FR2636093A1 - Small size jet engine operating on propane gas - Google Patents

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Abstract

Device making it possible to obtain propulsion by a small size jet engine operating on propane gas. It comprises a jet 1 of small size contained in a casing 2. This microjet engine is composed of an air intake 3, a central centrifugal compressor 4, of a small size combustion chamber 5, of an axial turbine 6 driving the compressor 4 and of an exhaust nozzle 7 which calibrates the thrust. The invention may be used in all cases where propulsion is to be obtained from a turbine-compressor assembly operating on propane gas and more particularly when the mounting requirements require an engine of small dimensions particularly for target aircraft or targets for warplanes.

Description

La presente invention concerne les moteurs propulseurs a réaction fonctionnant au gaz propane comprenant un ensemble turbine compresseur permettant d'obtenir une poussée calibrée par une tuyère d'échappement. The present invention relates to propulsion jet engines operating on propane gas comprising a compressor turbine assembly making it possible to obtain a calibrated thrust by an exhaust nozzle.

Dans les dispositifs connus de ce genre, l'ensemble caréné, composé d'une entrée d'air,d'un compresseur, d'une chambre de combustion et d'une tuyère d'éjection est relativement important et volumineux. De tels dispositifs sont donc d'un usage spécifique du fait de leur encombrement. De plus ces moteurs å turbines connaissent des problèmes de lubrification continue des arbres en rotation ce qui nécessite l'installation de réservoirs importants de lubrifiants, des pompes å injection et des échangeurs huile-carburant pour refroidir le lubrifiant et le réinjecter dans le circuit occasionnant une consommation élevée d'huile. In known devices of this kind, the faired assembly, composed of an air inlet, a compressor, a combustion chamber and an ejection nozzle is relatively large and bulky. Such devices are therefore of specific use due to their size. In addition, these turbine engines experience problems of continuous lubrication of the rotating shafts, which requires the installation of large lubricant tanks, injection pumps and oil-fuel exchangers to cool the lubricant and reinject it into the circuit causing a high oil consumption.

Le dispositif suivant l'invention permet d'éviter ces inconvénients. Dans celui-ci, il est en effet possible d'obtenir une poussée satisfaisante de l'ordre de 15 daN à partir d'un micro-réacteur constitué d'un ensemble turbine compresseur de faible volume comprenant un élément associé à la chambre de combustion et un moyen assurant une lubrification continuelle des paliers supportant les arbres en rotation des turbines par autorégulation, ne dépendant d'aucune liaison mécanique et assurant une consommation réduite de produit lubrifiant. The device according to the invention makes it possible to avoid these drawbacks. In this, it is indeed possible to obtain a satisfactory thrust of the order of 15 daN from a micro-reactor made up of a compressor assembly of small volume comprising an element associated with the combustion chamber. and a means ensuring continuous lubrication of the bearings supporting the rotating shafts of the turbines by self-regulation, not depending on any mechanical connection and ensuring reduced consumption of lubricant.

Le dispositif objet de l'invention comporte en première partie un réacteur de petite taille lequel est constitué d'une entrée d'air, d'un compresseur centrifuge radial, d'une chambre de combustion annulaire et d'une turbine axiale entraînant le compresseur, la poussée résultante est calibrée par une tuyère d'échappement convergente. The device object of the invention comprises in the first part a small reactor which consists of an air inlet, a radial centrifugal compressor, an annular combustion chamber and an axial turbine driving the compressor , the resulting thrust is calibrated by a converging exhaust nozzle.

L'architecture dudit réacteur du fait de sa petite taille permet de concevoir un ensemble simple comportant peu d'eléments dont la partie essentielle est le support de palier composé de trois pieces assemblées entre elles par boulonnage. Ce support de paliers est rattaché au carter extérieur par quatre bras équidistants angulairement situés en aval du diffuseur axial et non attenants å ce dernier. Ces bras en dehors des fonctions structurelles possèdent des fonctions bien precises dans l'acheminement des servitudes internes. Du fait de la courte distance entre le compresseur et la turbine le modèle permet d'avoir l'ensemble tournant en porte-å-faux par rapport au palier avant.Ce porte-8-faux de la turbine compris entre les paliers avant et arrière, demande une maîtrise parfaite des jeux en fontionnement en sommet d' aubages.The architecture of said reactor due to its small size makes it possible to design a simple assembly comprising few elements, the essential part of which is the bearing support composed of three pieces assembled together by bolting. This bearing support is attached to the outer casing by four angularly equidistant arms located downstream of the axial diffuser and not adjacent to the latter. These arms apart from the structural functions have very precise functions in the routing of internal easements. Due to the short distance between the compressor and the turbine, the model allows the assembly to rotate cantilevered to the front bearing. This turbine cantilever between the front and rear bearings , requires perfect mastery of the games in operation at the top of the blades.

Un système de lubrification par brouillard d'huile, permanent et concernant en même temps l'ensemble des paliers, donne à l'ensemble une grande fiabilité.A permanent oil mist lubrication system, which covers all the bearings at the same time, gives the unit great reliability.

L'huile contenue dans un réservoir extérieur au moteur est poussée goutte à goutte vers une chambre pressurisée par la pression délivrée par le compresseur, la régulation est assurée par un gicleur réglable. Le mélange airhuile pressurisé ainsi créé se transforme en brouillard qui chemine dans le palier avant et ensuite dans le palier arrière du moteur avant d'être brûlé dans la turbine. Le cheminement du mélange se fait par les niveaux de pression installés dans les veines d'air constituées en amont par la pression sortie du compresseur et en aval par la pression sortie du distributeur sans intervention d'une quelconque liaison mécanique, ceci permet une autorégulation, plus le moteur tourne vite et plus la pression génératrice est importante et la quantité d'huile injectée est plus importante, et une économie de consommation en produit lubrifiant.The oil contained in a tank external to the engine is pushed drop by drop towards a pressurized chamber by the pressure delivered by the compressor, the regulation is ensured by an adjustable nozzle. The pressurized air-oil mixture thus created transforms into a mist which travels in the front bearing and then in the rear bearing of the engine before being burned in the turbine. The flow of the mixture is done by the pressure levels installed in the air streams formed upstream by the pressure leaving the compressor and downstream by the pressure leaving the distributor without the intervention of any mechanical connection, this allows self-regulation, the faster the engine runs, the higher the generating pressure and the greater the quantity of oil injected, and a saving in consumption of lubricant.

Le dispositif objet de l'invention comporte en deuxieme partie un moyen associé à la chambre de combustion de faible volume, assurant un maître couple limité guidé par l'utilisation du réacteur et la concurrence, à forte charge aérodynamique permettant des temps de séjour faibles des particules aircarburant. Ces deux paramètres hors des limites acceptables pour le bon fonctionnement de la combustion nécessitent un moyen permettant une préoxydation des gaz avant inflammation permettant de diminuer fortement la vitesse du carburant en sortie d'injecteur et apporte une turbulence supplémentaire favorisant un bon mélange.Selon une réalisation de l'invention ce moyen est une chambre de tranquilisation consistant en un accroche flamme, placé par coincement dans la zone d'injection du carburant et constitué d'une tôle emboutie annulaire percée de plusieurs rangées de trous parfaitement calibrés. A leur sortie les gaz préalablement oxydés dans la chambre de tranquilisation s'enflamment, le foyer principal est maintenu en fond de chambre par mono-circulation induite par des orifices sur la couronne extérieure de dilution primaire. Tous les trous de dilution secondaire de différents diamètres calibrent le profil radial des températures à la sortie de la chambre. The device object of the invention comprises in second part a means associated with the combustion chamber of small volume, ensuring a limited master torque guided by the use of the reactor and the competition, with high aerodynamic load allowing low residence times of the air fuel particles. These two parameters outside the acceptable limits for the proper functioning of the combustion require a means allowing a preoxidation of the gases before ignition making it possible to greatly reduce the speed of the fuel leaving the injector and provides additional turbulence promoting good mixing. of the invention this means is a tranquilization chamber consisting of a flame catch, placed by wedging in the fuel injection zone and consisting of a stamped annular sheet pierced with several rows of perfectly calibrated holes. On leaving the gases previously oxidized in the stilling chamber ignite, the main focus is maintained at the bottom of the chamber by mono-circulation induced by orifices on the outer ring of primary dilution. All the secondary dilution holes of different diameters calibrate the radial profile of the temperatures leaving the chamber.

Selon une autre réalisation de l'invention, l'utilisation de carburant autres que le gaz propane est possible.According to another embodiment of the invention, the use of fuel other than propane gas is possible.

Les dessins annexés illustrent a titre d'exemples non limitatifs un mode de dispositif conforme à la présente invention. The accompanying drawings illustrate by way of nonlimiting examples a mode of device according to the present invention.

La figure 1 représente succintement en coupe le schéma de principe du réacteur.Figure 1 shows briefly in section the block diagram of the reactor.

La figure 2 représente partiellement en coupe l'architecture de l'ensemble turbine compresseur.Figure 2 partially shows in section the architecture of the compressor turbine assembly.

La figure 3 représente en coupe la chambre de combustion.Figure 3 shows in section the combustion chamber.

La figure 4 représente partiellement en coupe le dispositif assurant la lubrification.Figure 4 partially shows in section the device providing lubrication.

Tel qutil est représenté, le dispositif comporte un réacteur 1 de petite taille contenu dans un carter 2 et composé d'une entrée d'air 3, d'un compresseur centrifuge radial 4, d'une chambre de combustion 5 annulaire, d'une turbine axiale 6 entraînant le compresseur 4, et d'une tuyère d'échappement 7. As shown, the device comprises a small reactor 1 contained in a casing 2 and composed of an air inlet 3, a radial centrifugal compressor 4, an annular combustion chamber 5, a axial turbine 6 driving the compressor 4, and an exhaust nozzle 7.

L'ensemble turbine compresseur de faible volume tel qu'il est représenté (FIG.2) est composé d'un support 8 de paliers 9 et 10 fixé au carter 2 extérieur par quatre bras 11 équidistants situés en aval du diffuseur axial 29 permettant d'avoir l'ensemble tournant 35 en porte à faux par rapport au palier avant 9. Ledit support 8 de paliers comporte trois pièces 12, 13 et 14 assemblées entre elles par boulonnage 31 ou tout autre moyen.The low-volume compressor turbine assembly as shown (FIG.2) is composed of a support 8 of bearings 9 and 10 fixed to the outer casing 2 by four equidistant arms 11 located downstream of the axial diffuser 29 allowing 'have the rotating assembly 35 cantilevered with respect to the front bearing 9. Said bearing support 8 comprises three parts 12, 13 and 14 assembled together by bolting 31 or any other means.

L'ensemble très court entre le compresseur 4 et la turbine 6 comporte en outre une chambre de combustion 5 de faible volume à forte charge aérodynamique composé d'un accroche flamme 15 percé de plusieurs rangées de trous 20 parfaitement calibrés dans la zone d'injection 16 du carburant 17 constituant une chambre de tranquilisation 18 permettant de diminuer la vitesse du carburant en sortie d'injecteur 19.The very short assembly between the compressor 4 and the turbine 6 further comprises a combustion chamber 5 of small volume with high aerodynamic load composed of a flame catch 15 pierced with several rows of holes 20 perfectly calibrated in the injection zone 16 of the fuel 17 constituting a stilling chamber 18 making it possible to reduce the speed of the fuel leaving the injector 19.

D'autre part, au fond de la chambre de combustion 5, est maintenu le foyer principal 21 par une monocirculation induite par des orifices 22 et des injecteurs 33 de dilution primaire sur la couronne 23 extérieure. Les trous 24 de differents diamètres et des injecteurs 34 de dilution secondaire sur la couronne 23 extérieure calibrent le profil radial des temperatures.On the other hand, at the bottom of the combustion chamber 5, the main hearth 21 is maintained by a monocirculation induced by orifices 22 and injectors 33 for primary dilution on the outer ring 23. The holes 24 of different diameters and the injectors 34 for secondary dilution on the outer ring 23 calibrate the radial profile of the temperatures.

Quand un réacteur de petite taille sur lequel le dispositif est appliqué est mis en mouvement, les arbres 30 en rotation sont lubrifiés en même temps que les paliers 9 et 10. L'huile 25, contenue dans un réservoir extérieur au moteur et dont le débit est assuré par un gicleur réglable, est poussée goutte à goutte par une canalisation 32 vers une chambre 26 pressurisée par une conduite 27 par la pression délivrée par le compresseur 4. Le mélange air-huile pressurisé se transforme en brouillard qui chemine, par des niveaux de pression installés dans les veines 28 d'air, dans les paliers avant 9 et arrière 10 du moteur avant d'être brûlé dans la turbine.When a small reactor on which the device is applied is set in motion, the rotating shafts 30 are lubricated at the same time as the bearings 9 and 10. The oil 25, contained in a reservoir external to the engine and whose flow is ensured by an adjustable nozzle, is pushed drop by drop by a pipe 32 towards a chamber 26 pressurized by a pipe 27 by the pressure delivered by the compressor 4. The pressurized air-oil mixture is transformed into fog which travels through levels pressure installed in the air streams 28, in the front 9 and rear 10 bearings of the engine before being burnt in the turbine.

Le dispositif objet de l'invention , peut être utilisé dans tous les cas où une propulsion doit être obtenue a partir d'un ensemble turbine compresseur fonctionnant au gaz propane et plus particulièrement lorsque les impératifs du montage nécessitent un moteur de faibles dimensions. Il peut être utilisé en laboratoire dans le domaine mécanique, dans l'industrie. The device which is the subject of the invention can be used in all cases where propulsion must be obtained from a compressor turbine assembly operating on propane gas and more particularly when the requirements of the assembly require a small engine. It can be used in the laboratory in the mechanical field, in industry.

Des applications particulièrement intéressantes peuvent être dans l'industrie aéronautique pour la propulsion d'aéronefs peu volumineux et plus particulièrement les avions cibles ou cibles d'avions de guerre. Particularly interesting applications can be in the aeronautical industry for the propulsion of low-volume aircraft and more particularly target planes or targets of war planes.

Claims (7)

REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant d'obtenir une propulsion a partir d'un microréacteur (1) contenu dans un carter (2) d'une architecture d'ensemble turbine compresseur de faibles dimensions fonctionnant au gaz propane, comportant une entrée d'air (3), un compresseur (4) centrifuge radial, une chambre de combustion (5) de faible volume et a forte charge aérodynamique-, une turbine (6) axiale entraînant le compresseur (4), la poussée résultante est calibrée par une tuyère (7) d'échappement convergente, caractérisé par le fait que ledit réacteur (1) comprend un support (8) de paliers (9) avant et (10) arrière, l'ensemble tournant (35) en porte à faux, un moyen de lubrification constitué par un dispositif de graissage continu des paliers (9) et (10) supportant les arbres (30) en rotation eux mêmes lubrifiés, un élément associé à la chambre de combustion (5), destiné à diminuer la vitesse du carburant (17) en sortie d'injecteur (19) et a apporter une turbulence supplémentaire favorisant un bon mélange et une préoxydation des gaz avant inflammation.1. Device making it possible to obtain propulsion from a microreactor (1) contained in a casing (2) of a small turbine compressor assembly architecture operating on propane gas, comprising an air inlet (3 ), a radial centrifugal compressor (4), a combustion chamber (5) of small volume and high aerodynamic load-, an axial turbine (6) driving the compressor (4), the resulting thrust is calibrated by a nozzle (7 ) convergent exhaust, characterized in that said reactor (1) comprises a support (8) of bearings (9) front and (10) rear, the rotating assembly (35) cantilevered, a means of lubrication constituted by a device for continuous lubrication of the bearings (9) and (10) supporting the shafts (30) in rotation themselves lubricated, an element associated with the combustion chamber (5), intended to reduce the speed of the fuel (17) at the outlet of the injector (19) and to provide additional turbulence promoting good mixing and preoxidation of gases before ignition. 2. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le support (8) de paliers '9) et (10) est composé de trois pieces (12), (13) et (14) assemblées entre elles par boulonnage (31) lequel support de paliers est rattaché au carter (2) extérieur par quatre bras (11) équidistants situés en aval du diffuseur axial (29) et non attenants à celui-ci.2. Reactor according to claim 1, characterized in that the support (8) of bearings' 9) and (10) is composed of three pieces (12), (13) and (14) assembled together by bolting (31 ) which bearing support is attached to the outer casing (2) by four equidistant arms (11) located downstream of the axial diffuser (29) and not adjacent thereto. 3. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'ensemble tournant (35) est en porte à faux par rapport au palier (9) avant.3. Reactor according to claim 1, characterized in that the rotary assembly (35) is cantilevered relative to the bearing (9) before. 4. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen de lubrification continue des paliers (9) et (10) et des arbres (30) en rotation est un dispositif de graissage par un-mélange air-huile pressurisé constituant un brouillard d'huile.4. Reactor according to claim 1, characterized in that the means for continuous lubrication of the bearings (9) and (10) and of the shafts (30) in rotation is a device for lubrication by a pressurized air-oil mixture constituting a oil mist. 5. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'huile (25), contenue dans un réservoir extérieur et dont le débit est assuré par un gicleur réglable, est poussée goutte å goutte par une canalisation (32) vers une chambre (26) pressurisée par une conduite (27) par la pression délivrée par le compresseur (4). Le mélange air-huile, transformé en brouillard, chemine par les niveaux de pression, installés dans les veines (28) d'air, dans les paliers (9) et (10) avant d'être brûlé dans la turbine (6).5. Reactor according to claim 1, characterized in that the oil (25), contained in an external tank and the flow rate of which is ensured by an adjustable nozzle, is pushed drop by drop by a pipe (32) to a chamber (26) pressurized by a line (27) by the pressure delivered by the compressor (4). The air-oil mixture, transformed into mist, travels through the pressure levels, installed in the air streams (28), in the bearings (9) and (10) before being burned in the turbine (6). 6. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément associé à la chambre de combustion (5) destiné å diminuer la vitesse du carburant en sortie d'injecteur (19) et à apporter une turbulence supplémentaire est une chambre de tranquilisation (18) consistant en un accroche flamme (15) placé par coincement dans la zone d'injection (16) du carburant (17) et constitué d'une tôle emboutie annulaire percée de plusieurs rangées de trous (20) parfaitement calibrés.6. Reactor according to claim 1, characterized in that the element associated with the combustion chamber (5) intended to reduce the speed of the fuel leaving the injector (19) and to provide additional turbulence is a tranquilization (18) consisting of a flame catch (15) placed by wedging in the injection zone (16) of the fuel (17) and consisting of an annular pressed sheet pierced with several rows of holes (20) perfectly calibrated. 7. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la chambre de combustion (5) comporte le foyer principal (21) maintenu en fond de ladite chambre par monocirculation induite par des orifices (22) et des injecteurs (33), sur la couronne (23) extérieure, de dilution primaire. Tous les trous (24) et injecteurs (34), sur la couronne extérieure (23), de dilution secondaire calibrent le profil radial des températures à la sortie de ladite chamtre. 7. Reactor according to claim 1, characterized in that the combustion chamber (5) comprises the main hearth (21) held at the bottom of said chamber by monocirculation induced by orifices (22) and injectors (33), on the outer crown (23), of primary dilution. All the holes (24) and injectors (34), on the outer ring (23), for secondary dilution calibrate the radial profile of the temperatures at the outlet of said chamber.
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