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POWER JETS (RESEARCH & DEVELOPMENT) LIMITED, résidant à LONDRES.
PERFECTIONNEMENTS APPORTES AUX INSTALLATIONS AVEC TURBINE A GAZ.
L'invention est relative aux installations avec turbine à gaz pour la propulsion par réaction.
Le problème de l'accroissement temporaire de la puissance normale d'une installation avec turbine à gaz, utilisée pour la propulsion par réac- tion d'unavion, est bien connu et des méthodes pour obtenir ce résultat ont été proposées. Une méthode consiste à introduire un fluide refroidisseur dans l'entrée d'air du compresseur. Un liquide volatil est généralement uti- lisé, ce liquide devant, idéalement ,avoir une chaleur latente élevée de vaporisation, un point d'ébullition réduit et, de préférence, également un pouvoir calorifique élevé. En pratique, on adopte ordinairement un compro- mis sous la forme d'un mélange eau-méthanol.
,Ce mélange permet d'obtenir une température effective plus basse de l'air d'admission et, par conséquent, une diminution de la puissance né- cessaire pour entraîner le compresseur ou bien, à puissance égale, un taux de compression, un débit massique et une vitesse du jet plus élevés.-On ob- tient ainsi une poussée fortement accrue à l'aide de la même installation.
Un genre d'une installation avec turbine à gaz pour la propul- sion par réaction, qui a, jusqu'ici, été utilisé à peine bien qu'il ait été proposé depuis plusieurs années, est celui pour lequel deux courants gazeux contribuent à former le jet propulseur, l'énergie étant prélevée à un des courants et fournie à l'autre. On peut obtenir ainsi un accroisse- ment de la poussée et de l'effet propulseur. On propose maintenant d'incor- porer l'injection d'un fluide refroidisse,ur dans une installation avec tur- bine à gaz de ce genre, et cela d'une manière particulièremert avantageuse.
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L'invention a pour objet une installation avec turbine à gaz, pour la propulsion par réaction,dans laquelle passent deux courants ga- zeux qui contribuent tous deux à la formation du jet propulseur, des moyens de compression, un dispositif de combustion et des moyensavectrbineétantétablis sur le trajet suivi par le courant principal et de l'énergie étant fournie à l'autre courant par lesdits moyens à turbine, ladite installation compre- nant, en outre, des moyens propres à injecter un fluide refroidisseur et à introduire ce fluide seulement dans ledit courant principal à l'entrée desdits moyens de compression.
Un exemple d'une installation du genre spécifié plus haut est, le réacteur dénommé réacteur à by-pass.
L'invention a également pour objet une installation à by-pass avec turbine à gaz pour la propulsion par réaction, cette installation com- prenant un courant gazeux principal et un courant en by-pass qui contribuent tous deux à la formation du jet propulseur et qui sont comprimés tous deux initialement par un ventilateur établit.dans le conduit d'admission de la machine, cette installation comprenant, en outre, des moyens de compression, un dispositif de combustion et des moyens à turbine, ces derniers étant re- liés en entraînement audit ventilateur et auxdits moyens de compression et l'ensemble étant établi dans ledit courant principal, ainsi que des moyens propres à injecter un fluide refroidisseur et à introduire ce fluide dans le courant principal seulement, en amont desdits moyens de compression.
L'injection du fluide refrodisseur peut se faire immédiatement en amont des moyens de compression ou ; dansle cas du by-pass, cette injec- tion peut se faire dans le courant en un endioit adjacent au rayon intérieur du ventilateur.
Il est avantageux de faire varier la section du jet propulseur quand du fluide refroidisseur est injecté et il en est ainsi de préférence.
Quand l'installation comporte un conduit d'admission commun et en forme de fourche pour les deux courants, le fluide refroidisseur est injecté, de préférence, à l'endroit où se fait la bifurcation.
Les organes d'injection du fluide refroidisseur peuvent compor- ter une pompe entraînée, par l'intermédiaire d'engrenages, par les moyens de compression.
L'invention permet de prélever un courant gazeux sous pression à l'installation, ce courant n'étant jamais contaminé par le fluide re- froidisseur. De plus, elle permet que l'injection du fluide refroidisseur se produise en même temps que la combustion d'un combustible dans une zone qui se trouve en aval d'un ou des deux courants.
Les dessins ci-annexés montrent, à titre d'exemples, quelques modes de réalisation de L'invention.
La Fig. 1 montre, en coupe axiale schématique, un réacteur avec turbine à gaz avec by-pass.
La Fig. 2 montre, semblablement, l'extrémité d'entrée d'une tur- bine à gaz avec by-pass dans laquelle l'injection du fluide refroidisseur se fait d'une manière différente de celle montrée sur la Fig. 1.
La Fig. 3 montre, en mi-coupe axiale schématique, un réacteur avec une turbine à gaz munie d'un dispositif, augmentant la poussée, à son extrémité d'aval, l'injection du fluide refroidisseur se faisant dans le compresseur principal.
La Fig. 1 montre un réacteur à by-pass dans lequel le jet est formé par deux courants propulseurs séparés. La machine comporte une in- stallation usuelle avec turbine à gaz pour former le jet propulseur, cette installation comprenant un compresseur axial 10, un dispositif de combus- tion 11 et une turbine à deux étages 12 qui est reliée, par un arbre creux
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13, à la partie mobile du compresseur 10. En aval de la turbine 12 est établie une turbine séparée et indépendante 14 reliée par un arbre 15 à un ventilateur 16 logé dans le conduit d'admission d'air 17. L'arbre 15 est logé dans l'arbre 13. Les gaz, qui sortent de la turbine 14, s'écou- lent par le conduit 18 vers une tuyère 19, à section variable, par laquelle ils sont détendus pour produire une poussée propulsive.
En aval du ventilateur 16, l'admission d'air 17 bifurque en deux passages annulaires distincts 20 et 21. Le passage intérieur 20 amène l'air au compresseur 10 alors que le passage annulaire extérieur 21 enve- loppe la partie restante de la machine et aboutit à une tuyère 22 établie dans la même région que la tuyère 19. L'air, qui pénètre dans le compres- seur 10 par le passage annulaire 20, est comprimé et est fourni au dispo- sitif de combustion 11 pour être détendu dans les turbines 12 et 14 avant de séchapper finalement à l'air libre par la tuyère 19.
L'air, qui traverse le passage annulaire 21, contourne en by-pass la machine principale et est détendu dans la tuyère 22. Les deux courants d'air sont dérivés de l'entrée d'air principale en 17 et sont comprimés tous deux, jusqu'à la valeur cor- respondant au taux de compression, par le ventilateur 16.
Le principe du fonctionnement d'une machine à by-pass de ce gen- re est déjà décrit, par exemple, dans le brevet français n 818.703, dépo- sé le 4 mars 1937 au nom de F. Whittle.
La tuyère à section variable, de la machine montrée sur la Fig.
1, est constituée par la paroi 23 et le corps profilé mobile 24. Ce dernier peut coulisser dans un support tubulaire 25, qui forme le prolongement du cône d'échappement 26 en aval de la turbine 14. Dans le cône d'échappe- ment est logée une tige de commande 27 qui peut coulisser axialement dans un support 28. La tige 27 peut être déplacée à l'aide d'une crémaillère 29 qui engrène avec un pignon 30 entraîné par un moteur électrique 31. En faisant fonctionner le moteur 31, le corps profilé 24 peut être déplacé axialement pour faire varier la section de la tuyère 19. Quand le moteur 31 fait tour- ner le pignon 30 dans l'un ou l'autre sens, on peut faire avancer ou recu- ler le corps 24.
Le moteur comporte des dispositifs d'arrêt automatiques pour interrompre son fonctionnement quand la tige 27 a été déplacée de manière telle que le pignon 30 soit venu en contact avec l'une ou l'autre des ex- trémités de la crémaillère-29. Les fils 32, alimentant le moteur électrique 31, sont reliés à une batterie 33 et aux contacta 34. Seuls deux de ces contacts peuvent être fermés à la fois par la partie contactrice 35 de la tige de commande 36 et le moteur 31 fonctionne dans l'un ou l'autre sens suivant les deux contacts qui ont été fermés. La tige de commande 36 est ac- tionnée par une manette 37 qui agit également, par une tringle 40, sur un robinet 38, établi dans le conduit 39 par lequel le fluide refroidisseur est débité.
On a prévu un réservoir 41 contenant le fluide refroidisseur.
Quand la manette 37 occupe sa position extrême vers la droite pour laquelle la partie contactrice 35 n'est plus appliquée sur l'une ou l'autre paire de contacts 34, le robinet 38 est fermé. Le déplacement de la manette 37 vers la gauche ouvre le robinet 38 et permet au fluide refroidisseur de couler dans le conduit 39. La manette déplace également un câble flexible 42 dont la fonction est décrite ci-dessous.
Le fluide refroidisseur, passant dans le conduit d'alimentation 39, est fourni à la pompe 43 qui est reliée, par un embrayage, à un couple d'engrenages coniques 44 entraîné par l'extrémité avant du compresseur 10.
Le câble flexible 42 commande l'embrayage de sorte que la pompe cesse d'être entraînée par les engrenages 44 quand le débit du fluide refroidisseur, vers la pompe 43, est interrompu. Le débit de la pompe s'écoule par les tubes 45 qui aboutissent aux gicleurs 46 et 47 répartis respectivement et périphéri- quement autour des parois externe et interne de l'entrée annulaire 20 de l'air
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fourni au compresseur 10. Quand la pompe 43 fonctionne, le fluide refroi- disseur s'écoule vers les gicleurs 46 et 47. Le conduit 39 et le câble flexible 42 pénètrent à l'intérieur du moyeu, établi à l'extrémité avant de la machine, par des bras carénés 48 et 49.
La machine fonctionne normalement sans injection du fluide refroidisseur. Une réserve de ce fluide, qui peut être un mélange eau-mé- thanol ou de l'ammoniaque, est contenue dans le réservoir 41. Quand une surpuissance est nécessaire, on ouvre le robinet 38 à l'aide de la manet- te 37 et cette manette fait démarrer également la pompe 43. Le fluide re- froidisseur est injecté, par les gicleurs 46 et 47,dans le courant d'air qui pénètre dans le compresseur 10. Cet air a déjà subi une compression préalable jusqu'à un certain degré par le ventilateur 16 de sorte que le fluide refroidisseur agit, avec l'effet bien connu, d'un refroidissement interne entre les compresseurs.
En conservant la même alimentation en combustible pour le dispositif de combustion 11, le débit massique dans la machine est modifié par suite de l'injection du fluide refroidisseur.
Pour obtenir le fonctionnement le plus efficace, la section de la tuyère débitant le jet, est modifiée d'une manière appréciable. Ceci peut être obtenu à l'aide de la même manette 37 qui est alors déplacée vers la gauche, par rapport à la Fig. 1, la connexion entre les contacts 34 et la tige con- tactrice 35 provoquant le déplacement du corps profilé pour faire varier la section de la tuyère du jet suivant les nouvelles conditions opératoi- res. Le robinet 38 est ouvert par le déplacement de la tringle 40 et il reste ouvert jusqu'à ce que la manette 37 arrive au bout de sa course vers la droite. Par conséquent, la variation de la surface du jet peut être ob- tenue pendant que le fluide refroidisseur est injecté.
En injectant le flui- de refroidisseur de cette manière, une puissance plus grande devient immé- diatement disponible, par exemple pour le décollage de l'avion ou pour des raisons de combat.
Comme l'injection se fait seulement dans le courant principal passant dans le compresseur et non pas dans le courant en by-pass, l'air qui circule en by-pass n'est pas affecté. Il est donc possible, même si le fluide refroidisseur est injecté ; prélever une partie du courant du by-pass, pour des usages auxiliaires. Un tube, qui permet un tel prélève- ment, est montré en 50. De même, le courant d'air en by-pass peut servir à la combustion du combustible dans cet air à l'aide d'un dispositif usuel pour une post-combustion., pendant que se fait l'injection du fluide re- froidisseur dans la machine principale. Comme le fluide refroidisseur est injecté après que l'air admis a été un peu comprimé, il est injecté dans un courant d'air chaud. Par conséquent on obtient une vitesse d'évaporation plus grande.
Il ne se produit aucune perte du fluide refroidisseur par en- traînement de ce fluide et par le by-pass directement par la tuyère. La surpuissance peut être augmentée davantage, si on le désire, par un ré- chauffage du courant gazeux principal, débité par la turbine 14, avant que ce courant n'atteigne la tuyère 19. Par conséquent, la machine peut four- nir une poussée additionnelle très importante en peu de temps car l'injec- tion du fluide refroidisseur dans le courant d'air principal permet qu'une post-combustion ait lieu simultanément dans les deux courants, tout en pro- curant l'avantage inhérent à l'injection d'un fluide refroidisseur dans 1' entrée du compresseur.
La Fig. 2 montre seulement l'extrémité d'admission d'un réacteur à by-pass avec turbine à gaz et avec une injection d'un fluide refroidisseur qui est différente de celle montrée sur la Fig. 1. Dans ce cas, le fluide refroidisseur est fourni également par le tube 39 à une pompe 43 et celle- ci débite ce fluide dans le conduit de refoulement 45. Au lieu de faire aboutir ce conduit aux gicleurs 46 et 47, comme sur la Fig. 1, il sort des bras carénés 48 et pénètre dans un des bras carénés 51 qui supporte l'organe 52 formant la paroi interne de l'entrée annulaire 17.
Le fluide refroidis- seur est fourni, sous pression, à un anneau 53, logé dans l'organe 52 et est fourni, depuis celui-ci, à des gicleurs 54 répartis périphériquement dans
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la, paroi de l'organe 52, immédiatement en amont du ventilateur 16 établi dans l'entrée annulaire 17. Le débit du fluide refroidisseur par ces gi- cleurs 54 est tel que, lorsque la machine fonctionne, le courant d'air entraîne le fluide refroidisseur, injecté par les gicleurs, seulement dans le courant qui pénètre dans le passage annulaire 20 aboutissant au compresseur principal 10. Aucune partie du fluide refroidisseur injecté ne passe dans le courant annulaire de by-pass 21. La chaleur pour la vapo- risation du fluide refroidisseur est fournie quand le courant traverse le ventilateur 16 et pénètre dans le compresseur principal.
Les gicleurs
54 occupent des emplacements tels qu'ils puissent être aisément nettoyés.
Sur la Fig. 3, la poussée, produite par le réacteur usuel avec turbine à gaz, est augmentée par la compression d'un deuxième courant d'air, cette compression étant ici encore obtenue par un ventilateur établi dans ce courant. Dans ce cas,toutefois, ce vpntilateur est établi à l'extrémité aval de la machine. Un dispositif de ce genre, pour augmenter la poussée, a été décrit dans le brevet belge n 461. 930 déposé le 20 décembre 1945 au même nom.
Le réacteur principal avec turbine à gaz est constitué par un compresseur axial 10, un dispositif de combustion 11 et une turbine 1'2.Cet- te dernière est reliée, par l'arbre 55, directement à la partie mobile du compresseur 10. Le courant gazeux, qui sort de la turbine 12, se détend dans une turbine à deux étages 56 et s'écoule ensuite vers la tuyère 57 dé- bitant le jet propulseur. Sur les extrémités externes des aubes 58 de la turbine 56 sont montées des ailettes de compresseur 59 pour former ainsi un dispositif duplex. De l'air frais pénètre dans le compresseur de la machine principale par l'admission 60 et un courant séparé pénètre, par l'entrée annulaire 61, dans le passage annulaire aboutissant aux ailettes de compression 59.
Cette entrée annulaire 61 est montrée comme entourant la machine principale mais la paroi externe peut être prolongée vers l'amont, comme montré par des traits interrompus en 62, afin qu'il existe une entrée commune 63 pour les deux admissions 60 et 61. Il est à noter, toutefois, qu'il existe néanmoins une différence avec le cas du by-pass en ce sens que l'air, admis dans le compresseur 10 ou entre les ailettes de compression 59, n'a pas été comprimé par un ventilateur encagé comme celui désigné par 16 sur les Figs. 1 et 2.
Le fluide refroidisseur est débité, comme expliqué plus haut,par le conduit 39 et un câble 42 commande l'embrayage établi entre la pompe 43 et les engrenages 44 qui l'entraînent. Le débit de la pompe s'écoule par les tubes 45 vers les anneaux tubulaires 64 et 65 qui se trouvent respec- tivement et radialement à l'intérieur et à l'extérieur de l'entréeannulai- re du compresseur principal 10. L'anneau 64 est relié à des gicleurs 66 ré- partis périphériquement autour de la paroi interne de l'entrée d'air et 1' anneau 65 est, d'une manière similaire, relié à des gicleurs 67 réparais autour de la paroi externe.
Ces gicleurs 66 et 67 débitent le fluide refroi- disseur dans le courant d'air pénétrant dans le compresseur 10 et un accrois- sement de la poussée, produite par le moteur, peut être obtenu d'une manière analogue à celle décrite ci-dessus à propos de la Fig. 1.
Le fluide refroidisseur injecté permet d'obtenir un débit massi- que plus grand de l'air traversant la machine principale et il en résulte que le taux de compression obtenu par les ailettes 59 du compresseur est aug- menté. La poussée du jet débité par la tuyère 57 et celle du jet débité par le passage annulaire 61 vers la tuyère externe 68 sont toutes deux augmen- tées de sorte que la poussée totale est accrue.
Il est à noter que pour les deux dispositifs à by-pass des Figs.
1 et 2 et, pour le dispositif qui augmente la poussée de la Fig. 3, le flui- de refroidisseur, injecté dans le courant d'air, qui traverse le compres- seur de la machine principale, a, en définitive, un effet sur le deuxième courant d'air si l'on considère l'ensemble de l'installation. Dans le cas
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de la machine à by-pass, le fluide refroidisseur, injecté dans l'air tra- versant le compresseur de la machine principale, permet à la turbine de four- nir une puissance plus grande avec la même quantité de combustible prin- cipal, de sorte que le taux de compression du ventilateur.encagé 16 augmente Par conséquent; le courant en by-pass produit également une poussée plus grande.
Une interaction similaire a été décrite à l'aide de la Fig. 3.Dans les deux cas, le deuxième courant ne véhicule pas du fluide refroidisseur de sorte que la poussée accrue est obtenue d'une manière particulièrement avantageuse.
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POWER JETS (RESEARCH & DEVELOPMENT) LIMITED, residing in LONDON.
IMPROVEMENTS TO INSTALLATIONS WITH GAS TURBINE.
The invention relates to installations with a gas turbine for jet propulsion.
The problem of temporarily increasing the normal power of a gas turbine installation used for jet propulsion of an aircraft is well known and methods for obtaining this result have been proposed. One method is to introduce a coolant into the air inlet of the compressor. A volatile liquid is generally used, which liquid should ideally have a high latent heat of vaporization, a low boiling point and, preferably, also a high calorific value. In practice, a compromise in the form of a water-methanol mixture is usually adopted.
, This mixture makes it possible to obtain a lower effective temperature of the intake air and, consequently, a reduction in the power required to drive the compressor or, at equal power, a compression ratio, a flow rate. higher mass and jet speed.-A greatly increased thrust is thus obtained using the same installation.
One kind of a gas turbine plant for reaction propulsion, which has heretofore been scarcely used although it has been proposed for several years, is one for which two gas streams contribute to form the propellant jet, the energy being taken from one of the streams and supplied to the other. An increase in thrust and propellant effect can thus be obtained. It is now proposed to incorporate the injection of a cooled fluid, ur in an installation with a gas turbine of this type, and this in a particularly advantageous manner.
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The object of the invention is an installation with a gas turbine, for propulsion by reaction, in which pass two gas streams which both contribute to the formation of the propellant jet, compression means, a combustion device and electrbine means being established. on the path followed by the main current and energy being supplied to the other current by said turbine means, said installation further comprising means suitable for injecting a cooling fluid and for introducing this fluid only into said main stream at the inlet of said compression means.
An example of an installation of the type specified above is the reactor called a bypass reactor.
The subject of the invention is also a by-pass installation with a gas turbine for jet propulsion, this installation comprising a main gas stream and a by-pass stream which both contribute to the formation of the propellant jet and which are both initially compressed by a fan established in the inlet duct of the machine, this installation comprising, in addition, compression means, a combustion device and turbine means, the latter being connected in drive to said fan and to said compression means and the assembly being established in said main stream, as well as means suitable for injecting a cooling fluid and for introducing this fluid into the main stream only, upstream of said compression means.
The cooling fluid can be injected immediately upstream of the compression means or; in the case of bypass, this injection can be done in the current in an area adjacent to the interior radius of the fan.
It is advantageous to vary the cross section of the propellant jet when cooling fluid is injected and this is preferably the case.
When the installation comprises a common and fork-shaped intake duct for the two streams, the cooling fluid is preferably injected at the point where the bifurcation takes place.
The cooling fluid injection members may include a pump driven, via gears, by the compression means.
The invention makes it possible to take a gaseous stream under pressure at the installation, this stream never being contaminated by the cooling fluid. In addition, it allows the injection of the cooling fluid to occur at the same time as the combustion of a fuel in a zone which is downstream of one or both streams.
The accompanying drawings show, by way of examples, some embodiments of the invention.
Fig. 1 shows, in schematic axial section, a reactor with a gas turbine with bypass.
Fig. 2 shows, similarly, the inlet end of a gas turbine with bypass in which the injection of the cooling fluid takes place in a manner different from that shown in FIG. 1.
Fig. 3 shows, in schematic mid-axial section, a reactor with a gas turbine fitted with a device, increasing the thrust, at its downstream end, the injection of the coolant being carried out in the main compressor.
Fig. 1 shows a bypass reactor in which the jet is formed by two separate propellant streams. The machine comprises a usual installation with a gas turbine for forming the propellant jet, this installation comprising an axial compressor 10, a combustion device 11 and a two-stage turbine 12 which is connected by a hollow shaft.
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13, to the mobile part of the compressor 10. Downstream of the turbine 12 is established a separate and independent turbine 14 connected by a shaft 15 to a fan 16 housed in the air intake duct 17. The shaft 15 is housed in the shaft 13. The gases leaving the turbine 14 flow through the conduit 18 to a nozzle 19 of variable section, through which they are expanded to produce a propulsive thrust.
Downstream of the fan 16, the air intake 17 branches off into two separate annular passages 20 and 21. The internal passage 20 brings air to the compressor 10 while the external annular passage 21 envelops the remaining part of the machine. and results in a nozzle 22 established in the same region as the nozzle 19. The air, which enters the compressor 10 through the annular passage 20, is compressed and is supplied to the combustion device 11 to be expanded in. the turbines 12 and 14 before finally escaping to the open air through the nozzle 19.
The air, which passes through the annular passage 21, by-passes the main machine and is expanded in the nozzle 22. The two air currents are derived from the main air inlet at 17 and are both compressed. , up to the value corresponding to the compression rate, by fan 16.
The principle of operation of a bypass machine of this type is already described, for example, in French patent no. 818,703, filed on March 4, 1937 in the name of F. Whittle.
The variable area nozzle of the machine shown in FIG.
1, consists of the wall 23 and the movable profiled body 24. The latter can slide in a tubular support 25, which forms the extension of the exhaust cone 26 downstream of the turbine 14. In the exhaust cone is housed a control rod 27 which can slide axially in a support 28. The rod 27 can be moved by means of a rack 29 which meshes with a pinion 30 driven by an electric motor 31. By operating the motor 31 , the profiled body 24 can be moved axially to vary the section of the nozzle 19. When the motor 31 rotates the pinion 30 in either direction, the body can be moved forward or backward. 24.
The motor has automatic shut-off devices to stop its operation when the rod 27 has been moved such that the pinion 30 has come into contact with either end of the rack-29. The wires 32, supplying the electric motor 31, are connected to a battery 33 and to the contacts 34. Only two of these contacts can be closed at a time by the contact part 35 of the control rod 36 and the motor 31 operates in it. 'one or the other direction depending on the two contacts which have been closed. The control rod 36 is actuated by a lever 37 which also acts, by a rod 40, on a valve 38, established in the conduit 39 through which the cooling fluid is delivered.
A reservoir 41 is provided containing the cooling fluid.
When the handle 37 occupies its extreme position to the right for which the contact part 35 is no longer applied to one or the other pair of contacts 34, the valve 38 is closed. Moving the handle 37 to the left opens the valve 38 and allows the coolant to flow into the conduit 39. The handle also moves a flexible cable 42, the function of which is described below.
The coolant, passing through the supply duct 39, is supplied to the pump 43 which is connected, by a clutch, to a pair of bevel gears 44 driven by the front end of the compressor 10.
The flexible cable 42 controls the clutch so that the pump ceases to be driven by the gears 44 when the flow of coolant to the pump 43 is interrupted. The flow of the pump flows through the tubes 45 which terminate in the nozzles 46 and 47 distributed respectively and peripherally around the outer and inner walls of the annular air inlet 20.
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supplied to the compressor 10. When the pump 43 is running, the coolant flows to the jets 46 and 47. The duct 39 and the flexible cable 42 enter inside the hub, established at the front end of the machine, by streamlined arms 48 and 49.
The machine operates normally without injection of coolant. A reserve of this fluid, which can be a water-methanol mixture or ammonia, is contained in the reservoir 41. When an over-power is necessary, the tap 38 is opened using the knob 37. and this lever also starts the pump 43. The cooling fluid is injected, by the jets 46 and 47, into the air stream which enters the compressor 10. This air has already undergone a prior compression to a certain degree by the fan 16 so that the coolant acts, with the well known effect, of internal cooling between the compressors.
By maintaining the same fuel supply for the combustion device 11, the mass flow rate in the machine is changed as a result of the injection of the coolant.
To obtain the most efficient operation, the section of the nozzle delivering the jet is appreciably modified. This can be achieved with the aid of the same lever 37 which is then moved to the left, with respect to FIG. 1, the connection between the contacts 34 and the contact rod 35 causing the displacement of the profiled body to vary the section of the jet nozzle according to the new operating conditions. The valve 38 is opened by the movement of the rod 40 and it remains open until the lever 37 reaches the end of its travel to the right. Therefore, the variation of the jet area can be obtained while the coolant is injected.
By injecting the coolant in this way, more power immediately becomes available, for example for take-off of the aircraft or for combat reasons.
As the injection is done only in the main current passing through the compressor and not in the bypass current, the air which circulates in bypass is not affected. It is therefore possible, even if the cooling fluid is injected; take part of the current from the bypass, for auxiliary uses. A tube, which allows such a sample, is shown at 50. Likewise, the bypass air stream can be used for the combustion of the fuel in this air using a conventional device for a post. -combustion., while the cooling fluid is injected into the main machine. As the cooling fluid is injected after the intake air has been compressed a little, it is injected into a stream of hot air. Consequently, a higher evaporation rate is obtained.
There is no loss of coolant by driving this fluid and bypassing it directly through the nozzle. Boost can be further increased, if desired, by re-heating the main gas stream, delivered by turbine 14, before this stream reaches nozzle 19. Therefore, the machine can provide thrust. very important in a short time because the injection of the coolant into the main air stream allows post-combustion to take place simultaneously in both streams, while providing the advantage inherent in injection of a cooling fluid into the inlet of the compressor.
Fig. 2 shows only the inlet end of a bypass reactor with a gas turbine and with an injection of a cooling fluid which is different from that shown in FIG. 1. In this case, the cooling fluid is also supplied by the tube 39 to a pump 43 and the latter delivers this fluid in the delivery duct 45. Instead of terminating this duct at the jets 46 and 47, as on the Fig. 1, it comes out of the faired arms 48 and enters one of the faired arms 51 which supports the member 52 forming the internal wall of the annular inlet 17.
The cooling fluid is supplied, under pressure, to a ring 53, housed in the member 52 and is supplied, from the latter, to nozzles 54 distributed peripherally in
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the wall of the member 52, immediately upstream of the fan 16 established in the annular inlet 17. The flow rate of the cooling fluid through these nozzles 54 is such that, when the machine is operating, the air current drives the coolant, injected by the jets, only into the stream which enters the annular passage 20 leading to the main compressor 10. No part of the injected coolant fluid passes into the annular bypass stream 21. The heat for vaporization Coolant is supplied when current passes through fan 16 and enters the main compressor.
Sprinklers
54 occupy positions such that they can be easily cleaned.
In Fig. 3, the thrust produced by the conventional reactor with a gas turbine is increased by the compression of a second stream of air, this compression being here again obtained by a fan established in this stream. In this case, however, this fan is established at the downstream end of the machine. A device of this type, to increase the thrust, has been described in Belgian Patent No. 461,930 filed December 20, 1945 with the same name.
The main reactor with gas turbine consists of an axial compressor 10, a combustion device 11 and a turbine 1'2. The latter is connected, by the shaft 55, directly to the moving part of the compressor 10. The gas stream which leaves the turbine 12 expands in a two-stage turbine 56 and then flows towards the nozzle 57 discharging the propellant jet. On the outer ends of the blades 58 of the turbine 56 are mounted compressor fins 59 to thereby form a duplex device. Fresh air enters the main engine compressor through inlet 60 and a separate stream enters, through annular inlet 61, into annular passage leading to compression fins 59.
This annular inlet 61 is shown as surrounding the main engine but the outer wall can be extended upstream, as shown by broken lines at 62, so that there is a common inlet 63 for the two inlets 60 and 61. There is It should be noted, however, that there is nevertheless a difference with the case of the bypass in that the air, admitted into the compressor 10 or between the compression fins 59, has not been compressed by a fan caged like that designated by 16 in Figs. 1 and 2.
The coolant fluid is delivered, as explained above, through the conduit 39 and a cable 42 controls the clutch established between the pump 43 and the gears 44 which drive it. The pump output flows through the tubes 45 to the tubular rings 64 and 65 which are located respectively and radially inside and outside the inlet of the main compressor 10. The ring 64 is connected to nozzles 66 distributed peripherally around the inner wall of the air inlet and the ring 65 is, in a similar fashion, connected to nozzles 67 repaired around the outer wall.
These nozzles 66 and 67 deliver the cooling fluid into the air stream entering the compressor 10 and an increase in the thrust produced by the engine can be obtained in a manner analogous to that described above. with reference to Fig. 1.
The injected coolant fluid makes it possible to obtain a greater mass flow rate of the air passing through the main machine and as a result the compression ratio obtained by the fins 59 of the compressor is increased. The thrust of the jet delivered by the nozzle 57 and that of the jet delivered through the annular passage 61 to the outer nozzle 68 are both increased so that the total thrust is increased.
It should be noted that for the two bypass devices of Figs.
1 and 2 and, for the device which increases the thrust of FIG. 3, the cooler fluid, injected into the air stream, which passes through the compressor of the main machine, ultimately has an effect on the second air stream if we consider the whole of installation. In the case
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of the bypass machine, the coolant, injected into the air passing through the compressor of the main machine, allows the turbine to provide greater power with the same quantity of main fuel, so that the compression ratio of the caged fan 16 increases Consequently; the bypass current also produces a greater thrust.
A similar interaction has been described with the aid of FIG. 3. In both cases, the second stream does not carry coolant so that the increased thrust is obtained in a particularly advantageous manner.