Moteur à turbine à gaz La présente invention a pour objet un moteur à turbine à gaz comprenant un bâti dans lequel sont montés au moins un compresseur et au moins une turbine d'entraînement de ce compresseur, des cham bres de combustion à volume constant des gaz étant disposées entre le diffuseur de sortie de l'air du com presseur et le distributeur d'entrée des gaz dans la turbine.
Le moteur selon l'invention est caractérisé par le fait que les chambres de combustion sont formées par des alvéoles ménagés dans un rotor entraîné par la turbine, ces chambres s'ouvrant sur une surface de révolution du rotor en regard de laquelle est dis posée une seconde surface de révolution faisant partie d'un corps fixe, cette seconde surface étant percée de lumières dont certaines communiquent avec le diffuseur du compresseur et d'autres avec le distri buteur de la turbine, des dispositifs d'étanchéité à labyrinthes formant joint entre ces deux surfaces de révolution, les moyens d'injection et d'allumage du carburant dans les chambres de combustion étant répartis sur cette seconde surface de révolution fixe,
la répartition desdites lumières dans ladite seconde surface de révolution étant telle qu'au cours du déplacement relatif entre le rotor et le corps fixe, chaque chambre passe successivement par les phases de balayage, de remplissage d'air, d'injection de car burant, de combustion à volume constant et d'éjec tion des gaz brûlés dans le distributeur de la turbine.
Le dessin annexé représente, schématiquement et à titre d'exemple, deux formes d'exécution du moteur selon l'invention.
La fig. 1 est une vue en élévation, avec coupe axiale, de la première forme d'exécution de ce moteur à turbine à gaz.
La fig. 2 est un diagramme montrant les différentes phases du fonctionnement de ce moteur. La fig. 3 est une élévation, avec coupe axiale, de la seconde forme d'exécution de ce moteur.
La fig. 4 est une vue à grande échelle du détail des chambres de combustion.
Ce moteur à turbine à gaz comprend un bâti 1 formé d'une enveloppe tronconique 2 et d'un flasque 3, ces deux pièces 2 et 3 étant maintenues ensemble par des vis 4. Dans ce bâti 1 est monté un rotor 5 solidaire d'un arbre 6, constituant l'arbre de sortie du moteur. Cet arbre est guidé dans des paliers 7 portés par un prolongement 8 du bâti 1. Ce rotor 5 est en forme générale de cloche. A l'intérieur de cette cloche est disposé coaxialement un arbre 9 porté, à l'une de ses extrémités, par un palier 10 faisant partie d'un corps fixe 12 disposé également à l'intérieur de la cloche 5 et solidaire du flasque 3.
Cet arbre 9 est également porté, à son autre extrémité, par un palier 11 soli daire d'une enveloppe 14 réunie par des vis 15 au flasque 3.
Dans la partie centrale, cet arbre 9 porte un groupe formé d'un compresseur centrifuge 16 et d'une turbine centripète 17. L'entrée 18 du compresseur 16 est alimentée en air à partir de canaux 19 aménagés dans le rotor 5. L'embouchure de ces canaux 19 est munie d'un aubage 20 se trouvant en regard d'ouver tures 21 ménagées dans le flasque 3. Au cours du mouvement de rotation du toror 5, cet aubage 20 est destiné à accélérer l'air en direction du compres seur 16 à la façon d'une soufflante d'alimentation.
L'extrémité interne des canaux 19 est disposée en regard de canaux 22 ménagés dans le corps fixe intérieur 12, canaux 22 amenant l'air vers l'entrée 18 du compresseur 16. Le diffuseur 23 de ce compresseur, de même que le distributeur 24 de la turbine sont portés également par le corps fixe 12 et débouchent par leurs lumières respectives sur une surface de révolution 25 entourant ce corps fixe 12. Des alvéo- les 26 sont ménagés dans le rotor 5, ces alvéoles 26 s'ouvrant sur une surface de révolution 27 du rotor disposée en regard de la surface de révolution 25 (voir flg. 4). \Des dispositifs d'étanchéité à labyrin thes 28, respectivement 29, forment joint entre ces deux surfaces de révolution 25 et 27.
Des injecteurs 30 sont disposés dans le flasque 3 pour l'amenée du carburant dans les alvéoles 26 formant les chambres de combustion. Les moyens d'allumage du carburant sont représentés à la fig. 2 par deux bougies à incan descence 31.
A la sortie de la roue de la turbine à gaz 17 est disposé un distributeur 32 guidant le flux de gaz sortant de la turbine à haute pression dans une tur bine à basse pression 33 comprenant deux étages 34, respectivement 35, avec distributeur intermédiaire 36. Cette turbine à basse pression 33 est entourée par l'enveloppe 14 qui est terminée vers le bas par un orifice d'échappement 37. Le groupe compresseur 16 - turbine à haute pression 17 est monté pour tourner librement sur la partie centrale de l'arbre 9, la turbine à haute pression 17 fournissant l'énergie nécessaire à l'entraînement du compresseur 16.
Par contre, l'entraînement du rotor 5 se fait à partir de la turbine à basse pression 33 qui est soli daire de l'arbre 9. L'extrémité gauche de celui-ci porte un pignon 38 engrenant avec des roues 39 tournant sur des axes 40 solidaires du rotor 5. Ces roues 39 engrènent elles-mêmes avec une couronne 41 portée par le corps fixe 12. Ces pièces 38 à 41 consti tuent un mécanisme de démultiplication à train d'en grenages réducteurs épicycloïdaux entre la turbine basse pression 33 et le rotor 5. L'arbre 9 est muni vers l'extérieur d'un prolongement 42 destiné à per mettre la mise en marche du moteur.
Le fonctionnement de ce moteur à turbine à gaz est le suivant: Sa mise en marche se fait en entraînant en rota tion, par exemple à l'aide d'un moteur électrique de démarrage, l'arbre 9 par son prolongement 42. Bien entendu, pour cette opération, l'arbre de sortie 6 est désaccouplé de l'appareil récepteur qu'il doit entraîner. L'entraînement en rotation de l'arbre 9 provoque la mise en mouvement du rotor 5 qui, par la soufflante 20, envoie de l'air dans les chambres de combustion 26 en passant par les canaux 22 et le compresseur 16 à l'état arrêté.
Dès que du carburant a été injecté dans les chambres de combustion 26 par les injecteurs 30 et que le mélange explosif a été allumé par les bougies 31, les gaz brûlés s'échappant après combustion dans le distributeur 24 provoquent l'entraînement de la tur bine haute pression 17. Le compresseur 16 est alors entraîné simultanément et le cycle de fonctionnement normal du moteur s'enclenche. Les gaz de sortie de la turbine haute pression 17 passent par le distribu teur 32 et entraînent à leur tour la turbine basse pression 33 avant de s'échapper par l'orifice 37. La turbine basse pression 33 prend donc à sa charge l'entraînement du rotor 5 en lieu et place du moteur de démarrage accouplé momentanément au prolon gement 42.
Dès que le moteur a atteint son régime de fonctionnement normal, l'arbre de sortie 6 peut être accouplé à l'appareil récepteur.
La répartition des lumières faisant déboucher le diffuseur 23 du compresseur 16 et le distributeur 24 de la turbine 17 dans la surface de révolution 25 est telle qu'au cours du déplacement relatif entre le rotor 5 et le corps fixe 12 portant le diffuseur 23 et le distributeur 24, chaque chambre de combustion 26 passe successivement par les phases de balayage, de remplissage d'air, d'injection de carburant, de com bustion à volume constant et d'éjection des gaz brûlés dans le distributeur 24 de la turbine 17. Le diagramme représenté à la fig. 2 montre clairement la répartition de ces phases du fonctionnement du moteur sur une révolution complète du rotor 5.
Il est à noter que ce diagramme comprend deux moitiés symétriques, étant donné que ce moteur permet un cycle complet de fonctionnement de ses chambres de combustion pendant une demi-révolution des chambres de combus tion 26 autour du corps fixe 12. En effet, les groupes de lumières d'admission et d'échappement, de même que les injecteurs 30 et les bougies d'allumage 31 sont disposés symétriquement à la périphérie de la surface de révolution 25, respectivement sur le flasque 3. Comme la combustion dans les chambres 26 se fait à volume constant pendant la majeure partie de cette phase, le rendement thermique du moteur est élevé, les gaz s'échappant dans le distributeur 24 à grande vitesse et à température élevée à la fin de cette phase de combustion.
La turbine à gaz à haute pression 17 est calculée pour fournir l'énergie nécessaire à l'entraînement du compresseur 16. Tout le surplus d'énergie contenu dans les gaz sortant de la turbine 17 peut donc être utilisé dans la turbine à basse pression 33 dont le nombre d'étages peut être choisi en conséquence. Cette turbine 33 peut donc être construite pour une utilisation maximum de l'énergie contenue dans les gaz d'échappement, énergie utilisée pour l'entraîne ment du rotor 5 et finalement pour l'entraînement de l'arbre de sortie 6.
Cette première forme d'exécution du moteur à turbine à gaz décrite en regard des fig. 1 et 2 pourrait être utilisée pour l'entraînement d'un véhicule terrestre ou marin, ou éventuellement comme moteur fixe. On pourrait toutefois aussi appliquer ce moteur à l'avia tion en utilisant l'arbre de sortie 6 pour l'entraînement d'une hélice.
La seconde forme d'exécution du moteur repré senté à la fig. 3 est destinée plus particulièrement au domaine de l'aviation. Cette seconde forme d'exécu tion présente, comme la première forme d'exécution, les éléments principaux formés d'un bâti 1 dans lequel tourne un rotor 5 porté par un arbre 6. Dans la partie centrale de ce rotor 5 est disposé un corps fixe 12 relié à l'enveloppe 2 du bâti 1 par le flasque 3. Un arbre 9 est disposé coaxialement dans ce corps fixe 12 sur des paliers 10 et 11. Le groupe compresseur 16 et tur bine 17 est rendu solidaire angulairement de cet arbre 9. Les chambres de combustion 26 sont formées égale ment par des alvéoles ménagés dans le rotor 5 en forme de cloche.
Le diffuseur 23, de même que le distributeur 24 sont disposés entre. le groupe compres seur 16 et turbine 17 et l'ensemble des chambres de combustion 26, comme dans la première forme d'exé cution, des injecteurs 30 et bougies d'allumage 31 assurant l'amenée du carburant dans les chambres 26 et l'allumage du mélange combustible.
Dans cette forme d'exécution comme dans la pre mière, l'arbre 9 entraîne le rotor 5 par l'intermédiaire d'un mécanisme de démultiplication formé d'un pi gnon 38, de roues 39 tournant sur des axes 40 et d'une couronne 41 solidaire du corps fixe 12. Ce rotor 5 est également percé des canaux 19 dont l'em bouchure est munie d'un aubage 20 destiné à accé lérer l'air entrant par des ouvertures 21 ménagées dans l'enveloppe 2 du bâti 1. L'air refoulé par la souf flante 20 est envoyé dans les canaux 22 aboutissant à l'entrée 18 du compresseur 16.
Une ogive 43 est placée autour de l'arbre 6 de support du rotor 5. En effet, comme ce moteur est destiné plus particulièrement au domaine de l'avia tion, cette ogive est destinée à profiler de façon aéro dynamique la face amont ou bord d'attaque du moteur. Les ouvertures 21 sont donc disposées à la périphérie de la base de l'ogive 43, ce qui permet d'accroître le rendement de la soufflante 20 au fur et à mesure de l'élévation de vitesse de l'avion muni d'un tel moteur. Ce moteur est donc dépourvu du groupe de turbine à basse pression. En effet, le groupe de turbine à basse pression est remplacé par une tuyère 44 dans laquelle débouchent les gaz sortant de la turbine 17.
Cette tuyère 44 permet d'utiliser par réaction l'énergie contenue dans les gaz d'échappe ment de la turbine 17. La poussée s'exerçant sur le moteur est donc directement produite par l'énergie de ces gaz d'échappement. Dans un tel moteur, la turbine à gaz 17 est donc calculée pour fournir l'énergie nécessaire à l'entraînement du compresseur 16, de même que l'énergie nécessaire à la mise en rotation du rotor 5 entraînant la soufflante 20. La fonctionnement du moteur selon la seconde forme d'exécution est le suivant: La mise en marche de ce moteur peut se faire, comme dans la première forme d'exécution, en entraî nant l'arbre 9 à partir d'un prolongement, non repré senté, de cet arbre.
De préférence, ce prolongement devrait être disposé coaxialement dans l'arbre 6 qui serait prévu creux, le moteur électrique d'entraîne ment pouvant être disposé dans l'ogive 43. Dès que l'arbre 9 est entraîné en rotation, il entraîne simulta nément le compresseur 16 alimentant les chambres de combustion 26 en air. Après que les premières phases de combustion se sont produites dans les cham bres 26, les gaz brûlés, en s'échappant par le distribu teur 24 dans la turbine 17, entraînent celle-ci en rotation.
Après quelques secondes, le remplissage des chambres 26 se faisant de mieux en mieux au fur et à mesure de l'élévation du régime de rotation du groupe compresseur 16 - turbine 17 et rotor 5, le moteur atteint son régime de fonctionnement normal. La poussée exercée par les gaz sortant de la tuyère 44 devient donc de plus en plus forte pour atteindre sa valeur maximum lorsque le régime de rotation normal du groupe compresseur 17 - turbine 17 est atteint.
Un tel moteur permet d'obtenir également un ren dement thermique élevé du fait que la combustion dans les chambres 26 se fait à volume constant pendant la plus grande partie de la phase de combustion; les gaz de combustion atteignent donc des tempéra ture et pression élevées en fin de combustion. L'énergie des gaz à la sortie de la turbine 17 est transformée en poussée constituant le travail utile de ce moteur, utilisé pour la propulsion d'un avion.
De nombreuses variantes d'exécution du moteur représenté au dessin pourraient être imaginées. Ainsi, le compresseur 16 et la turbine 17, au lieu d'être du type centrifuge, respectivement centripète, pourraient être du type axial. Il est à noter encore que la souf flante 20 pourrait être supprimée, notamment dans le cas de la seconde forme d'exécution. Le nombre de phases de combustion qui s'opèrent dans les cham bres 26 au cours d'une révolution complète de cha cune de celles-ci peut varier selon les dimensions du moteur.
Ainsi, pour un moteur de faible diamètre, on pourrait ne prévoir qu'une seule phase de combus tion par révolution, alors que dans un moteur de grandes dimensions, plus de deux phases de combus tion pourraient être prévues, le nombre des dispositifs d'injection 30 et bougies d'allumage 31 étant choisi en conséquence, de même que la position des lumières de sortie du diffuseur 23, respectivement du distribu teur 24. Il est à noter que le moteur selon la fig. 3 est tout particulièrement intéressant pour être appliqué à un avion à décollage vertical, par exemple du type dit coléoptère , ou même à une fusée.