 12b.
As goes without saying and as it already follows from the foregoing, the invention is in no way limited to that of its modes of application, nor to those of the embodiments of its various parts, which have been more especially indicated, it embraces, on the contrary, all the variants.