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La, présente invention concerne les moteurs à turbine à gaz et a plus particulièrement trait aux moteurs à turbine à gaz de l'es- pèce comportant un équipement de combustion de réchauffement dans le- quel le carburant est brûlé dans les gaz d'échappement avant que ces derniers ne passent vers l'atmosphère et comportant également une tuyère d'échappement à section variable par laquelle les gaz d'échap- pement passent vers l'atmosphère sous forme de jet propulsifo
Selon la présente invention, considérée sous un de ses as- pects, un moteur à turbine à gaz de l'espèce décrite comprend un dis- positif destiné à choisir la valeur désirée de la section efficace de la tuyère variable,
et un dispositif destiné à ajuster le débit de car- burant vers ledit équipement de combustion de réchauffement d'après la section efficace choisie de la tuyère.
Selon une particularité de cet aspect de l'invention, le dispositif destiné à ajuster le débit de carburant vers l'équipement de combustion de réchauffement comprend un dispositif destiné à réduire le débit de carburant lors d'une diminution de la pression atmosphérique ambiante. Dans un agencement préféré, le débit de carburant est réduit d'après la pression de refoulement du compresseuro
Selon une autre particularité de cet aspect de l'invention, on prévoi un dispositif répondant au débit de carburant vers l'équipement de combustion de réchauffement et à une pression qui est fonction de la pression de refoulement du compresseur du moteur, et dont l'effet est de régler ledit débit de carburant de manière que ce dernier soit proportionnel à ladite pression,
et un dispositif agissant lors des variations de la section efficace de la tuyère variable pour faire varier ladite fonction.
Selon une autre particularité encore de cet aspect de l'invention, on prévoit une soupape à débit linéaire dans un tuyau d'ali- mente,tion en carburant de l'équipement de combustion de réchauffement, une conduite reliée au refoulement du compresseur du moteur et comprenant un dispositif à étrangleur, par suite de quoi une pression se trouve produite dont le rapport à la pression de refoulement du compresseur a une valeur désirée, un dispositif destiné à régler ledit dispositif à étrangleur de manière à faire varier ce rapport ..désiré d'après la section efficace choisie de la tuyère variable, et un dispositif répondant à la pression,
qui répond à la perte de charge dans ladite soupape à débit linéaire et à ladite pression dont le rapport à la pression de refoulement du compresseur a la valeur désirée9 et dont l'effet est de régler le débit de carburant de manière à tenir ladite perte de charge soumise à une relation désirée avec la pression dont le rapport à la pression de refoulement du compresseur a la valeur désirée.
Selon la présente invention, considérée sous un autre de ses aspects, un moteur à turbine à gaz de l'espèce décrite comprend un dispositif de réglage fondamental destiné à ajuster le débit de carburant vers l'équipement de combustion de réchauffement d'après la pression de refoulement du compresseur, et un dispositif de réglage d'équilibrage destiné à modifier le débit de carburant, ainsi ajusté, d'après la pression statique ou pneumatique totale ou la température régnant dans le tuyau à jet du moteur, par suite de quoi la pression statique ou pneumatique totale ou la température régnant dans le tuyau de jet est tenue soumise à une relation choisie d'avance avec la pression de refoulement du compresseuro
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Selon une particularité de cet aspect de l'invention,
on prévoit un dispositif répondant à la pression qui répond à une presssion représentative du débit du carburant vers l'équipement de combustion de réchauffement du moteur et à une pression de réglage, et dont l'effet est de faire varier le débit de carburant de manière à tenir ce dernier soumis à une relation choisie d'avance avec ladite pression de réglage, un dispositif destiné à produire une pression fondamentale soumise à une relation choisie d'avance avec la pression de refoulement du compresseur du moteur, et un dispositif de réglage d'équilibrage destiné à modifier ladite pression fondamentale d'après la pression statique ou pneumatique totale ou la température régnant dans le tuyau de jet, pour produire ainsi ladite pression de réglage.
Une réalisation de la présente invention va maintenant être décrite en se référant aux dessins annexés.
La figure lA représente schématiquement une partie d'un moteur à turbine à gaz et une partie d'un système de réglage selon l'invention.
La figure 1B représente le reste du moteur et du système de réglage.
Les deux figures des dessins se font suite sur la ligne en chaînette.
Le moteur à turbine à gaz comprend un compresseur 1, un équipement de combustion 2 qui est alimenté en air par le compresseur et dans lequel le carburant est brûlé, et une turbine 3 recevant les produits de la combustion et reliée au compresseur pour actionner ce dernier. L'échappement de la turbine pénètre dans le cône d'échappement 4 et, de là, dans le tuyau de jet 5 et passe dans l'atmosphère sous forme de jet propulsif par une tuyère de propulsion à section variable, indiquée de manière générale en 6. La tuyère de propulsion peut être de tout type connu ou convenable et, dans la forme représentée par les dessins, elle comprend une paire d'éléments de tuyère 7, partiellement sphériques, montés de manière à pivoter autour d'un diamètre commun et coopérant avec l'extrémité de sortie du tuyau de jet 5.
Les éléments 7 sont représentés comme étant reliés entre eux pour déplacement simultané par des bielles 8.
Le tuyau de jet comprend une enveloppe intérieure 9 qui délimite le conduit à gaz d'échappement et un,::, enveloppe extérieure 10 qui forme une chemise d'air de refroidissement ayant des orifices d'entrée d'air 11 à son extrémité amont. L'air qui s'écoule dans la chemise est de préférence extrait à l'extrémité aval par l'effet d'éjection des gaz du jet. L'enveloppe intérieure 9 du tuyau de jet est divergente à son extrémité amont et est ensuite cylindrique; la partie cylindrique forme une chambre de combustion de réchauffement 12 dans laquelle les gaz d'échappement sont réchauffés pour augmenter leur vitesse de sortie; l'équipement de combustion de réchauffement comprend aussi des injecteurs de carburant de réchauffement 13.
On peut aussi prévoir des chicanes (non représentées) pour contribuer au maintien de la combustion dans la chambre de réchauffement et on peut par exemple prévoir un injecteur de carburant de réchauffement pilote (non représenté) pour contribuer à stabiliser la combustion du carburant injecté par les injecteurs principaux 13 de carburant de réchauffement.
Selon la présente invention, on prévoit un dispositif de réglage qui rend corrélatifs le degré d'ouverture de la tuyère à sec-
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tion variable 6 et la quantité de carburant de réchauffement injecté.
Il faut observer que le débit d'injection du carburant de réchauffe- ment doit être réduit à mesure que s'accroiît l'altitude de l'avion, pour empêcher la surchauffe des pièces du moteur; dans la réalisation qui va être décrite, le débit d'injection de carburant est automati- quement amené à varier d'après la pression de refoulement du compres- seur du moteur pour chaque "degré de réchauffement" choisi par le préposé et le degré approprié d'ouverture de la tuyère à section varia- ble est aussi déterminé par le choix du "degré de réchauffement" dé- siréo Le débit d'injection de carburant est aussi modifié d'après la pression statique régnant dans le tuyau de jeto
Chaque *'degré de réchauffement",
peut par exemple correspon- dre à une température donnée régnant dans la chambre de combustion de réchauffement 12 et le degré d'ouverture de la tuyère à section varia- ble 6 pour chaque débit d'injection de carburant de réchauffement peut par exemple être choisi de manière à donner lieu à une température de gaz constante dans le cône d'échappement 4 situé en amont de la chambre de combustion de réchauffemento A cette fin, lorsque le "degré de réchauffement'?, la température de la chambre de combustion de réchauffement, et le débit de combustible de réchauffement sont augmentés et si l'on suppose que, pour le moment, la vitesse de rotation du moteur est constante, la section efficace de la tuyère de propulsion doit être augmentée,
Un levier 20 est prévu pour choisir le "degré de réchauffement" et l'ouverture correspondante de la tuyère, et cette dernière est déterminée de la manière suivante.
Le levier 20 est relié par une tringle 21 à un levier 22 pivotant autour d'un point d'appui central fixe 23 ; l'autre extrémité du levier 22 s'Appuie contre la butée mobile 24 d'un ressort 25. Le ressort 25 charge un piston 26 ouvert des deux côtés à l'atmosphère et rigidement relié d'un côté à un organe de soupape d'évent 270 le piston 26 est chargé de l'autre côté, par l'intermédiaire d'une tringle 28, par un aure ressort 29 qui, à son autre extrémité, s'appuie sur un servo-piston 30 agissant dans un servo-cylindre 31.
Le servopiston 30 est de l'espèce à section différentielle car une tige de piston 32 s'étend à partir de son côté éloigné du ressort 29, à travers l'extrémité du cylindre 310 La tige de piston 32 est reliée à la périphérie de l'élément de tuyère 7 par une bielle pivotante 330 L'espace de cylindre 34, situé du côté du servo-piston d'où s'étend la tringle 32, est relié directement à une source de pression de fluide (non représentée) par le tuyau 35; l'espace de cylindre 36, situé de l'autre côté du servo-piston 30, est relié à la même source par .un tuyau 37 contenant un étranglement 38. Un tuyau d'évent 39 part de l'espace de cylindre 36 et débouche dans une chambre 40 réglée par l'organe de soupape d'évent 27.
La chambre 40 contient la soupape d'évent 27 et unraccordement d'égout 41 en parto
Lors du mouvement du levier 20 dans le sens correspondant à l'augmentation de la section de la tuyère (vers la gauche, dans les dessins), le levier 22 pivote, comprime le ressort 25 et déplace de ce fait le piston 26 légèrement vers la droite et déplace l'organe de soupape d'évent 27 loin de la sortie du tuyau d'évent 390 Cela provoque une chute de pression dans la chambre 36 et le servo-piston 30 se déplace vers la gauche en déplaçant les éléments de tuyère 7 de ma- nière à ouvrir la tuyère et en comprimant simultanément le ressort 29.
Lorsque la charge due au ressort 29 devient égale à celle du ressort
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25, le piston 26 et l'organe de soupape d'évent 27 sont remis dans la position d'équilibre, et les charges s'exerçant sur le piston 30 sont amenées à s'équilibrer. Lorsque le levier 20 est déplacé vers la droite, relâchant la charge qui s'exerce sur le ressort 25; le processus inverse a lieu et le servo-piston 30 se déplace vers la droite, réduisant la section de la tuyère, jusqu'à ce que les charges qui.s'exercent sur le piston 30 atteignent l'équilibre.
On voit donc que, pour chaque position du levier 20 entre les limites de son déplacement, il y a une position correspondante des éléments 7 de la tuyère et donc une section correspondante de la tuyère.
Le débit correspondant d'alimentation en carburant des injecteurs de carburant de réchauffement 13 est aussi choisi au moyen du levier 20; ce choix est effectué dans le présent cas par l'intermédiaire d'une tringle 51 qui relie le levier 20 à la manivelle 52 réglant le mouvement de l'organe de soupape 53 d'une soupape à aiguille, représentée de manière générale en 54, par l'intermédiaire d'un mécanisme à crémaillère 55, et qui est avantageusement déplacée d'après les mouvements du levier 20 du fait qu'elle est reliée à la jonction de la tringle 21 avec le levier 22.
La soupape à aiguille 54 constitue un étranglement à section variable, situé dans une conduite 56 qui est reliée à son extrémité amont à un tuyau 57 de grand diamètre relié au refoulement du compresseur 1, de manière que la pression à l'extrémité amont de la conduite 56 soit sensiblement celle du refoulement du compresseur. Il est entendu que le tuyau 57 peut être relié au refoulement d'un étage in termédiaire du compresseur, pourvu que la pression soit asses élevée, ou à l'enveloppe d'air de l'équipement de combustion , de manière à recevoir l'air comprimé par le compresseur avant qu'il ne soit chauffé par la combustion, et ce d'une manière bien connue.
La conduite 56 comporte également un étranglement 58 à section fixe, situé en aval de la soupape à aiguille 54, l'étranglement à section fixe 58 étant d'un calibre tel qu'il arrive à l'état critique lorsque le moteur fonctionne à des vitesses auxquelles on fait usage du réchauffement. D'extrémité aval de la conduite 56 débouche dans l'atmosphère ou en tout point où règne une pression faible par comparaison avec la pression de refoulement du compresseur.
@ Les injecteurs 13 sont alimentés en carburant par un réservoir 60 qui est relié par un tuyau d'aspiraton 61 à l'admission d'une pompe centrifuge 62. Le rotor de la pompe est monté sur le même arbre qu'une turbine à air 63 par laquelle il est actionné; la turbine à air comporte une volute d'admission 64 reliée à l'extrémité aval du tuyau 57, de manière que la turbine à air soit alimentée en air comprimé par le compresseur. Après avoir passé par la turbine à air 53, l'air s'échappe dans l'atmosphère par la sortie 65. La volute de refoulement 66 de lapompe centrifuge 62 est reliée à un tuyau de refoulement 67 qui est relié à son extrémité aval aux injecteurs 13 et qui contient une soupape de retenue 68 destinée à empêcher que le tuyau ne soit rempli de gaz d'échappement lorsque le système de réchauffement est inactif.
Le tuyau 57 comporte une vanne régulatrice 70 connectée de manière à être tournée par une tige de piston 71 par l'intermédiaire d'un mécanisme à crémaillère et pignon 72. La tige de piston est reliée à un côté d'un piston 73 agissant dans un cylindre 74 de manière
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que le piston soit de l'espèce à section différentielleo L'espace de cylindre 75 du côté de petite section du piston 73 est relié direc- tement à une source de fluide sous pression, par exemple,comme le mon- trent les dessins, au tuyau 67, par une conduite 76; l'autre espace de cylindre 77 est relié à la même source par une conduite 78 conte- nant un étranglement 79.
Il y a aussi un tuyau d'évent 80 qui mène de l'espace de cylindre 77 vers un dispositif répondant à la pression , indiqué de manière générale en 81, dont le but est de garder le débit du carburant dans la conduite 67 proportionnel à une pression de ré- glageo
Le tuyau 67 comporte une soupape à débit linéaire, repré- sentée de manière générale en 82, c'est-à-dire une soupape telle que le débit qui y passe soit directement proportionnel à la différence des pressions régnant dans le tuyau 67 en amont et en:
aval de la soupa- peo la soupape comprend un corps de soupape 83 comportant un orifice de soupape 84 avec laquelle coopère un organe de soupape mobile 85 qui est chargé par un ressort 86 dans le sens de la fermeture de la soupape, contre la charge exercée sur la tête 87 de la soupape et due à la perte de charge du carburant du fait de son écoulement par la soupape La forme de la tête 87 et les caractéristiques du ressort 86 sont choisies de manière à créer la caractéristique différentielle débit-pression linéaire désirée,,
La différence des pressions de l'amont à l'aval de la soupape à débit linéaire 82 est appliquée de part et d'autre d'un diaphragme 90 du dispositif répondant à la pression 81 au moyen du tuyau 91 qui relie le tuyau 67 à l'amont de la soupape 82, à la chambre 92 située d'un côté du diagraphe 90,
et du tuyau 93 qui relie le tuyau 67 à l'aval de la soupape 82, à la chambre 94 située de l'autre côté du diaphragme 900
Le dispositif répondant à la pression 81 comprend un levier pivotant 95 qui porte à une extrémité une soupape d'évent à demi-bille 96 destinée à coopérer avec la sortie du tuyau d'évent 80, et la différence des pressions régnant de part et d'autre du diaphragme 90 est utilisée pour charger le levier 95 dans le sens ou la soupape d'évent 96 s'ouvre;
un léger ressort 92 charge le levier 95 dans le sens où la soupape d'évent se fermée
Le levier 95 est aussi chargé, dans le sens où la soupape d'évent à demi-bille 96 se ferme, par une pression de réglage qui est prélevée d'une manière qui sera exposée plus loin et qui est conduite par le tuyau 98 vers une chambre 99 limitée par un diaphragme 1000 Le diaphragle 100 est relié au levier 95 par une tringle 101 qui est reliée à son autre extrémité à une capsule à vide 102 de même surface que le diaphragme 100 ;
de cette façon, la charge appliquée au levier 95 par le diaphragme 100 n'est pas influencée par la pression régnant dans la chambre 103 contenant la tringle 1010
Le système de réglage comprend aussi une seconde conduite 104 reliée à son extrémité amont à un tuyau de grand diamètre 57, la conduite 104 comportant une paire d'étrangleurs à section fixe 105, 1060 La conduite 104 débouche dans l'atmosphère.
La pression de réglage appliquée au diaphragme 100 est obtenue de la manière suivante : un tuyau 56a est relié à la conduite 56 entre les étranglements 54 et 58 et ce tuyau 56a est relié à son autre extrémité au tuyau 98 et aussi à unprégulateur d'équilibrage 109 au moyen d'un tuyau 110 dont la sortie est réglée par une soupape à
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demi-bille 111 portée par un levier pivotant 112.
Le levier 112 est chargé par un ressort 113 dans le sens où se ferme la soupape à demibille 111,et est aussi chargé par un diaphragme 114 d'un côté duquel se trouve une chambre 115 reliée à l'enveloppe intérieure 9 du tuyau de jet par le tuyau 116, de manière que la pression régnant dans la chambre soit la pression statique régnant dans le tuyau de jet 5, et de l'autre côté duquel se trouve une chambre 117 reliée par un tuyau 118 à la seconde conduite 104 entre les étrangleurs 105, 106, de manière que la chambre 117 soit soumise à une pression qui est proportionnelle à la pression de refoulement du compresseur du moteur, la proportion étant déterminée par les sections relatives des étrangleurs 105, 106.
Le diaphragme 114 est donc chargé de manière différentielle par la pression statique régnant dans le tuyau de jet 5 dans le sens où la soupape d'évent 111 s'ouvre,et par la pression régnant dans la seconde conduite 104 dans le sens où la soupape d'évent se ferme. Un léger ressort 119 charge le diaphragme 114 de manière à maintenir le contact entre une tringle 120 et le levier 112; la chambre 121, contenant la soupape d'évent 111, est éventée vers l'atmosphère par un tuyau d'égout 122. Dans une variante d'agencement, la chambre 115 peut être soumise à la pression pneumatique totale du tuyau au moyen d'un tube de Pitot faisant face vers l'amont dans le tuyau de jet.
Le fonctionnement du système a lieu comme suit : le débit du carburant vers le brûleur 13, représenté parla différence des pressions régnant de part et d'autre du diaphragme 90, est gardé proportionnel à la pression de réglage appliquée au diaphragme 100; lorsque le débit du carburant est plus grand que la proportion désirée, la soupape à demi-bille 96 s'ouvre, ce quiévente l'espace 77 et amène le piston 73 à se déplacer vers le haut et à fermer la soupape régulatrice 70, ce qui réduit le débit de carburant, et lorsque le débit de carburant est inférieur à la proportion désirée, la soupape 96 est fermée, ce qui amène le piston 73 à se déplacer vers le bas et à augmenter le débit du carburant.
La pression de réglage est fonction de la pression de refoulement du compresseur du moteur; en supposant, aux fins de l'exposé immédiat, que la soupape d'évent 11 du régulateur d'équilibrage 109 soit fermée, ou se trouve à l'état critique et présente une ouverture fixe, la pression régnant dans la conduite 56 entre les étrangleurs 54 et 58, lorsque l'étrangleur d'aval 58 est à l'état critique, est directement proportionnelle à la pression de refoulement du compresseur et au degré d'ouverture de la soupape à aiguille 54, qui correspond au réglage de la tuyère 6.
Le "degré de réchauffement" peut donc être choisi en réglant la soupape à aiguille 54, et le mouvement du levier 20 dans le sens gauche des dessins (qui correspond à une augmentation de la section de la tuyère 6) provoque le retrait de l'organe de soupape 53 et l'augmentation de la section de la soupape à aiguille, l'établissement d'une pression plus élevée dans la conduite 56 entre les étrangleurs 54 et 58 et une augmentation du débit de carburant vers l'équipement de combustion de réchauffement.
Du fait que la pression de refoulement du compresseur du moteur est sensiblement directement proportionnelle à la pression atmosphérique pour une vitesse de rotation constante du moteur, le débit de carburant est aussi réduit lorsque la pression atmosphérique décroît, c'est-à-dire lorsque l'altitude augmente, sensiblement dans la proportion sous laquelle le débit de masse de l'air consommé par le moteur décroît.
La pression de réglage, déterminée de cette manière, détermine donc approximativement le débit d'alimentation en car-
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burant o
Le réglage final est effectué par le régulateur d'équili- brage 109 qui est agencé de manière à faire varier la pression de réglage régnant dans la chambre 99 à partir de la valeur de la pres- sion régnant dans la conduite 56 entre les étrangleurs 54 et 58 lors- que la soupape d'évent 111 est fermée, ou est à l'état critique et pos- sède une ouverture fixeo Dans la position d'équilibre, la soupape d'évent 111 se trouve entre les positions entièrement ouverte et entiè- rement fermée.
Le régulateur d'équilibrage perçoit la valeur de la pression statique régnant dans le tuyau de jet et règle cette pression, qui dépend en partie de-l'intensité de la combustion de réchauffement dans le tuyau de jet 5, de manière qu'elle soit toujours égale à la pression régnant dans la conduite 104 entre les étrangleurs 105 et 106 et que son rapport à la pression de refoulement du compresseur ait tou- jours une valeur donnéeo
Lors de l'augmentation de la section de la tuyère finale 6, effectuée par le mécanisme 22-41, un débit augmenté de carburant de ré- chauffement est choisi par l'ouverture de la soupape à aiguille 54, ce qui fait que la pression régnant dans la conduite 56 entre les étrangleurs 54 et 58 constitue une plus grande proportion de la pression de refoulement du compresseur,
et que le dispositif répondant à la pression 81 agit pour ouvrir la vanne régulatrice 70 et que le débit de carburant de réchauffement vers les injecteurs 13 s'accroît.
L'augmentation de la section de la tuyère finale 6 provoque également une réduction de la pression statique dans le tuyau de jet 5, qui agit sur le régulateur d'équilibrage 109 de manière à tendre à fermer la soupape d'évent 111, et amène donc aussi le dispositif répondant à la pression 81 à agir pour ouvrir la vanne régulatrice 70 et à donner lieu à une augmentation du débit de carburant.
L'augmentation de la combustion du carburant dans la chambre de combustion de réchauffement 12 provoque une augmentation de la pression statique dans le tuyau de jet 5, qui tend à remettre la soupape d'évent 111 du régulateur d'équilibrage 109 dans la position d'équilibre dans laquelle la charge due à la pression statique de tuyau de jet, régnant dans la chambre 115, et la charge du ressort 119 équilibrent la charge due à la pression régnant dans la chambre 117, qui est proportionnelle à la pression de refoulement du compresseur, et à la charge du ressort 113.
Si la pression statique de tuyau de jet augmente au-dessus de la valeur correspondante à cet état d'équilibre, la soupape d'évent 111 tend à s'ouvrir, ce qui réduit le débit de carburant, et si elle tombe en-dessous de cette valeur, la soupape d'évent 111 tend à se fermer et à augmenter le débit de carburant.
On voit ainsi que, pour chaque section efficace de la tuyère à section variable 6, il y a un certain "degré de réchauffement" pour lequel le débit de carburant vers les injecteurs de carburant de réchauffement 13 ne dépend que de la pression de refoulement du compresseur et que, pour toute position de la tuyère à section variable et pour le "degré de réchauffement" correspondant, la pression statique de tuyau de jet a une valeur soumise à une relation constante avec la pression de refoulement du compresseur. Cela assure que, pour une vitesse de rotation donnée du moteur, la perte de charge dans la turbine n'est pas affectée par les changements de la section de la tuyère à section variable et de l'intensité de la combustion de réchauffement.
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Au plus grande est la section de la tuyère finale 6, au plus grand est le "degré de réchauffement", c'est-à-dire le débit de carburant vers l'équipement de combustion de réchauffement et donc l'intensité de la combustion et, pour toute section donnée de la tuyère finale et tout degré de réchauffement donné, le débit de carburant de réchauffement et l'intensité de combustion sont réduits lors de l'augmentation de l'altitude du fonctionnement du moteur, d'après la pression de refoulement du compresseur.
Le régulateur d'équilibrage 109 compense les changements du rendement de la combustion de réchauffement en percevant le changement correspondant de la pression statique et en réglant le débit de carburant de manière à produire un débit augmenté lorsque le rendement décroît et vice versa.
Il.faut. observer que les divers agencements des étrangleurs 54, 58 et 105 106 conviennent pour produire une pression qui constitue une proportion connue de la pression régnant dans la conduite en amont des étrangleurs.
Dans un des agencements, la conduite 104 est amenée à déboucher, à sonextrémité aval, dans la pression statique du tuyau de jet, si bien que la pression régnant entre les étrangleurs 105, 106 est fonction à la fois de la pression de refoulement du compresseur et de la pression statique de tuyau de jet.
Diverses modifications peuvent être prévues dans le domaine de l'invention; par exemple, pour le réglage de l'alimentation en carburant, la vanne régulatrice à air 70 peut être remplacée par une vanne régulatrice située dans le tuyau d'alimentation en carburant, ou le réglage peuttêtre effectué sur l'organe de réglage de refoulement d'une pompe à refoulement réglable.
Au lieu du régulateur d'équilibrage 109 répondant à la pression de refoulement du compresseur et à la pression de tuyau de jet, on peut prévoir, dans une variante, un régulateur d'équilibrage répondant à la température du fluide d'oeuvre du moteur en amont de la cham- bre de combustion de réchauffement 12.
Un élément répondant à la température est alors placé dans le cône d'échappement 4 ou à l'extrémité amont du tuyau de jet 5, ou, dans certains cas, entre deux étages de la turbine 3 ; personnes versées dans cette technique comprendront que, comme le révèle le brevet N 487.044, lors d'une augmentation du débit de carburant vers les injecteurs de carburant de réchauffement@, il y aura céleris paribus une augmentation de la température perçue par l'élément et vice versa.
L'augmentation de la température correspond en fait à une augmentation du rapport de la pression de tuyau de jet à la pression de refoulement du compresseur, et elle peut être employée pouri.aétionner une soupape d'évent telle que la soupape 111, pour tendre à ouvrir la soupape lors d'une augmentation de la température, tendant à fermer la vanne régulatrice 70 et à réduire le débit de carburant ou vice versa.
L'élément répondant à la température peut être un thermocouple et il peut être connecté pour actionner la soupape 111 par l'intermédiaire d'un dispositif électrique quelconque connu ou convenable, ou il peut par exemple avoir la forme d'une bulbe à vapeur de mercure et la soupape peut êtreactionnée par un dispositif sensible à la pression, tel qu'un tube de Bourdon, soumis à la pression de la vapeur de mercure,
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The present invention relates to gas turbine engines and more particularly relates to gas turbine engines of the species comprising reheating combustion equipment in which the fuel is burnt in the exhaust gases before that the latter do not pass to the atmosphere and also comprising an exhaust nozzle with variable section through which the exhaust gases pass to the atmosphere in the form of a propellant jet
According to the present invention, considered from one of its aspects, a gas turbine engine of the kind described comprises a device intended to choose the desired value of the effective section of the variable nozzle,
and a device for adjusting the flow of fuel to said reheat combustion equipment according to the selected cross section of the nozzle.
According to a feature of this aspect of the invention, the device intended to adjust the fuel flow to the reheating combustion equipment comprises a device intended to reduce the fuel flow when the ambient atmospheric pressure decreases. In a preferred arrangement, the fuel flow is reduced based on the compressor discharge pressure.
According to another feature of this aspect of the invention, a device is provided which responds to the flow of fuel to the reheating combustion equipment and to a pressure which is a function of the discharge pressure of the compressor of the engine, and of which the The effect is to adjust said fuel flow so that the latter is proportional to said pressure,
and a device acting upon variations in the effective section of the variable nozzle to vary said function.
According to yet another feature of this aspect of the invention, a linear flow valve is provided in a fuel supply pipe of the reheating combustion equipment, a pipe connected to the discharge of the compressor of the engine. and comprising a throttle device, whereby a pressure is produced which has a desired ratio to the discharge pressure of the compressor, a device for adjusting said throttle device so as to vary this desired ratio. according to the selected cross section of the variable nozzle, and a device responding to the pressure,
which responds to the pressure drop in said linear flow valve and to said pressure whose ratio to the discharge pressure of the compressor has the desired value9 and whose effect is to adjust the fuel flow so as to keep said loss of load subjected to a desired relationship with the pressure whose ratio to the discharge pressure of the compressor has the desired value.
According to the present invention, considered from another of its aspects, a gas turbine engine of the kind described comprises a fundamental control device for adjusting the fuel flow to the reheating combustion equipment according to the pressure. discharge pressure of the compressor, and a balancing regulator for modifying the fuel flow, thus adjusted, according to the total static or pneumatic pressure or the temperature prevailing in the jet pipe of the engine, whereby the total static or pneumatic pressure or the temperature prevailing in the jet pipe is held subject to a predetermined relationship with the discharge pressure of the compressor
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According to a feature of this aspect of the invention,
a pressure-responsive device is provided which responds to a pressure representative of the fuel flow to the engine warming combustion equipment and to a setting pressure, and the effect of which is to vary the fuel flow in such a way holding the latter subject to a predetermined relationship with said set pressure, a device for producing a fundamental pressure subject to a predetermined relationship with the discharge pressure of the compressor of the engine, and a regulating device d A balancing for modifying said fundamental pressure based on the total static or pneumatic pressure or the temperature prevailing in the jet pipe, thereby producing said set pressure.
An embodiment of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1A schematically shows part of a gas turbine engine and part of a control system according to the invention.
FIG. 1B shows the rest of the engine and the adjustment system.
The two figures of the drawings follow one another on the chain line.
The gas turbine engine comprises a compressor 1, a combustion equipment 2 which is supplied with air by the compressor and in which the fuel is burned, and a turbine 3 receiving the products of combustion and connected to the compressor to operate the latter. . The exhaust from the turbine enters the exhaust cone 4 and from there into the jet pipe 5 and passes into the atmosphere in the form of a propellant jet through a propulsion nozzle of variable section, generally indicated in 6. The propulsion nozzle may be of any known or suitable type and, in the form shown by the drawings, it comprises a pair of nozzle elements 7, partially spherical, mounted to pivot about a common diameter and cooperating with the outlet end of the jet hose 5.
The elements 7 are shown as being interconnected for simultaneous displacement by connecting rods 8.
The jet pipe comprises an inner casing 9 which delimits the exhaust gas duct and an, ::, outer casing 10 which forms a cooling air jacket having air inlet openings 11 at its upstream end. . The air which flows in the jacket is preferably extracted at the downstream end by the ejection effect of the gases from the jet. The inner casing 9 of the jet pipe is divergent at its upstream end and is then cylindrical; the cylindrical part forms a reheating combustion chamber 12 in which the exhaust gases are reheated to increase their exit speed; Reheat combustion equipment also includes 13 reheat fuel injectors.
Baffles (not shown) can also be provided to help maintain combustion in the heating chamber and it is possible, for example, to provide a pilot heating fuel injector (not shown) to help stabilize the combustion of the fuel injected by the heaters. main injectors 13 for heating fuel.
According to the present invention, an adjustment device is provided which makes the degree of opening of the dry nozzle correlative.
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variable tion 6 and the amount of heating fuel injected.
It should be noted that the injection rate of the heating fuel must be reduced as the altitude of the airplane increases, to prevent overheating of the engine parts; in the embodiment which will be described, the fuel injection rate is automatically varied according to the discharge pressure of the engine compressor for each "degree of warming" chosen by the attendant and the appropriate degree. the opening of the variable section nozzle is also determined by the choice of the desired "degree of heating". The fuel injection flow rate is also modified according to the static pressure prevailing in the jeto pipe
Each * 'degree of warming',
may for example correspond to a given temperature prevailing in the reheating combustion chamber 12 and the degree of opening of the variable section nozzle 6 for each reheating fuel injection flow rate may for example be chosen from so as to give rise to a constant gas temperature in the exhaust cone 4 located upstream of the reheating combustion chamber. To this end, when the "degree of reheating" ?, the temperature of the reheating combustion chamber, and the heating fuel flow rate are increased and if it is assumed that, for the moment, the engine speed is constant, the effective section of the propulsion nozzle must be increased,
A lever 20 is provided for selecting the "degree of heating" and the corresponding opening of the nozzle, and the latter is determined as follows.
The lever 20 is connected by a rod 21 to a lever 22 pivoting around a fixed central fulcrum 23; the other end of the lever 22 bears against the movable stop 24 of a spring 25. The spring 25 loads a piston 26 open on both sides to the atmosphere and rigidly connected on one side to a valve member. vent 270 the piston 26 is loaded on the other side, via a rod 28, by a spring 29 which, at its other end, rests on a servo-piston 30 acting in a servo-cylinder 31.
The servo piston 30 is of the differential section species because a piston rod 32 extends from its side remote from the spring 29, through the end of the cylinder 310 The piston rod 32 is connected to the periphery of the 'nozzle element 7 by a pivoting link 330 The cylinder space 34, located on the side of the servo-piston from which the rod 32 extends, is connected directly to a source of fluid pressure (not shown) by the pipe 35; the cylinder space 36, located on the other side of the servo-piston 30, is connected to the same source by a pipe 37 containing a constriction 38. A vent pipe 39 extends from the cylinder space 36 and opens into a chamber 40 regulated by the vent valve member 27.
Chamber 40 contains the vent valve 27 and a sewer connection 41 in parto
Upon movement of the lever 20 in the direction corresponding to the increase in the section of the nozzle (to the left, in the drawings), the lever 22 rotates, compresses the spring 25 and thereby moves the piston 26 slightly towards the left. right and moves the vent valve member 27 away from the outlet of the vent pipe 390 This causes a pressure drop in the chamber 36 and the servo-piston 30 moves to the left by moving the nozzle elements 7 so as to open the nozzle and simultaneously compress the spring 29.
When the load due to the spring 29 becomes equal to that of the spring
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25, piston 26 and vent valve member 27 are returned to the equilibrium position, and the loads on piston 30 are caused to balance. When the lever 20 is moved to the right, releasing the load on the spring 25; the reverse process takes place and the servo-piston 30 moves to the right, reducing the section of the nozzle, until the loads exerted on the piston 30 reach equilibrium.
It can therefore be seen that, for each position of the lever 20 between the limits of its movement, there is a corresponding position of the elements 7 of the nozzle and therefore a corresponding section of the nozzle.
The corresponding fuel feed rate of the heating fuel injectors 13 is also selected by means of the lever 20; this choice is made in the present case by means of a rod 51 which connects the lever 20 to the crank 52 regulating the movement of the valve member 53 of a needle valve, generally shown at 54, by means of a rack mechanism 55, and which is advantageously moved according to the movements of the lever 20 because it is connected to the junction of the rod 21 with the lever 22.
The needle valve 54 constitutes a variable section constriction, located in a pipe 56 which is connected at its upstream end to a large diameter pipe 57 connected to the discharge of the compressor 1, so that the pressure at the upstream end of the pipe 56 is substantially that of the compressor discharge. It is understood that the pipe 57 can be connected to the discharge of an intermediate stage of the compressor, provided that the pressure is sufficiently high, or to the air jacket of the combustion equipment, so as to receive the air. air compressed by the compressor before it is heated by combustion, in a well-known manner.
The pipe 56 also comprises a constriction 58 of fixed section, located downstream of the needle valve 54, the constriction of fixed section 58 being of a caliber such that it reaches the critical state when the engine is operating at high speeds. rates at which heating is used. The downstream end of pipe 56 opens into the atmosphere or at any point where there is a low pressure compared to the discharge pressure of the compressor.
@ The injectors 13 are supplied with fuel by a tank 60 which is connected by a suction pipe 61 to the inlet of a centrifugal pump 62. The rotor of the pump is mounted on the same shaft as an air turbine. 63 by which it is operated; the air turbine comprises an intake volute 64 connected to the downstream end of the pipe 57, so that the air turbine is supplied with compressed air by the compressor. After passing through the air turbine 53, the air escapes into the atmosphere through the outlet 65. The discharge volute 66 of the centrifugal pump 62 is connected to a discharge pipe 67 which is connected at its downstream end to the pipes. injectors 13 and which contains a check valve 68 intended to prevent the pipe from being filled with exhaust gas when the heating system is inactive.
The pipe 57 has a regulating valve 70 connected so as to be rotated by a piston rod 71 through a rack and pinion mechanism 72. The piston rod is connected to one side of a piston 73 acting in. a cylinder 74 so
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whether the piston is of the differential section type o The cylinder space 75 on the small section side of piston 73 is connected directly to a source of pressurized fluid, for example, as shown in the drawings, at pipe 67, through a pipe 76; the other cylinder space 77 is connected to the same source by a pipe 78 containing a constriction 79.
There is also a vent pipe 80 which leads from the cylinder space 77 to a pressure responsive device, generally indicated at 81, the purpose of which is to keep the fuel flow in line 67 proportional to a setting pressure
The pipe 67 comprises a linear flow valve, generally represented at 82, that is to say a valve such that the flow which passes through it is directly proportional to the difference in pressures prevailing in the pipe 67 upstream. and in:
downstream of the valve the valve comprises a valve body 83 comprising a valve orifice 84 with which cooperates a movable valve member 85 which is loaded by a spring 86 in the direction of the closing of the valve, against the load exerted on the head 87 of the valve and due to the pressure drop of the fuel due to its flow through the valve The shape of the head 87 and the characteristics of the spring 86 are chosen so as to create the desired linear flow-pressure differential characteristic ,,
The difference in pressures from upstream to downstream of the linear flow valve 82 is applied to either side of a diaphragm 90 of the pressure-responsive device 81 by means of the pipe 91 which connects the pipe 67 to upstream of valve 82, to chamber 92 located on one side of paragraph 90,
and from the pipe 93 which connects the pipe 67 downstream of the valve 82, to the chamber 94 located on the other side of the diaphragm 900
The pressure responsive device 81 comprises a pivoting lever 95 which carries at one end a half-ball vent valve 96 intended to cooperate with the outlet of the vent pipe 80, and the difference in pressures prevailing on either side. the other of the diaphragm 90 is used to load the lever 95 in the direction that the vent valve 96 opens;
a slight spring 92 loads the lever 95 in the direction that the vent valve closes
Lever 95 is also loaded, in the sense that the half-ball vent valve 96 closes, by a set pressure which is taken in a manner which will be discussed later and which is conducted through pipe 98 to. a chamber 99 limited by a diaphragm 1000 The diaphragm 100 is connected to the lever 95 by a rod 101 which is connected at its other end to a vacuum capsule 102 of the same area as the diaphragm 100;
in this way, the load applied to the lever 95 by the diaphragm 100 is not influenced by the pressure prevailing in the chamber 103 containing the rod 1010
The adjustment system also comprises a second pipe 104 connected at its upstream end to a large diameter pipe 57, the pipe 104 comprising a pair of fixed section restrictors 105, 1060 The pipe 104 opens into the atmosphere.
The set pressure applied to the diaphragm 100 is obtained as follows: a pipe 56a is connected to the pipe 56 between the constrictions 54 and 58 and this pipe 56a is connected at its other end to the pipe 98 and also to a balancing regulator 109 by means of a pipe 110, the outlet of which is regulated by a
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half-ball 111 carried by a pivoting lever 112.
The lever 112 is loaded by a spring 113 in the direction that the half-ball valve 111 closes, and is also loaded by a diaphragm 114 on one side of which there is a chamber 115 connected to the inner casing 9 of the jet pipe. by the pipe 116, so that the pressure prevailing in the chamber is the static pressure prevailing in the jet pipe 5, and on the other side of which is a chamber 117 connected by a pipe 118 to the second pipe 104 between the throttles 105, 106, so that the chamber 117 is subjected to a pressure which is proportional to the discharge pressure of the engine compressor, the proportion being determined by the relative sections of the throttles 105, 106.
The diaphragm 114 is therefore differentially loaded by the static pressure prevailing in the jet pipe 5 in the direction that the vent valve 111 opens, and by the pressure prevailing in the second pipe 104 in the direction that the valve vent closes. A slight spring 119 loads the diaphragm 114 so as to maintain contact between a rod 120 and the lever 112; the chamber 121, containing the vent valve 111, is vented to the atmosphere by a sewer pipe 122. In an alternative arrangement, the chamber 115 may be subjected to the full pneumatic pressure of the pipe by means of a pitot tube facing upstream in the spray pipe.
The operation of the system takes place as follows: the flow of fuel to the burner 13, represented by the difference in pressures prevailing on either side of the diaphragm 90, is kept proportional to the adjustment pressure applied to the diaphragm 100; when the fuel flow is greater than the desired proportion, the half-ball valve 96 opens, which ventilates the space 77 and causes the piston 73 to move upward and close the regulator valve 70, thereby which reduces the fuel flow, and when the fuel flow is less than the desired proportion, the valve 96 is closed causing the piston 73 to move downward and increase the fuel flow.
The set pressure is a function of the discharge pressure of the engine compressor; assuming, for the purposes of the immediate discussion, that the vent valve 11 of the balancing regulator 109 is closed, or is in a critical condition and has a fixed opening, the pressure in line 56 between them. restrictors 54 and 58, when the downstream restrictor 58 is in critical condition, is directly proportional to the discharge pressure of the compressor and the degree of opening of the needle valve 54, which corresponds to the setting of the nozzle 6.
The "degree of heating" can therefore be chosen by adjusting the needle valve 54, and movement of the lever 20 in the left direction of the drawings (which corresponds to an increase in the section of the nozzle 6) causes the withdrawal of the nozzle. valve member 53 and increasing the cross section of the needle valve, establishing higher pressure in line 56 between throttles 54 and 58 and increasing fuel flow to the combustion equipment from Warming.
Because the discharge pressure of the engine compressor is substantially directly proportional to atmospheric pressure at constant engine rotational speed, the fuel flow is also reduced when atmospheric pressure decreases, i.e. when l The altitude increases, appreciably in the proportion under which the mass flow rate of the air consumed by the engine decreases.
The set pressure, determined in this way, therefore approximately determines the flow rate of the fuel supply.
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drinking o
The final adjustment is effected by the balancing regulator 109 which is arranged so as to vary the adjustment pressure prevailing in the chamber 99 from the value of the pressure prevailing in the pipe 56 between the restrictors 54 and 58 when the vent valve 111 is closed, or is in a critical state and has a fixed opening. In the equilibrium position, the vent valve 111 is between the fully open and fully open positions. - completely closed.
The balancing regulator senses the value of the static pressure prevailing in the jet pipe and regulates this pressure, which depends in part on the intensity of the reheating combustion in the jet pipe 5, so that it is always equal to the pressure prevailing in the pipe 104 between the restrictors 105 and 106 and that its ratio to the discharge pressure of the compressor always has a given value.
When increasing the section of the final nozzle 6, effected by the mechanism 22-41, an increased flow rate of heating fuel is selected by the opening of the needle valve 54, which causes the pressure prevailing in the pipe 56 between the restrictors 54 and 58 constitutes a greater proportion of the discharge pressure of the compressor,
and that the pressure responsive device 81 acts to open the regulator valve 70 and that the flow of reheat fuel to the injectors 13 increases.
The increase in the section of the final nozzle 6 also causes a reduction in the static pressure in the jet pipe 5, which acts on the balancing regulator 109 so as to tend to close the vent valve 111, and causes therefore also the device responding to the pressure 81 to act to open the regulating valve 70 and to give rise to an increase in the fuel flow.
The increased combustion of the fuel in the reheat combustion chamber 12 causes an increase in the static pressure in the jet pipe 5, which tends to return the vent valve 111 of the balance regulator 109 to the d position. 'equilibrium in which the load due to the static pressure of the jet pipe, prevailing in the chamber 115, and the load of the spring 119 balance the load due to the pressure prevailing in the chamber 117, which is proportional to the discharge pressure of the compressor, and at the load of spring 113.
If the static pressure of the jet pipe increases above the value corresponding to this equilibrium state, the vent valve 111 tends to open, which reduces the fuel flow, and if it falls below from this value, the vent valve 111 tends to close and increase the fuel flow.
It can thus be seen that, for each effective section of the variable-section nozzle 6, there is a certain "degree of heating" for which the fuel flow to the heating fuel injectors 13 depends only on the delivery pressure of the heating element. compressor and that, for any position of the variable area nozzle and for the corresponding "degree of heating", the static pressure of the jet pipe has a value subject to a constant relationship with the discharge pressure of the compressor. This ensures that, for a given engine speed of rotation, the pressure drop in the turbine is not affected by changes in the section of the variable section nozzle and the intensity of the reheat combustion.
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The larger the section of the final nozzle 6, the greater the "degree of heating", that is to say the fuel flow to the reheat combustion equipment and therefore the intensity of the combustion and, for any given section of the final nozzle and any given degree of warming, the warm-up fuel flow rate and combustion intensity are reduced with increasing engine operating altitude, based on pressure discharge pressure of the compressor.
The balancing regulator 109 compensates for changes in the efficiency of the reheating combustion by sensing the corresponding change in static pressure and adjusting the fuel flow to produce an increased flow as the efficiency decreases and vice versa.
It is necessary. observe that the various arrangements of the restrictors 54, 58 and 105 106 are suitable for producing a pressure which constitutes a known proportion of the pressure prevailing in the pipe upstream of the restrictors.
In one of the arrangements, the pipe 104 is made to open out, at its downstream end, into the static pressure of the jet pipe, so that the pressure prevailing between the restrictors 105, 106 is a function of both the discharge pressure of the compressor. and the static pressure of jet hose.
Various modifications can be provided within the scope of the invention; for example, for adjustment of the fuel supply, the air regulator valve 70 may be replaced by a regulator valve located in the fuel supply pipe, or the adjustment may be made on the discharge adjuster d. an adjustable delivery pump.
Instead of the balancing regulator 109 responding to the discharge pressure of the compressor and to the pressure of the jet pipe, it is possible to provide, in a variant, a balancing regulator responding to the temperature of the working fluid of the engine in upstream of the reheating combustion chamber 12.
An element responding to the temperature is then placed in the exhaust cone 4 or at the upstream end of the jet pipe 5, or, in certain cases, between two stages of the turbine 3; Those skilled in this art will understand that, as disclosed in Patent No. 487,044, upon an increase in fuel flow to the reheat fuel injectors @, there will be an increase in temperature perceived by the element and vice versa.
The increase in temperature actually corresponds to an increase in the ratio of the jet pipe pressure to the discharge pressure of the compressor, and it can be employed to actuate a vent valve such as valve 111, to strain. opening the valve when the temperature rises, tending to close the regulating valve 70 and reduce the fuel flow or vice versa.
The temperature responsive element may be a thermocouple and it may be connected to actuate valve 111 through any known or suitable electrical device, or it may for example be in the form of a steam bulb. mercury and the valve can be actuated by a pressure sensitive device, such as a Bourdon tube, subjected to the pressure of mercury vapor,