Propulseur<B>à</B> réaetion pour appareil volant. La présente invention a pour objet un propulseur<B>à</B> réaction pour appareil volant, en particulier pour hélicoptères, parce que c'est dans cette application qu'il procure le maximum d'avantages, mais qui petit aussi être mis en #uvre sur des avions ordi naires.
On sait que l'emploi de la réaction dans les hélicoptères permet d'éviter le couple qui se manifeste avec l'entraînement mécanique du rotor et de supprimer les dispositifs anti- couple tels que les hélices de queue oit les doubles rotors. On évite en outre le poids, le coût de construction et l'entretien dit moteur <B>à</B> pistons et des réducteurs<B>à</B> pignons, em brayages, arbres, etc.
On a<B>déjà</B> proposé des propulseurs<B>à</B> réaction qui comportent un compresseur en traîné par une turbine; celle-ci utilise une partie de la pression fournie par le compres seur et une partie de l'énergie produite par des brûleurs placés entre la turbine et le com presseur, les gaz d'échappement de la turbine étant conduits<B>à</B> travers le moyeu et des tuyauteries des pales vers des tuyères situées <B>à</B> l'extrémité de celles-ci où ces gaz sont fina lement détendus en fournissant la réaction qui produit la rotation voulue des pales. Ces propulseurs connus présentent divers incon vénients graves. La turbine nécessite en effet une tempé rature élevée pour donner un bon rendement.
Or, l'obtention d'une température élevée est difficilement réalisable pour les raisons sui vantes: Par suite de la grande température et de la faible pression, le volume spécifique des gaz d'échappement est si grand que les pales de l'hélicoptère devraient être beaucoup plus grandes que celles résultant de l'adap tation aérodynamique optimum, en partieu- lier si l'on considère le fait que la propulsion par réaction nécessite de grandes vitesses linéaires<B>à</B> l'extrémité des pales.
Il est difficile de réaliser le moyeu, avec ses canalisations et ses joints articulés condui sant les gaz dans les pales, pour qu'il puisse fonctionner<B>à</B> haute température. Il. en est de même pour les pales.
Le refroidissement produit parlesgrandes sui-faces (les pales consomme beaucoup d'énergie.
Cette difficulté n'existe pas avec des tur bines disposées dans les extrémités des pales, mais cette disposition soulève alors de sérieux problèmes gyroscopiques et de poids (inertie des pales).
Le propulseur<B>à</B> réaction pour appareils volants, selon l'invention, comprenant -un compresseur et une turbine, est caractérisé en ce que le flux d'air sortant du compresseur est partagé en deux parties, lune, chauffée par des brûleurs, qui alimente la turbine, Pautre, fournissant l'effort de réaction, qui est dirigée vers au moins une tayère de réac tion.
Dans une forme d'exécution particulière, le flux d'air fournissant l'effort<B>de</B> réaction est dirigé vers des tuyères disposées a-Lux extrémités des pales d'une hélice, de préfé rence un rotor d'hélicoptère.
De préférence, l'air envoyé aux ttiyères de réaction est d'abord réchauffé dans un échangeur traversé par les gaz d'échappenient de la turbine et récupérant la chaleur véhi- culée par ces gaz.
Ce propulseur présente plusieurs avan tages. Tout d'abord, le cycle thermodynami que est, au point de vue du rendement, pres que indépendant de la pression du compres seur et de la température des brûleurs. On peut utiliser des compresseurs<B>à</B> basse pres sion et, par conséquent, légers. La tempéra ture de la turbine peut être plus faible que celle qui est habituellement nécessaire, ce qui, au point de vue de la résistance des maté riaux, procure de sérieux avantages de sécu rité, très importants en aéronautique d'une façon générale, qu'il s'agisse d'hélicoptères ou d'avions ordinaires.
Du fait que la turbine fonctionne<B>à</B> la pression atmosphérique, il est d'ailleurs facile de prévoir un refroidissement de son rotor, par exemple a-Li moyen d'un petit ventilateur spécial combiné avec ledit rotor et aspirant l'air atmosphérique ou bien en réalisant les aubages mobiles eux-mêmes, de manière qu'ils forment ventilateur cen trifuge.
Dans -un hélicoptère, la section des canaux ménagés dans les pales de la voilure tour nante pour conduire le fluide de réaction peut être petite par suite de la pression rela tivement élevée du fluide et de sa faible tem pérature, même en tenant compte de la né cessité de réduire au minimum les pertes par frottement. L'invention permet donc d'éviter une augmentation de la section des pales au- delà de la valeur utile au point de vue aéro dynamique. Le fluide transporté<B>à</B> travers le moyeu et les pales du rotor de l'hélicoptère est de l'air chaud, ce qui évite les difficultés causées par des résidus de combustibles non brûlés. La température des pales est modérée.
Le libre échappement des gaz de la tur bine produit une petite poussée et ces gaz étant refroidis, on peut les utiliser pour gou verner l'hélicoptère autour d'un axe vertical, en les faisant souffler sur des gouvernes oa en les conduisant<B>à</B> des tuyères de réaction réparties<B>à</B> babord et<B>à</B> tribord.
Le dessin représente,<B>à</B> titre d'exemple, une forme d'exécution du propulseur<B>à</B> réac tion selon l'invention.
La Sig. <B>1</B> est une vue schématique en coupe verticale de cette forme d'exécution montrant la voilure tournante d#-nn hélicop tère.
Les fig. 2 et<B>3</B> sont des vues en perspec tive avec arrachement partiel des extrémités des pales de la voilure tournante, montrant deux variantes d'exécution d'un dispositif de réglage des tuyères de réaction.
La Sig. 4 représente une variante de la Sig. <B>1,</B> dans laquelle l'axe de la turbine est vertical; cette figure montre aussi un dispo sitif de frein double permettant de faire tourner l'hélicoptère autour d'-an axe verti cal en vol stationnaire.
La fig. <B>5</B> représente un dispositif permet tant de souffler les gaz d'échappement de la turbine sur des gouvernes.
La Sig. <B>6</B> est une coupe transversale d'une pale élastique pour hélicoptère.
La Sig. <B>7</B> est une coupe longitudinale par tielle de cette pale.
La fig. <B>8</B> est une coupe transversale dune variante de pale rigide.
La Sig. <B>9</B> représente un propulseur<B>à</B> réac tion appliqué<B>à</B> un avion ordinaire.
Dans la forme d'exécution représentée<B>à</B> la fig. <B>1,</B> l'air venant du compresseur<B>1</B> passe entre les tubes de l'échangeur de chaleur par surface 2, tubes qui sont eux-mêmes par courus intérieurement par les gaz d'échap pement de la turbine<B>à</B> gaz<B>ô</B> qui entraîne le compresseur. L'air ainsi réchauffé par les gaz d'échappement sort de l'échangeur par les tubulures 4 et se divise en deux flux. L'un de ces flux traverse la partie fixe du moyeu<B>5</B> du rotor<B>6</B> de l'hélicoptère et, passant par les canaux Ionffitudinaux <B>7,</B> ménagés dans les pales de ce dernier, vient s'échapper par les tuyères de réaction<B>8,</B> disposées<B>à</B> l'extrémité des pales le long du bord de fuite.
Le deuxième flux d'air sortant de l'échangeur est conduit par la tuyauterie<B>9</B> vers le distribu teur de la turbine<B>à</B> gaz<B>3</B> pour actionner celle-ci. Au préalable, il est chauffé<B>à</B> haute température par des moyens appropriés, par exemple par des brûleurs<B>à</B> combustible liquide<B>10.</B> Les gaz ayant travaillé dans la turbine s'échappent<B>à</B> l'atmosphère en tra versant, comme il a été dit, les tubes de l'échangeur 2.
<B>Il</B> est bien évident que de nombreuses rno- difications peuvent être apportées ait dispo sitif qui vient d'être décrit dans son prin cipe. Ainsi, on pourrait effectuer un ebauf- fage modéré, par de petits brûleurs, des ré sistances électriques ou tous autres disposi tifs, du flux d'air envoyé aux tuyères de réac tion des pales, le chauffage par les brûleurs principaux n'étant effectué que sur le flux qui va<B>à</B> la turbine<B>à</B> gaz.
De tels brûleurs ou a-Litres dispositifs de chauffage peuvent être utiles pour auglinen- ter la poussée, au prix d'une consommation supplémentaire de combustible, dans les cas où l'on a besoin d'un excédent de puissance, pendant quelques instants. On peut les placer dans les extrémités des pales de la voilure tournante, Lin peu avant les tuyères de réac tion<B>8.</B> On voit que la turbine travaille<B>à</B> la pression atmosphérique.<B>Il</B> est donc facile de refroidir ses aubes et l'on a représenté sur le dessin un petit ventilateur de refroidissement <B>11</B> entraîné par la turbine et aspirant l'air extérieur par une tubulure centrale 12.
Cet air vient lécher le rotor de la turbine en le refroidissant et s'échappe ensuite par J'espace annulaire<B>13.</B> On pourrait aussi rendre creux les aubages du rotor (le la turbine et les per cer au centre et<B>à</B> la périphérie, de manière que ces aubages aspirent l'air au centre et le projettent<B>à</B> l'extérieur<B>à</B> la manière d#un ventilateur centrifuge. Il est bon de prévoir sur les tuyères<B>8</B> un dispositif de réglage permettant de faire va rier la section des tuyères avec la vitesse<B>pé-</B> riphérique des pales. Ce dispositif peut être organisé de manière<B>à</B> maintenir automati quement constante cette vitesse.
Un dispositif de ce genre est représenté<B>à</B> la fig. 2, qui montre en perspective l'extré mité d'une pale de la voilure tournante. Les tuyères de réaction<B>8</B> qui terminent les tuyauteries<B>7</B> ménagées dans la pale, sont associées<B>à</B> deux volets 14 qui peuvent pivoter autour d*axes <B>15.</B> L'oscillation de ces leviers est commandée par des guignols<B>16</B> et des bielles<B>17</B> reliées<B>à</B> l'un des bras d'Lin levier coudé<B>18,</B> pouvant pivoter autour d'un axe fixe<B>19</B> et dont l'autre bras porte un contre poids 20 et est sollicité par un ressort 21.
Pour une vitesse de rotation donnée des pales, le levier<B>18</B> prend une position telle qu'il<B>y</B> ait équilibre entre la force centrifuge exercée sur le contrepoids 20 et le ressort antagoniste <B>21.</B> Quand la vitesse de rotation des pales di minue au-dessous de la valeur voulue, l'équi libre est rompu et le contrepoids 20 se dé plaçant vers l'axe du rotor, l'ouverture des volets augmente et, le débit de fluide aug mentant, le couple de rotation imprimé aux pales croît. Inversement, quand la vitesse de rotation des pales devient trop grande, les volets se ferment en réduisant le débit des tuyères et, corrélativement, le couple, Un amortisseur 22 a pour but, d'atténuer les oscillations trop rapides des volets 14.
Quand les volets 14 en s'ouvrant augmeii- tent la section libre des tuyères<B>8,</B> le compres- SeUr d'air<B>1</B> tend<B>à</B> débiter -une masse de fluide plus grande et, par conséquent,<B>à</B> con sommer plus de puissance.
On peut lui four nir ce supplément de puissance au moyen d'un dispositif automatique conservant<B>à,</B> la turbine<B>3</B> et, par suite au compresseur un ré- de rotation constant en se servant, par exemple, de la pression de refoulement de la pompe<B>à</B> huile qui est entraînée par l'arbre de la turbine et sert<B>à</B> lubrifier les paliers, ou encore d'un régulateur centrifuge entraîné par ledit arbre.
On peut faire agir le<B>f</B>acteur de régulation choisi: pression d'h-Ldle ou force centrifuge, sur le réglage du débit de com bustible fourni aux brffleurs <B>10,</B> ou encore sur le pas des aubages du distributeur fixe de la turbine si ces aubages sont<B>à</B> pas va riable.
Le réglage de la section des tuyères peut aussi être commandé par la pression dyna mique de l'air extérieur, le régime du rotor dépendant alors de la vitesse d'extrémité des pales et de la densité de l'air, de sorte que, dans l'air<B>à</B> densité moins forte (augmenta tion de l'altitude), le régime du rotor aug mente automatiquement, ce qui est désirable.
La fig. <B>3</B> représente une forme d'exécu tion de ce genre.
La pression dynamique engendrée par la vitesse d'extrémité des pales et la densité de l'air est prise au moyen d'un tube de Pitot <B>23</B> disposé sur le bord d'attaque des pales et elle est transmise an piston 24 se déplaçant dans le cylindre<B>25</B> et chargé par un ressort antagoniste. Ce piston ouvre les volets 14 placés devant les tuyères de réaction lorsque la vitesse des pales ou la pression atmosphé rique diminue. Si le tobe <B>23</B> a un faible diamètre, il peut produire mi amortissement semblable<B>à</B> celui exercé par l'amortisseur 22 de la fig. 2.
Le démarrage du moteur<B>à</B> réaction peut être obtenu an moyen d'un moteur électrique ou bien en l'attaquant<B>à</B> la manivelle par l'in termédiaire d'un démultiplicateur. Pour laci s liter ce démarrage, il est bon de prévoir sur la tubulure allant aux pales -Lm papillon<B>26</B> que l'on fermera, lors du démarrage, pour permettre<B>à</B> la totalité de l'air comprimé de passer dans la turbine.
<B>0</B> Dans la disposition représentée sur la fig. <B>1,</B> l'arbre de la turbine et du compresseur est supposé horizontal. On peut aussi placer cet arbre verticalement et, en particulier, le disposer dans l'axe du moyeu<B>5</B> de la voilure <B>5</B> tournante. Cette dernière disposition permet d'utiliser l'effet gyroscopique de la turbine et du compresseur qui tournent<B>à</B> grande vi tesse pour concourir<B>à</B> la stabilité de 116li- coptère, tout en supprimant ou réduisant les masses gyroscopiques que l'on a<B>déjà</B> utilisées dans ce but et qui, tournant<B>à</B> la vitesse de la voilure tournante, sont relativement im portantes.
La masse du gyroscope stabilisa teur pourra se réduire<B>à</B> celles de la turbine et de la roue du compresseur éventuellement augmentées de celle d'un léger volant. Cette disposition facilite aussi la mise en #uvre d'un frein double permettant une commande de direction de l'hélicoptère.
La fig. 4 représente schématiquement, en, élévation et en coupe, un dispositif de ce genre, dans lequel le fuselage est supposé sus pendu par un joint de cardan 5a au moyeu creux autour duquel tourne la voilure<B>6</B> et qui porte l'ensemble de la turbine et du coin- presseur, dont l'arbre est coaxial<B>à</B> ladite voi lure.
Des patins de frein<B>27</B> et<B>28</B> peuvent être appliqués par des cylindres hydrauliques<B>29</B> et<B>30</B> sur des couronnes<B>31</B> et<B>32</B> entraînées respectivement par la voilure tournante et par la turbine en sens inverse de la voilure tournante. (Cette couronne<B>32</B> peLit être, par exemple, solidaire du rotor de la turbine, dont les aubages auront une direction conve nable pour tourner en sens inverse de la voi lure.) Dans ces conditions, lorsque le patin<B>28</B> est appliqué contre la couronne<B>32,</B> l'hélicop tère tend<B>à</B> tourner en sens inverse de la voi lure. Au contraire, l'application du frein<B>27</B> permet de faire tourner l'hélicoptère dans le sens de la voilure.
Les deux freins sont commandés par deux cylindres hydrauliques distincts 29a et 30a dont les pistons sont attaqués par les deux extrémités dun levier àmain <B>33</B> pivotant autour d'un point fixe 33a, de manière que l'on ne puisse agir chaque fois que sur l'un des freins, selon la rotation<B>à</B> obtenir.
Il est évident qu'un tel dispositif de frein, qui est particulièrement commode<B>à</B> mettre en ceuvre dans le cas où l'axe géométrique du rotor et de la turbine edincide avec celui de la voilure, pourrait aussi s'appliquer au mode de réalisation décrit sur la fig. <B>1.</B> Il suffirait, dans ce cas, de relier par un moyen d'entraî nement convenable,<B>à</B> l'arbre de la turbine et du compresseur, la couronne<B>32</B> distincte de la turbine et coaxiale<B>à</B> la voilure tournante.
Au lieu d'un frein hydraulique, on peut évidemment utiliser tout autre système de frein.
<B>Il</B> convient de noter que dans la variante de la fi-. 4, on a supposé que l'échappement de la turbine se faisait au-dessous de l'appa reil (au-dessous de son centre de gravité). Ceci permet d'utiliser la poussée des gaz pour obtenir un supplément de sustentation, qui pourrait être accru en cas de besoin en atig- mentant le débit du compresseur, par exem ple par une augmentation du débit de coin- bustible.
La maniabilité de l'hélicoptère autour d'un axe vertical en vol stationnaire peut aussi être obtenue comme représenté fig. <B>5,</B> en faisant souffler les gaz d'échappement sortant de l'échangeur<B>13,</B> par un ajutage convenable<B>35,</B> sur le gouvernail<B>36</B> de l'héli coptère. On pourrait aussi utiliser cet échap pement en réaction dans des tuyères dispo sées sur le fuselage, suffisamment loin du centre de gravité de l'appareil et débouchant des deux côtés du plan vertical de symétrie, un vannage permettant de diriger les gaz soit kl LI clans les tuyères de babord, soit dans celles de tribord, selon la rotation<B>à</B> effectuer.
Les pales de l'hélicoptère dans lesquelles sont ménagés les canaux eonduisant le fluide aux tuyères peuvent être rigides, élastiques ou articulées, selon les techniques connues. Une pale élastique permettant de conduire <B><I>à</I></B> son intérieur le fluide de réaction peut être réalisée comme représenté en coupe transversale sur la fig. <B>6</B> et en coupe longitu dinale partielle fig. <B>7.</B> Cette pale comporte kl un revêtement interne<B>37</B> en acier, muni de eannelures <B>38</B> disposées annulairement,
qui donnent au revêtement interne une grande résistance<B>à</B> la pression interne tout en lais sant une élasticité considérable sous l'effet de la flexion. Les efforts de flexion sont sup portés par le revêtement externe<B>39</B> qui peut être en une matière<B>à</B> faible coefficient d'élas ticité, comme les matières plastiques ou l'alu minium. Ce revêtement externe<B>39</B> s'appuie .sur les cannelures<B>38</B> et l'intervalle 40 entre les deux surfaces peut être rempli par une matière isolante.
Dans le cas d'une pale rigide (fig. <B>8),</B> on disposera un longeron en acier 41 supportant les efforts de flexion et, sur ce longeron, on fixera de part et d'autre, pour constituer les bords d'attaque et les bords de fuite, des ner vures 42 soudées électriquement sur le longe- ron ou fixées de toute autre façon. Les tabes <B>7</B> amenant l'air aux tuyères de réaction si tuées au bout de la pale peuvent être dispo sés dans les nervures et dans le longeron. La paroi de ces tubes est déterminée de manière <B>à,</B> résister aux tensions produites par la pres sion intérieure, mais non aux efforts de flexion. Elle peut donc être mince, ce qui per met de gagner du poids.
La pale est finalement habillée par un re- externe 44 entourant le lono, er on et les nervures et en toute matière appropriée. La fig. <B>9</B> représente en coupe axiale Lin propulseur<B>à</B> réaction appliqué<B>à</B> Lin avion ordinaire.
Le vent relatif entre par l'ouïe 45; il. est pris par le compresseur<B>1,</B> traverse l'échangeur<B>2</B> et se divise en deux flux, comme décrit, l'un vers les brûleurs<B>10</B> et la turbine <B>3,</B> Fautre vers la tuyère de réaction 46 débou chant vers l'arrière de l'avion. Les gaz d'échappement de la turbine ayant traversé Féchangeur 2 sortent par la tuyère 47. Un ventilateur<B>11</B> aspire en 12 de l'air froid pour le refroidissement de la turbine et cet air est également rejeté en<B>13</B> vers l'arrière. Des brû leurs supplémentaires peuvent être disposés en amont de la tuyère 46 pour produire Lin accroissement de poussée quand le besoin s'en l'ait sentir.