Installation de réglage de la pression régnant dans une chambre de combustion La présente invention a pour objet une installa tion de réglage de la pression régnant dans une cham bre de combustion, notamment une chambre de com bustion de propulseur à réaction.
Cette installation se èaractérise par un organe monté dans le conduit d'ali mentation en carburant et faisant varier périodique ment le débit de carburant injecté entre un maximum et un minimum, et par un dispositif distributeur qui, en synchronisme avec l'oscillation du débit de carbu rant injecté,
fait communiquer la chambre de com bustion alternativement avec un côté et l'autre d'un organe mobile sensible à la pression commandant l'organe pilote d'un servomoteur actionnant un élé ment de commande par étranglement monté dans le conduit d'alimentation en carburant en amont de l'organe produisant les pulsations.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue schématique d'un stato réacteur pourvu de cette forme d'exécution ; la fig. 2 est une courbe de fonctionnement (la pression étant portée en ordonnée et le débit du com bustible en abscisse) ; la fig. 3 est une courbe sinusoïdale indiquant la variation du débit de combustible injecté (le débit de carburant étant porté en ordonnée, le temps en abscisse, et la droite DBC représentant le débit moyen du carburant) ;
la fig. 4 est une courbe montrant les variations de pression pour un débit moyen de carburant infé rieur à celui correspondant au fonctionnement opti mum ;sur cette figure, la pression est portée en or donnée et le temps en abscisse, et la droite CF repré sentant le débit au point C de la courbe A (fig. 2) ;
la fig. 5 est une courbe montrant les variations de pression pour un débit de carburant supérieur à celui correspondant au fonctionnement optimum (pression en ordonnée et temps en abscisse), la droite CF' représentant le débit au point D de la courbe A (fig. 2).
A la fig. 1, 10 désigne la chambre de combustion d'un statoréacteur dans laquelle l'écoulement d'air se fait dans le sens de la flèche et dans laquelle dé bouche un injecteur de carburant A. Le carburant sous pression est amené à l'ajutage par une canalisa tion de carburant sous pression 14 dans laquelle est placée une soupape d'étranglement principale S et une soupape papillon P. La soupape papillon P est entraînée en rotation à une vitesse constante par un moteur électrique 16.
Un arbre de commande 18 relie le moteur 16 à la soupape papillon P et, en outre, on y a fixé un tiroir rotatif 20 qui tourne à la même vitesse que la soupape papillon P.
Un conduit 24 sous pression statique est raccordé à la chambre de combustion du statoréacteur et il se divise en deux conduits distincts 26 et 28 qui aboutissent au tiroir rotatif 20. Ce tiroir 20 comporte deux passages. 30 et 32 diamétraux et disposés à 900 l'un par rapport à l'autre.
Etant donné que le tiroir 20 tourne, les passages 30 et 32 font communiquer le conduit 24 alternativement, par les canaux 26 et 28, avec les conduits 40 et 42, communiquant avec les chambres 70 et 72 situés de part et d'autre d'un pis ton 46 qui est sollicité dans un sens par un ressort léger 48.
Les passages 30 et 32 sont disposés par rapport au papillon P de manière que, lorsque le débit du carburant est maximum, le conduit 24 communique avec la chambre 70, tandis que, lorsque le débit du carburant est minimum, le conduit 24 communique avec la chambre 72.
De son côté, le piston 46 actionne un tiroir 50 coulissant dans un cylindre qui reçoit du carburant sous pression d'une canalisation 52, et l'envoie sur l'un ou l'autre des côtés d'un servo-piston 56, lequel actionne la soupape S. Des étranglements 60 et 62 sont prévus dans des canalisations d'évacuation par tant de chaque côté du servo piston 56.
Le servo- piston 56 est soumis à l'action d'un ressort, l'agen cement étant tel que la position du piston 56 corres ponde à celle du tiroir 50, et donc à celle du piston 46.
La fig. 2 représente par la courbe A les pressions dans la chambre de combustion du statoréacteur 10 en fonction de la variation du débit du carburant, l'abscisse représentant ce débit et l'ordonnée la pres sion. Il est évident qu'on obtient le rendement maxi mum de la chambre de combustion et la poussée maximum du statoréacteur lorsque la pression dans cette chambre est voisine d'un maximum. La pres sion maximum dans la chambre de combustion est atteinte pour des conditions sensiblement stoechio métrique.
La fig. 2 montre que partout où la pente de la courbe A est positive, c'est-à-dire jusqu'au voi sinage du point E, la pression augmente avec un débit de carburant croissant. Inversement, partout où la pente est négative, c'est-à-dire vers la droite du point E, la pression diminue avec une augmentation du débit du carburant, étant donné que la pente néga tive de la courbe A correspond à un mélange trop riche.
Pour une variation donnée du débit du carbu rant, la pression varie proportionnellement à la pente de la courbe A. La valeur sera la plus grande lors d'un fonctionnement à peu près stoechiométrique et en partant de ce point une augmentation du débit de carburant donnera lieu à une réduction de pression, et similairement une réduction du débit de carburant donnera lieu à une réduction de pression, étant donné qu'on se trouve sur l'une ou l'autre pente de la courbe A.
La variation du débit du carburant, produite par la soupape papillon (fig. 1), est illustrée par la courbe de la fig. 3. Lorsque le brûleur fonctionne, au point C de la fig. 2, la courbe correspondante des variations de la pression dans la chambre de combustion est celle qui est représentée sur la fig. 4.
Dans ce cas, une pression maximum correspond à un débit maxi mum de carburant, de sorte que, lorsque la chambre de combustion fonctionne sur la pente positive de la courbe A (fig. 2), la variation de pression est en phase avec la variation du débit de carburant. En revan che, si la chambre de combustion fonctionne au point D de la courbe A, la pression dans le brûleur varie conformément à la courbe de la fig. 5, c'est-à-dire que la pression maximum se produit pour un débit minimum de carburant,
et vice versa. De ce fait, lorsque le brûleur fonctionne sur la pente négative de la courbe A (fig. 2), la variation de la pression est déphasée de 180 par rapport à la variation du débit de carburant.
Lorsque la chambre fonctionne en un point d'une partie de la courbe A dont la pente est positive, la pression moyenne régnant dans la chambre 70 est plus élevée que celle qui règne dans la chambre 72, et vice versa pour la partie de la courbe A dont la pente est négative.
On remarquera en outre (et ceci est indiqué sur les fig. 3 à 5) que l'amplitude de la variation de pres sion dans la chambre de combustion est proportion nelle à la pente de la courbe A de pression du car burant en fonction du débit.
La force résultante exercée sur le piston 46 par les pressions régnant dans les chambres 70, 72 est algébriquement soustraite d'une force sensiblement constante, appliquée par le ressort 48, de sorte que la différence de force a pour effet de repousser le tiroir 50 dans un sens tel que le servo-piston 56 de la soupape d'étranglement principale S déplace cette dernière de manière à corriger le débit du carburant. Lorsque la force résultante exercée sur le piston 46 devient égale à la force appliquée par le ressort 48,
le tiroir 50 s'immobilise grâce à la condition d'équi libre, de sorte qu'il n'existe plus de variation du débit du carburant. Il en résulte que tant que le point de fonctionnement se trouve sur la partie de la courbe A (fig. 2) à pente positive, le tiroir 50 et le servo-piston 56 déplacent la soupape S de manière à augmenter le débit, tandis que si le point de fonctionnement se trouve sur la partie de la courbe A à pente négative, le tiroir 50 et le servo-piston 56 se déplacent de manière à diminuer le débit du carburant,
le tout de manière à maintenir le fonctionnement de la chambre de combustion au point optimum E de la courbe.
Dans l'installation décrite, on utilise une oscilla tion du débit du carburant de l'ordre de 25 cycles par seconde, de sorte qu'il ne se produit aucun demi- cycle pendant 1/50 de seconde. Par suite, la fraction de temps pendant laquelle l'orifice 30 ou l'orifice 32 communiquent avec leurs canalisations respectives est faible.
Installation for adjusting the pressure prevailing in a combustion chamber The present invention relates to an installation for adjusting the pressure prevailing in a combustion chamber, in particular a combustion chamber for a reaction propellant.
This installation is characterized by a member mounted in the fuel supply duct and periodically varying the flow of fuel injected between a maximum and a minimum, and by a distributor device which, in synchronism with the oscillation of the flow of fuel. injected fuel,
communicates the combustion chamber alternately with one side and the other of a mobile pressure sensitive member controlling the pilot member of a booster actuating a throttle control element mounted in the fuel supply duct upstream of the organ producing the pulsations.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the object of the invention.
Fig. 1 is a schematic view of a stator reactor provided with this embodiment; fig. 2 is an operating curve (the pressure being plotted on the ordinate and the fuel flow rate on the abscissa); fig. 3 is a sinusoidal curve indicating the variation of the flow rate of injected fuel (the fuel flow rate being plotted on the ordinate, the time on the abscissa, and the line DBC representing the average fuel flow rate);
fig. 4 is a curve showing the pressure variations for an average fuel flow rate lower than that corresponding to the optimal operation; in this figure, the pressure is given in gold and the time on the abscissa, and the line CF representing the flow at point C of curve A (fig. 2);
fig. 5 is a curve showing the pressure variations for a fuel flow rate greater than that corresponding to optimum operation (pressure on the ordinate and time on the abscissa), the line CF 'representing the flow rate at point D of curve A (FIG. 2) .
In fig. 1, 10 designates the combustion chamber of a ramjet in which the air flow is in the direction of the arrow and in which a fuel injector A is blocked. The pressurized fuel is supplied to the nozzle by a pressurized fuel line 14 in which is placed a main throttle valve S and a butterfly valve P. The butterfly valve P is rotated at a constant speed by an electric motor 16.
A drive shaft 18 connects the engine 16 to the butterfly valve P and, in addition, there is attached a rotary spool 20 which rotates at the same speed as the butterfly valve P.
A duct 24 under static pressure is connected to the combustion chamber of the ramjet and it is divided into two separate ducts 26 and 28 which lead to the rotary slide 20. This slide 20 has two passages. 30 and 32 diametrical and arranged at 900 to each other.
Since the slide 20 rotates, the passages 30 and 32 make the conduit 24 communicate alternately, through the channels 26 and 28, with the conduits 40 and 42, communicating with the chambers 70 and 72 located on either side of a udder tone 46 which is biased in one direction by a light spring 48.
The passages 30 and 32 are arranged relative to the throttle P so that, when the fuel flow is maximum, the duct 24 communicates with the chamber 70, while, when the fuel flow is minimum, the duct 24 communicates with the room 72.
For its part, the piston 46 actuates a slide valve 50 in a cylinder which receives fuel under pressure from a line 52, and sends it to either side of a servo-piston 56, which actuates the valve S. Restrictions 60 and 62 are provided in the discharge pipes on both sides of the servo piston 56.
The servo-piston 56 is subjected to the action of a spring, the arrangement being such that the position of the piston 56 corresponds to that of the spool 50, and therefore to that of the piston 46.
Fig. 2 represents by curve A the pressures in the combustion chamber of ramjet 10 as a function of the variation in fuel flow, the abscissa representing this flow and the ordinate the pressure. It is obvious that the maximum efficiency of the combustion chamber and the maximum thrust of the ramjet are obtained when the pressure in this chamber is close to a maximum. The maximum pressure in the combustion chamber is reached for substantially stoichiometric conditions.
Fig. 2 shows that wherever the slope of curve A is positive, that is to say up to the vicinity of point E, the pressure increases with increasing fuel flow. Conversely, wherever the slope is negative, that is to say to the right of point E, the pressure decreases with an increase in the fuel flow rate, since the negative slope of curve A corresponds to too much mixing. rich.
For a given variation in fuel flow, the pressure varies in proportion to the slope of curve A. The value will be greatest during roughly stoichiometric operation and starting from this point an increase in fuel flow will give There will be a reduction in pressure, and similarly a reduction in fuel flow will result in a reduction in pressure, given that you are on either slope of curve A.
The variation in fuel flow, produced by the butterfly valve (fig. 1), is illustrated by the curve in fig. 3. When the burner is operating, at point C in fig. 2, the corresponding curve of the pressure variations in the combustion chamber is that shown in FIG. 4.
In this case, a maximum pressure corresponds to a maximum fuel flow, so that, when the combustion chamber operates on the positive slope of curve A (fig. 2), the pressure variation is in phase with the variation. fuel flow. On the other hand, if the combustion chamber is operating at point D of curve A, the pressure in the burner varies according to the curve in fig. 5, that is, maximum pressure occurs for minimum fuel flow,
and vice versa. As a result, when the burner operates on the negative slope of curve A (fig. 2), the pressure variation is 180 out of phase with the fuel flow variation.
When the chamber operates at a point of a part of the curve A whose slope is positive, the average pressure prevailing in the chamber 70 is higher than that which prevails in the chamber 72, and vice versa for the part of the curve A whose slope is negative.
It will further be noted (and this is indicated in figs. 3 to 5) that the amplitude of the pressure variation in the combustion chamber is proportional to the slope of the fuel pressure curve A as a function of the fuel pressure. debit.
The resulting force exerted on the piston 46 by the pressures prevailing in the chambers 70, 72 is algebraically subtracted from a substantially constant force, applied by the spring 48, so that the difference in force has the effect of pushing the spool 50 back in. a direction such that the servo-piston 56 of the main throttle valve S moves the latter so as to correct the fuel flow. When the resulting force exerted on the piston 46 becomes equal to the force applied by the spring 48,
the spool 50 becomes immobilized thanks to the free equilibrium condition, so that there is no longer any variation in the fuel flow. As a result, as long as the operating point is on the part of curve A (fig. 2) with a positive slope, the spool 50 and the servo-piston 56 move the valve S so as to increase the flow, while if the operating point is on the part of curve A with a negative slope, the spool 50 and the servo-piston 56 move so as to decrease the fuel flow,
the whole so as to maintain the operation of the combustion chamber at the optimum point E of the curve.
In the installation described, an oscillation of the fuel flow rate of the order of 25 cycles per second is used, so that no half-cycle occurs for 1/50 of a second. As a result, the fraction of time during which the orifice 30 or the orifice 32 communicate with their respective pipes is small.