FR2991721A1

FR2991721A1 - Procede et thermoreacteur de propulsion mono-valve a injection et combustion multiples par cycle de rotation

Info

Publication number: FR2991721A1
Application number: FR1255318A
Authority: FR
Inventors: Michel Aguilar
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-06-07
Filing date: 2012-06-07
Publication date: 2013-12-13
Anticipated expiration: 2032-06-07
Also published as: CN104321515A; US20150184615A1; JP6251253B2; CA2875910A1; RU2014153105A; AU2013270924A1; JP2015522741A; WO2013182301A1; US9982631B2; EP2859206A1; FR2991721B1; BR112014030594A2

Abstract

L'invention vise à augmenter la vitesse d'injection des valves d'injection dans un moteur à combustion interne en prévoyant la mise en oeuvre d'une seule valve d'injection de conformation particulière permettant de réaliser plusieurs injections de carburant et combustions par cycle de rotation de ces valves. Un thermoréacteur de propulsion mono-valve (1') selon l'invention comporte un carter (20) à parois supérieur (20s) et inférieure (20i) formant successivement un manchon d'arrivée (2) de flux d'air comprimé (Fa), une chambre de combustion (4) et une tuyère d'évacuation de gaz (6). Il comporte également une unique valve d'injection (3') de gaz frais (G1) dans la chambre de combustion (4) et au moins une valve d'éjection (5") des gaz brûlés (G2) s'étendant autour d'axes transversaux (X'X, Y'Y). Les valves (3', 5") sont cylindriques et présentent de multiples faces de section circulaire (31, 33, 35 ; 51, 53, 55) séparées par des pans coupés (32', 34', 36'; 52", 54", 56") formant, par rotation (R1, R2) des valves (3', 5"), des accès d'admission (A1) et d'évacuation (A2) des gaz (G1, G2). Un résevoir d'allumage thermique (8 ; 80a, 80b, 81) peut être intégré à la chambre de combustion (4).

Description

PROCEDE ET THERMOREACTEUR DE PROPULSION MONO-VALVE A INJECTION ET COMBUSTION MULTIPLES PAR CYCLE DE ROTATION DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE [0001] L'invention concerne un procédé de propulsion mono-valve à injection et combustion multiples par cycle de rotation, en particulier dans les moteurs à réaction utilisés dans le domaine aéronautique, et plus particulièrement encore, les réacteurs fonctionnant selon le cycle thermodynamique de Humphrey, par combustion à volume constant d'un mélange d'air comprimé et de carburant.

L'invention se rapporte également à un moteur dit thermoréacteur fonctionnant selon ce procédé. Dans le présent texte, le qualificatif « multiple » signifie « au moins égal à trois ». [0002] L'invention peut également s'appliquer à tout type de moteur à combustion interne à cycle thermodynamique de type pulsé, par exemple les 20 moteurs de véhicules automobiles, que ce soit à pression ou à volume constant dans la chambre de combustion. [0003] L'intérêt principal du cycle de Humphrey est d'utiliser plus efficacement l'énergie que peut fournir le carburant en réalisant une combustion à volume constant suivie d'une détente totale des gaz brûlés produisant ainsi de 25 l'énergie cinétique de niveau élevé. Selon le type d'application, le réacteur produira de la puissance par l'entraînement d'une turbine ou bien directement de la poussée. Les réacteurs réalisant une combustion à volume constant, encore appelés « thermoréacteurs », offrent alors des avantages décisifs par rapport aux turbomachines fonctionnant selon une combustion à pression constante, 30 notamment en termes de compacité -ce qui permet de les loger dans les ailes d'un aéronef - en termes de masse, de poussée et de rendement thermodynamique (avec des gains de consommations supérieurs à 10%).

ETAT DE LA TECHNIQUE [0004] La combustion dans les thermoréacteurs est de type pulsée alors que celle dans les turbomachines actuelles à pression constante est continue. Des turbomachines à thermoréacteurs multiples sont décrites de manière plus détaillée par exemple dans le document de brevet FR 2 945 316. De manière générale, chaque thermoréacteur comporte au moins un compresseur, au moins une tuyère, ainsi qu'une chambre de combustion reliée au compresseur et à la tuyère par deux jeux de valves, respectivement d'injection et d'éjection. [0005] Chaque cycle de combustion se compose classiquement de trois phases : une phase d'admission ou injection d'un mélange préformé d'air comprimé et de carburant, une phase de combustion proprement dite de ce mélange de gaz par un allumage commandé, et une phase de détente avec éjection des gaz brûlés. Les thermoréacteurs fonctionnent en parallèle et chaque thermoréacteur se trouve déphasé de sorte que, pendant un même cycle de combustion, les thermoréacteurs couvrent l'ensemble des phases de ce cycle. [0006] Les valves sont entraînées en rotation par des moteurs électriques appropriés de manière synchronisée de sorte que, lorsqu'un pré-mélange de gaz frais est introduit dans la chambre de combustion via un col formé entre deux valves d'injection (phase d'admission), les deux valves d'éjection ferment la sortie des gaz. De manière analogue, après la combustion du mélange, les valves d'injection ferment l'admission à la chambre de combustion et les valves d'éjection forment un col de sortie des gaz lors de la détente des gaz brûlés (phase d'éjection). [0007] Les valves ont des formes cylindriques appropriées à section externe allongée ou oblongue et sont positionnées pour que, au cours de leur rotation coordonnée, elles puissent former des cols de liaison successivement ouverts et fermés deux fois par cycle rotatif. En d'autres termes, chaque cycle de rotation d'un jeu de valves couvre deux cycles de combustion. EXPOSE DE L'INVENTION [0008] Ce type de thermoréacteur présente aussi un intérêt particulier s'il était possible de le miniaturiser. En effet, une réduction des dimensions et donc du volume de tels thermoréacteurs induit une réduction de leur masse et de leur encombrement. Dès lors, des applications dans le domaine spatial sont envisageables ainsi que dans d'autres domaines (modèles réduits, expérimentation nouveau carburant, etc.). [0009] Cependant un taux de miniaturisation de l'ordre de 5 à 10 - permettant par exemple de passer d'un volume chambre de combustion d'un litre à 100 ou 200 cm3 - diminue d'autant la puissance de propulsion fournie par le thermoréacteur, toute chose égale par ailleurs. Si la puissance doit être maintenue, la vitesse d'injection des valves doit être sensiblement augmentée, ce qui entraîne des problèmes importants de stabilité des valves et d'étanchéité entre ces valves et le carter de la chambre de combustion, alors que la vitesse d'éjection des gaz de postcombustion - qui n'est fonction que des conditions de pression et de température - reste sensiblement constante. L'invention vise à palier ces problèmes en prévoyant la mise en oeuvre d'une seule valve d'injection de conformation particulière permettant de réaliser plusieurs injections de carburant et combustions par cycle de rotation de ces valves. [0010] Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé de propulsion mono-valve à injection et combustion multiples par cycle de rotation comportant, par cycle de combustion, une phase d'admission de gaz frais pré- mélangés en entrée d'une chambre de combustion, une phase de combustion proprement dite de ces gaz dans le corps de la chambre de combustion, et une phase de détente des gaz brûlés en sortie d'éjection de cette chambre de combustion. Dans ce procédé, au moins trois cycles de combustion sont réalisés par cycle de rotation complet de conformations multiples aptes à former des accès pour l'admission du mélange de gaz frais dans la chambre de combustion pendant une durée déterminée. Ces conformations d'injection se succèdent régulièrement à chaque cycle de combustion par rotation autour d'un unique axe transversal. Chacune de ces conformations injecte sensiblement une même quantité de pré-mélange de gaz frais dans la chambre de combustion, cette quantité étant déterminée par la géométrie et la vitesse de rotation des conformations de sorte à établir dans la chambre de combustion une pression optimale. Une telle pression optimale maximalise les performances de la turbomachine. [0011] Selon des mode de réalisation préférés : - en fin de chaque cycle de combustion, un stockage de préférence intégré dans la chambre de combustion est effectué par prélèvement de gaz brulés à haute pression et haute température puis, après admission de nouveaux gaz frais provenant du cycle de combustion suivant, les gaz chauds haute pression prélevés au cycle de combustion précédent se mélangent aux gaz frais basse pression par réinjection dans la chambre de combustion provoquée par différence de pressions et déclenchent l'allumage des gaz frais; - le prélèvement de gaz brûlés est opéré via les conformations pendant des intervalles de temps où ces conformations sont tournées vers l'intérieur de la chambre de combustion; - le prélèvement et la réinjection des gaz prélevés sont réalisés 15 par deux opérations semblables selon des déplacements de gaz circulant en sens inverse; - le stockage est commun à au moins deux opérations de prélèvement puis de réinjection effectuées simultanément dans la chambre de combustion; 20 - une injection de carburant est intégrée à un flux d'air comprimé en amont de la chambre de combustion pour former le pré-mélange de gaz frais introduit dans la chambre de combustion pendant la phase d'admission de chaque cycle de combustion, le carburant étant injecté dans le flux d'air via des lumières en rotation qui débouchent périodiquement et de manière canalisée dans ledit flux 25 en synchronisation avec la durée de la phase d'admission ; - lors de la phase d'évacuation des gaz brûlés de chaque cycle de combustion qui suit la phase de combustion proprement dite, l'une de multiples conformations d'éjection forment un accès pour l'évacuation des gaz brûlés de la chambre de combustion, les conformations d'éjection se succédant régulièrement par rotation autour d'au moins un axe transversal unique pour former les accès d'évacuation pendant une même durée que la formation des accès d'admission par les conformations d'injection; - un refroidissement des gaz brûlés est opéré par échange 5 thermique au plus près des conformations d'éjection ; - les cycles de rotations des lumières d'injection du carburant dans le flux d'air, des conformations d'injection de pré-mélange de gaz frais dans la chambre de combustion et des conformations d'évacuation des gaz brûlés sont synchronisés de sorte qu'aucun carburant ne soit injecté dans le flux d'air ni aucun 10 accès d'admission à la chambre de combustion ne se forme au cours de la phase de combustion, et dans lequel les phases d'admission et d'éjection de gaz dans la chambre de combustion possèdent une période de recouvrement pendant laquelle les gaz frais entrant dans la chambre de combustion par les accès d'admission évacuent les gaz brûlés restants du cycle de combustion précédent par les accès 15 d'évacuation. [0012] L'invention concerne également un thermoréacteur apte à mettre en oeuvre le procédé ci-dessus. Un tel thermoréacteur comporte un carter globalement parallélépipédique à parois supérieur et inférieure formant successivement, d'amont en aval, un manchon d'arrivée de flux d'air comprimé, 20 une chambre de combustion et une tuyère d'évacuation de gaz. Ce thermoréacteur comporte également une unique valve d'injection de gaz frais dans la chambre de combustion et au moins une valve d'éjection des gaz brûlés s'étendant autour d'axes transversaux pour séparer respectivement le manchon de la chambre de combustion et la chambre de combustion de la tuyère. Les 25 valves sont cylindriques et présentent de multiples faces de section circulaire régulièrement réparties et séparées par des pans coupés formant, par rotation des valves, des accès d'admission et d'évacuation des gaz de hauteurs périodiquement variables entre une ouverture maximale et une fermeture totale lorsque les valves sont entraînées en rotation synchronisée par des moyens 30 d'entraînement autour des axes transversaux. [0013] Selon des modes de réalisation préférés : - un réservoir d'allumage thermique intégré s'étend transversalement dans la chambre de combustion à proximité de la valve d'injection et est muni de canaux à ouvertures transversales disposés de sorte à permettre à du gaz de circuler du réservoir à la chambre de combustion, et de la chambre de combustion au réservoir via les pans coupés pendant des intervalles de temps précédant et achevant la combustion des gaz frais; - les valves présentent au moins trois et au plus quatre pans coupés et faces circulaires ; - chaque pan coupé forme un évidement globalement concave avec 10 un fond de gorge de forme choisie entre une face plane, une face à courbure concave unique, et une face à deux courbures concaves jointes par une courbure convexe ; - lorsque les valves d'injection et d'éjection ont trois pans coupés régulièrement répartis entre trois faces circulaires, les axes de rotation de ces 15 valves sont localisés dans la chambre de combustion et dans la tuyère d'évacuation; - les pans de la valve d'injection s'étendent sur une largeur sensiblement égale à celle des cordes des faces circulaires, et les pans de la valve d'éjection s'étendent sur une largeur sensiblement supérieure à celle des 20 cordes des faces circulaires ; - un injecteur de carburant est intégré dans le manchon d'arrivée de flux d'air comprimé pour former un pré-mélange de gaz frais à introduire dans la chambre de combustion pendant la phase d'admission de chaque cycle de combustion ; l'injecteur comporte un corps cylindrique transversal d'injection 25 ajouré par au moins deux lumières transversales ainsi qu'une enveloppe transversale enserrant partiellement le corps cylindrique d'injection et formant au moins deux canaux débouchant par des fentes transversales dans le manchon ; dans ces conditions, lorsque le corps cylindrique d'injection est animé d'un mouvement de rotation en synchronisation avec la rotation de la valve d'injection 30 pendant la durée des phases d'admission, le carburant est injecté périodiquement dans le flux d'air pour former un pré-mélange air-carburant de gaz frais dans le manchon lorsque les lumières en rotation communiquent avec les canaux et que les accès d'admission à la chambre de combustion sont formés ; - l'injecteur de carburant est localisé à proximité de la valve d'injection 5 de sorte que le pré-mélange air- carburant de gaz frais se forme au plus près des accès d'admission à la chambre de combustion tout en restant compatible avec la durée de vaporisation complète du pré-mélange ; - au moins un conduit de refroidissement des gaz brûlés, dans lequel circule un fluide caloporteur, est localisé au plus près de la valve d'éjection; 10 - le(s) conduit(s) de refroidissement est (sont) choisi(s) parmi un bouclier amont localisé dans la chambre de combustion, un conduit interne à la valve d'éjection centré sur son axe de rotation et/ou un bouclier aval localisé dans la tuyère d'évacuation des gaz ; - une unité de pilotage synchronise les vitesses d'entraînement de 15 l'injecteur de carburant et des valves d'admission et d'éjection de sorte que l'injection de carburant dans le manchon est synchronisé avec la formation des accès d'admission des gaz frais par la valve d'injection dans la chambre de combustion, lesdites valves tournant à la même vitesse de sorte que les accès d'admission et d'évacuation se ferment au même instant afin de réaliser une 20 combustion à volume constant. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES [0014] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture d'exemples détaillés de réalisation non limitatifs ci-après, en référence aux figures annexées qui représentent, respectivement : 25 - la figure 1, une vue en coupe longitudinale d'un exemple de thermoréacteur selon l'invention comportant une valve d'injection à trois évidements en forme de baquets et une valve d'éjection à trois pans coupés droits ; - la figure 2, une vue en coupe longitudinale partielle de l'exemple de thermoréacteur selon la figure 1 avec une valve d'éjection à trois évidements; - les figures 3a et 3b, des vues en perspective de la valve d'injection en liaison avec le réservoir d'allumage intégré, de la valve d'injection et de la valve d'éjection extraites de leur environnement ; - la figure 4, une vue en perspective de l'exemple de thermoréacteur selon la figure 1 équipé de valves d'injection et d'éjection présentant des évidements asymétriques ; - la figure 5, une vue en coupe d'un exemple de valve d'injection ou d'éjection à quatre évidements ; et - les figures 6a à 6d, des schémas en coupe de l'exemple de thermoréacteur selon la figure 1 selon les différentes phases qui se succèdent pendant un cycle de combustion : admission des gaz frais (figure 6a), allumage de ces gaz (figure 6b), de fin de combustion (figure 6c), puis d'évacuation des gaz brûlés (figure 6d). DESCRIPTION DÉTAILLÉE [0015] Dans le présent texte, les qualificatifs « amont » et « aval » se rapportent globalement au sens de déplacement des gaz entre leur arrivée et leur évacuation. Les qualificatifs « supérieur » et « inférieur » se rapportent à la localisation d'un élément par rapport au plan médian du thermoréacteur dans sa configuration d'usage standard, et « interne » se rapporte à la localisation d'un élément orienté du côté de ce plan médian. Le terme « transversal » désigne, dans le plan médian, une direction normale à l'axe longitudinal du thermoréacteur. [0016] En référence à la vue en coupe longitudinale de la figure 1, un exemple de thermoréacteur 1 selon l'invention comporte un carter 20, de forme globalement rectangulaire en coupe et parallélépipédique en extension dans l'espace, avec une paroi supérieure 20s et une paroi inférieure 20i. En variante, le carter peut présenter un contour elliptique afin de mieux répartir les charges mécaniques. Un tel carter 20 possède un plan médian de symétrie Pm. Ce carter 20 forme, d'amont en aval selon le sens d'avancée des gaz : un manchon d'arrivée 2 de flux d'air comprimé Fa en amont par un compresseur (non 2 99172 1 9 représenté), une chambre de combustion de gaz frais 4 et une tuyère d'évacuation de gaz brûlés 6. [0017] Le manchon d'arrivée d'air 2, la chambre de combustion 4 et la tuyère d'évacuation 6 sont délimitées par des avancées radiales 10A à 10D 5 situées en regard deux par deux sensiblement perpendiculairement au plan médian Pm. Ainsi, les avancées 10A et 10C d'une part, 10B et 10D d'autre part, sont formées transversalement et, respectivement, sur les faces internes 21s et 21i respectivement des parois supérieure 20s et inférieure 20i du carter 20. Une valve d'injection des gaz frais 3 dans la chambre de combustion 4 et une valve 10 d'éjection 5 des gaz brûlés vers la tuyère 6 s'étendent transversalement pour séparer, respectivement, le manchon 2 de la chambre de combustion 4 et la chambre de combustion 4 de la tuyère 6. Les valves 3 et 5 sont cylindriques, de base globalement circulaire, et s'étendent transversalement autour d'axes de rotation X'X et Y'Y. Ces axes de rotation sont localisés dans le plan médian Pm, et 15 plus particulièrement respectivement dans la chambre de combustion 4 et dans la tuyère d'évacuation 6. Les avancées radiales en regard, 10A - 10B et 100 - 10D, viennent ainsi périodiquement en contact des valves 3 et 5 à chaque cycle de combustion, en formant respectivement des angles au centre 3A et 5A sensiblement égaux à 120°. 20 [0018] Trois faces circulaires sont régulièrement réparties en circonférence des valves 3 et 5, à savoir les faces circulaires 31, 33 et 35 pour la valve d'injection 3, et les faces circulaires 51, 53 et 55 pour la valve d'éjection 5. Ces faces circulaires sont séparées, sur une partie principale de leur extension transversale, par des conformations à pans coupés formant des évidements 32, 25 34 et 36 pour la valve d'injection 3, et des faces planes 52, 54 et 56 pour la valve d'éjection 5. La présence d'évidements dans la valve d'injection 3 permet d'augmenter sensiblement le taux de remplissage en gaz de pré-mélange dans la chambre de combustion 4 par rapport à des pans coupés plans. [0019] Plus particulièrement, les évidements 32, 34 et 36 de la valve 30 d'injection 3 s'étendent sur une largeur sensiblement égale à celle des cordes des faces circulaires 31, 33 et 35 pour favoriser une admission régulière des gaz frais 2 99172 1 10 dans la chambre de combustion 4. Et les faces 52, 54 et 56 de la valve d'éjection 5 s'étendent sur une largeur sensiblement supérieure à celle des cordes des faces circulaires 51, 53 et 55 pour favoriser l'évacuation des gaz dans la tuyère 6. [0020] Dans l'exemple illustré, les évidements 32, 34 et 36 de la valve 5 d'injection 3 ont un fond de gorge 3F globalement convexe, avec à deux courbures convexes jointes par une courbure concave centrale. Cette configuration favorise un acheminement fiable d'une quantité de pré-mélange donnée dans la chambre de combustion 4. Comme expliqué ci-dessous (en référence aux figures 6a à 6d), ces pans coupés 32, 34, 36, 52, 54, 56, vont ainsi former des accès d'entrée et de 10 sortie, respectivement de gaz frais et de gaz brûlés, par rotation synchrone des axes transversaux X'X et Y'Y des valves 3 et 5. [0021] Le thermoréacteur 1 est également équipé d'un injecteur de carburant 7, d'un réservoir d'allumage 8 et de conduits de refroidissements 9 à 11. [0022] L'injecteur de carburant 7 est intégré dans le manchon d'arrivée 2 15 de flux d'air comprimé Fa pour former un pré-mélange de gaz frais. Cet injecteur 7 comporte un corps cylindrique transversal d'injection 70 ajouré par deux lumières transversales 7a et 7b. Une enveloppe transversale 71 enserre partiellement le corps cylindrique 70. Cette enveloppe 71 se compose d'une paroi convexe 71a et d'une paroi concave 71b, ces parois étant tournées vers l'amont de sorte que la 20 paroi concave 71b épouse extérieurement l'enveloppe circulaire 3E (en traits pointillés) de la valve d'injection 3. Les parois 71a et 71b forment entre elles deux canaux 71c et 71d qui prennent naissance sur le corps d'injection 70 et s'étendent sensiblement radialement de part et d'autre du corps d'injection 70 par rapport au plan médian Pm. 25 [0023] A leur naissance, les canaux 71c et 71d ont une largeur sensiblement égale à la largeur des lumières 7a et 7b du corps 70 et débouchent par des fentes transversales d'injection 72c et 72d dans le manchon 2. Avantageusement, ces fentes d'injection de carburant sont localisées à proximité de la valve d'injection 3, de sorte que le pré-mélange air-carburant se forme au 30 plus près de l'admission dans la chambre de combustion 4. La distance entre 2 99172 1 11 l'injecteur et l'accès à la chambre de combustion est déterminée pour que la vaporisation complète du pré-mélange puisse se produire. [0024] Quand au réservoir d'allumage thermique intégré 8, il s'étend également transversalement à proximité de la valve d'injection 3 mais dans la 5 chambre de combustion 4. Ce réservoir 8 présente deux parois 8a et 8b ayant des formes globalement convexe-concave tournées vers l'aval. Ces parois 8a et 8b forment des canaux 8c et 8d présentant, en leur extrémité, des ouvertures transversales 8e et 8f sur la chambre 4. Ces ouvertures sont disposées au plus près de la valve d'injection 3 de sorte à favoriser la double circulation des gaz 10 entre le réservoir 8 et la chambre de combustion 4 via les évidements 32, 34 et 36. Ces circulations se produisent pendant les intervalles de temps où les évidements 32, 34 et 36 sont sensiblement en regard des ouvertures transversales 8e et 8f du réservoir 8 (voir ci-après en référence aux figures 5b et 5c illustrant l'allumage et la fin de combustion des gaz d'un cycle de combustion). 15 [0025] Des conduits de refroidissement au niveau de l'évacuation des gaz chauds issus de la combustion sont prévus. Dans ces conduits de refroidissement, localisés au plus près de la valve d'éjection 5, circulent un fluide caloporteur qui réalise des échanges thermiques. L'un de ces conduits de refroidissement se présente sous la forme d'un bouclier amont 9, localisé dans la 20 chambre de combustion 4. Ce bouclier 9 a une structure composée de deux parois transversales 9a et 9b jointes à leurs extrémités, à courbures orientées vers l'amont respectivement convexe / concave. Dans ces conditions, la paroi concave 9b s'étend au plus près de l'enveloppe circulaire 5E (en traits pointillés) de la valve d'éjection 5. 25 [0026] Un autre bouclier 10, celui-là en aval de la valve d'éjection 5, est intégré dans la tuyère d'évacuation 6. Il se présente également comme formé de deux parois 10a et 10b, à courbures orientées vers l'aval, respectivement concave et convexe. La paroi concave 10a s'étend au plus près de l'enveloppe circulaire 5E de la valve d'éjection 5. [0027] Avantageusement, le conduit 11, interne à la valve d'éjection 5 et centré sur son axe de rotation Y'Y, sert également de conduit de refroidissement aux gaz de postcombustion par circulation d'un fluide caloporteur approprié dans ce conduit 11. [0028] Une unité de pilotage 100 synchronise les vitesses de rotation de l'injecteur de carburant 7 et des valves d'injection 3 et d'éjection 5 de sorte que l'injection de carburant est commandée par la valve d'injection 3. Les valves 3 et 5 sont pilotées par l'unité 100 pour avoir la même vitesse de rotation afin de fermer les accès de la chambre de combustion 4 pendant une durée déterminée pour réaliser, pendant cette durée, une combustion à volume constant. [0029] Une variante de valve d'éjection de l'exemple de thermoréacteur 1 est illustrée par la vue en coupe partielle de la figure 2. Sur cette vue, une valve d'éjection 5' à évidements 52', 54' et 56' remplace la valve d'éjection de la figure 1 à pans coupés formés de faces planes 52, 54 et 56. La valve d'éjection 5' reprend le profilé des évidements globalement convexes 32, 34 et 36 de la valve d'injection 3 de figure 1. Les évidements 52', 54' et 56' s'étendent sur une largeur sensiblement supérieure à celle des cordes des faces circulaires 51, 53 et 55, deux fois supérieure dans l'exemple illustré. La présence d'évidements permet d'augmenter sensiblement le taux d'éjection des gaz brûlés de la chambre de combustion 4 dans la tuyère 6. [0030] Sur les vues en perspective des figures 3a et 3b, sont illustrées les extensions transversales des valves d'injection 3 et d'éjection 5 parallèlement aux axes X'X et Y'Y dans le plan médian Pm - entre les parois 20s et 20i du carter 20 -, ainsi que celle du réservoir d'allumage intégré 8. Il apparaît en particulier que la paroi concave 8a du réservoir 8 épouse la face circulaire externe 31 de la valve d'injection 3 et donc - au cours du temps - de toutes les faces circulaires 31, 33 et 35 de la valve 3 soit, en d'autres termes, l'enveloppe circulaire 3E de ladite valve 3. De plus, les évidements 32, 34 et 36 apparaissent en perspective comme formant des baquets avec un fond légèrement bombé. [0031] La figure 3b montre plus précisément, en extrémité des valves 3 et 5, des poulies d'entraînement 30 et 50 qui reçoivent une courroie 12 apte à assurer la synchronisation entre les deux valves 3 et 5. La valve d'injection 3 est entraînée en rotation par un train d'engrenages en liaison avec l'arbre d'un moteur électrique (non représenté). L'ensemble poulies - courroie - train d'engrenage constitue des moyens d'entraînement 200 pilotés par l'unité 100. [0032] En référence à la figure 4, une vue en perspective de l'exemple de thermoréacteur selon les figures 1 et 2 est illustrée avec, en variante, des valves d'injection 3' et d'éjection 5" présentant respectivement des évidements 32', 34', 36' et 52", 54" et 56" de forme asymétrique. [0033] Le thermoréacteur 1' de la figure 4 est celui présenté en figure 1 et 2 avec le même carter 20 de parois 20s et 20i, le même injecteur 7 et les mêmes conduits de refroidissement 9 à 11. Les parties de manchon 2 de flux d'air Fa, de chambre de combustion 4 des gaz frais G1 et de tuyère 6 d'évacuation des gaz brûlés G2 sont également sensiblement identiques. Le thermoréacteur en diffère par le réservoir d'allumage thermique 8' qui possède deux compartiments 80a et 80b séparés symétriquement par une cloison 81 parallèle au plan médian Pm. Un tel cloisonnement permet une répartition plus homogène des gaz chauds G2 à stocker. [0034] Il en diffère également par la configuration des évidements 32', 34', 36' et 52", 54" et 56" des valves d'injection 3' et d'éjection 5", en forme de baquet à courbure globalement concave. Plus particulièrement, les évidements 32', 34' et 36' de la valve d'injection 3' sont à concave unique et les évidements 52", 54" et 56" de la valve d'éjection 5" sont à courbure alternée convexe/concave. Dans d'autres exemples de réalisation, les évidements de la valve d'injection sont à courbure double et ceux de la valve d'éjection à courbure concave unique. [0035] Contrairement aux représentations des figures 1 et 2, les baquets ne présentent plus de plan de symétrie : les fonds de gorge 3F' et 5F' sont décalée vers les faces circulaires 33, 35, 31, 53, 55 et 51 qui suivent les évidements respectifs 32', 34', 36', 52", 54" et 56" dans le sens de rotation des valves 3' et 5" (selon les flèches R1 et R2). Dans ces conditions, la récupération de gaz frais G1 par la valve d'injection 3' et de gaz brûlés G2 par la valve d'éjection est optimisée par la prise en compte de la cinématique de rotation des valves. [0036] Selon un autre mode de réalisation, la vue en coupe de la figure 5 illustre une valve alternative 15, qui peut être une valve d'injection ou d'éjection, à quatre faces circulaires 15a, 15c, 15e et 15g réparties entre quatre pans coupés 15b, 15d, 15f et 15h. Les pans coupés se présentent sous forme d'évidements convexes. Des conteneurs Cl et C2, localisées en amont et en aval de la valve 15, épousent l'enveloppe circulaire 15E (en traits pointillés) de la valve 15. Ces conteneurs à courbure concave-convexe représentent respectivement un injecteur de carburant et un réservoir d'allumage intégré dans le cas où la valve 15 est une valve d'injection. Ces conteneurs Cl et C2 représentent des conduits de refroidissement dans le cas où la valve 15 est utilisée comme valve d'éjection. [0037] Afin de décrire un cycle de combustion complet, les schémas en coupe des figures 6a à 6d illustrent, dans l'exemple de thermoréacteur 1 selon la figure 1, les phases successives d'injection de carburant avec l'admission de gaz frais pré-mélangés (figure 6a), d'allumage de ces gaz pour générer le début de leur combustion (figure 6b), de fin combustion avec stockage de gaz chauds (figures 6c), ainsi que d'évacuation des gaz brûlés (figure 6d). Les schémas illustrés sont des photographies fixant des instants au cours des différentes phases évoquées, phases qui se succèdent périodiquement avec la rotation synchrone (flèches R1 et R2) des valves d'injection et d'éjection, 3 et 5, et du corps cylindrique d'injection 70 de l'injecteur 7. [0038] En référence à la figure 6a, les lumières 7a et 7b du corps d'injection 70 en rotation synchrone avec la valve d'injection 3, arrivent en communication avec les canaux 71c et 71d de l'injecteur 7. Le carburant provenant du centre du corps d'injection 70 traverse alors les lumières 7a et 7b pour venir s'écouler dans les canaux 71c et 71d. Un pré-mélange air-carburant de gaz frais G1 se forme par injection de carburant (flèches F1) dans le manchon 2 d'arrivée d'air comprimé (flèches Fa). Pour ce faire, le carburant sort des canaux 71c et 71d via les fentes 72c et 72d (figure 1) pour venir se mélanger à l'air en fines gouttelettes. Dans cette phase, les valves 3 et 5 sont en position d'accès à la chambre de combustion 4 pour permettre l'admission du pré-mélange G1 et la vidange des gaz brûlés G2. [0039] Le pré-mélange G1 pénètre dans la chambre de combustion 4 via des accès Ai, formés entre les extrémités des parois radiales de séparation 10A et 10B et les évidements 32 et 36 de la valve d'injection 3. Les gaz frais G1 chassent les gaz brûlés G2 restants du cycle de combustion précédent. Les gaz brûlés restants G2 sont ainsi évacués de la chambre de combustion 4 par des accès A2 vers la tuyère 6, qui restent formés entre les extrémités des parois radiales de séparation 10C et 10D et les pans coupés 52 et 56 de la valve d'éjection 5. Les hauteurs radiales des accès Al et A2 varient au cours de l'admission des gaz frais G1 et l'évacuation des gaz brûlés G2 entre ouverture maximale et fermeture totale pendant les phases d'admission (figure 6a) et d'évacuation (figures 6a et 6d). [0040] La rotation des valves 3 et 5 vient ensuite isoler la chambre de combustion 4 du manchon d'air 2 et de la tuyère 6 (figure 6b). Pour ce faire, deux faces circulaires de ces valves, respectivement 31, 35 et Si, 55, sont alors en contact avec les extrémités des avancées radiales 10A, 10B pour la valve d'injection 3 et 10C, 10D pour la valve d'éjection S. Simultanément, le corps 70 de l'injecteur 7 entraîné en rotation synchrone obture les canaux 71c et 71d : l'injection de carburant est coupée. Les accès Al et A2 sont fermés [0041] Une partie des gaz brûlés G2 chauds et en surpression, stockés dans le réservoir d'allumage 8 lors du cycle de combustion précédent, sort alors du réservoir 8 via les canaux 8c et 8d pour réaliser l'allumage des gaz frais G1 : au contact de ces gaz chauds G2, les gaz frais G1 s'enflamment et la combustion est amorcée dans le corps de la chambre de combustion 4. [0042] Pendant la phase de combustion proprement dite, les valves 3 et 5 - toujours en rotation synchrone - continuent à isoler la chambre de combustion 30 4 pour réaliser la combustion à volume constant (les accès Al et A2 restent fermés). En fin de combustion (figure 6c), une partie des gaz brûlés G2 vient remplir le réservoir d'allumage 8 du fait de la dépression régnant dans ce réservoir par rapport à la pression du reste de la chambre de combustion 4. [0043] En référence à la figure 6d, les faces 51 et 55 de la valve d'éjection 5 sont à distance de l'extrémité des parois respectives 10C et 10D, et les accès A2 de la chambre de combustion 4 vers la tuyère 6 sont ouverts. La valve d'éjection 5 permet ainsi l'évacuation des gaz brûlés G2 vers la tuyère 6. La valve d'injection 3 commence juste à ouvrir les accès Al entre le manchon 2 et la chambre de combustion 4. L'injection de nouveaux gaz frais G1 après formation d'un pré-mélange air - carburant sera ensuite réalisée lorsque le corps d'injection 70 et la valve d'injection 3 auront continué à tourner selon le processus expliqué ci-dessus en regard de la figure 6a. [0044] Le cycle de combustion des figures 6a à 6d se répète trois fois par cycle complet de rotation de chaque pan coupé 32, 34 et 36 de la valve d'injection 3 ou 52, 54 et 56 de la valve d'éjection 5, ou encore par cycle de rotation du corps d'injection de carburant 70. Pendant les durées de formation des accès Al de chaque cycle de combustion, une même quantité de pré-mélange de gaz frais G1 est introduite dans la chambre de combustion 4, cette quantité étant prédéterminée en fonction de la géométrie et la vitesse de rotation des valves de sorte à remplir la chambre de combustion dans des conditions de pression aptes à provoquer une combustion complète des gaz. [0045] L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés. Il est, par exemple, possible de prévoir l'intégration de l'allumeur thermique dans les chambres de combustion de tout type de moteur thermique. De plus, l'injecteur de carburant peut également être prévu pour alimenter tout type de moteur thermique. Par ailleurs, l'architecture de séparation des différents compartiments du carter n'est pas limitée à des avancées radiales : cette séparation peut être réalisée par des avancées formées sur les valves ou par les valves elles-mêmes. En outre, les pans coupés des valves peuvent être de largeur variable et les évidements formés peuvent être de tout type de profil adapté à la fonction. [0046] Il est également possible d'implanter le réservoir d'allumage thermique hors de la chambre de combustion, en prévoyant par exemple un conduit de liaison réservoir - chambre. Par ailleurs, il est possible de monter plus d'une valve d'éjection, par exemple deux valves d'éjection d'axes parallèles dans un même plan perpendiculaire au plan médian, fonctionnant en contra-rotation.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de propulsion mono-valve à injection et combustion multiples par cycle de rotation comportant, par cycle de combustion, une phase d'admission de gaz frais pré-mélangés (G1) en chambre de combustion (4), une phase de combustion proprement dite de ces gaz (G1) dans le corps de la chambre de combustion (4), et une phase d'évacuation des gaz brûlés (G2) de cette chambre de combustion (4), ce procédé étant caractérisé en ce qu'au moins trois cycles de combustion sont réalisés par cycle de rotation complet de conformations multiples (32, 34, 36; 32', 34', 36') aptes à former des accès (A1) pour l'admission du mélange de gaz frais (G1) dans la chambre de combustion (4) pendant une durée déterminée, en ce que ces conformations d'injection (32, 34, 36; 32', 34', 36') se succèdent régulièrement à chaque cycle de combustion par rotation autour d'un unique axe transversal (X'X), et en ce que chacune de ces conformations (32, 34, 36; 32', 34', 36') injecte sensiblement une même quantité de pré-mélange de gaz frais (G1) dans la chambre de combustion (4), cette quantité étant déterminée par la géométrie et la vitesse de rotation des conformations de sorte à établir dans la chambre de combustion (4) une pression optimale.
2. Procédé de propulsion selon la revendication 1, dans lequel en fin de chaque cycle de combustion, un stockage (8) de préférence intégré dans la chambre de combustion (4) est effectué par prélèvement de gaz brûlés (G2) à haute pression et haute température puis, après admission de nouveaux gaz frais (G1) provenant du cycle de combustion suivant, les gaz chauds haute pression (G2) prélevés au cycle de combustion précédent se mélangent aux gaz frais (G1) basse pression par réinjection dans la chambre de combustion (4) provoquée par différence de pressions et déclenchent l'allumage des gaz frais (G1).
3. Procédé de propulsion selon la revendication précédente, dans lequel le prélèvement de gaz brûlés (G2) est opéré via les conformations (32,34, 36; 32', 34', 36') pendant des intervalles de temps où ces conformations (32, 34, 36; 32', 34', 36') sont tournés vers l'intérieur de la chambre de combustion (4).
4. Procédé de propulsion selon l'une des revendications2 ou 3, dans lequel le prélèvement et la réinjection des gaz prélevés (G2) sont réalisés par deux opérations semblables avec des circulations des gaz prélevés (G2) en sens inverse.
5. Procédé de propulsion selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel le stockage (8) est commun à au moins deux opérations de prélèvement puis de réinjection effectuées simultanément dans la chambre de combustion.
6. Procédé de propulsion selon l'une des revendications précédentes, dans lequel une injection de carburant (7) est intégrée à un flux d'air comprimé (Fa) en amont de la chambre de combustion (4) pour former le pré-mélange de gaz frais (G1) introduit dans la chambre de combustion (4) pendant la phase d'admission de chaque cycle de combustion, le carburant étant injecté dans le flux d'air (Fa) via des lumières en rotation (7a, 7b) qui débouchent périodiquement et de manière canalisée (71c, 71d) dans ledit flux (Fa) en synchronisation avec la durée de la phase d'admission.
7. Procédé de propulsion selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, lors de la phase d'évacuation des gaz brûlés (G2) de chaque cycle de combustion qui suit la phase de combustion proprement dite, l'une des multiples conformations d'éjection (52, 54, 56; 52', 54', 56' ; 52", 54", 56") forment un accès (A2) pour l'évacuation des gaz brûlés (G2) de la chambre de combustion (4), les conformations d'éjection (52, 54, 56; 52', 54', 56'; 52", 54", 56") se succédant régulièrement par rotation autour d'au moins un axe transversal unique (Y'Y) pour former les accès d'évacuation (A2) pendant une même durée que la formation des accès d'admission (A1) par les conformations d'injection (32, 34, 36; 32', 34', 36').
8. Procédé de propulsion selon l'une des revendications précédentes, dans lequel un refroidissement des gaz brûlés est opéré par échange thermique (9 à 11) au plus près des conformations d'éjection (52, 54, 56; 52', 54', 56' ; 52", 54", 56").
9. Procédé de propulsion selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les cycles de rotations des lumières d'injection du carburant (7a, 7b) dans le flux d'air (Fa), des conformations d'injection (32, 34, 36) de pré-mélange de gaz frais (G1) dans la chambre de combustion (4) et des conformations d'évacuation (52, 54, 56; 52', 54', 56'; 52", 54", 56") des gaz brûlés (G2) sont synchronisés de sorte qu'aucun carburant ne soit injecté dans le flux d'air (Fa) ni aucun accès d'admission (A1) à la chambre de combustion ne se forme au cours de la phase de combustion, et dans lequel les phases d'admission et d'éjection de gaz (G1, G2) dans la chambre de combustion (4) possèdent une période de recouvrement pendant laquelle les gaz frais (G1) entrant dans la chambre de combustion (4) par les accès d'admission (A1) évacuent les gaz brûlés restants (G2) du cycle de combustion précédent par les accès d'évacuation (A2).
10. Thermoréacteur de propulsion mono-valve (1, 1') apte à mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un carter (20) globalement parallélépipédique à parois supérieur (20s) et inférieure (20i) formant successivement, d'amont en aval, un manchon d'arrivée (2) de flux d'air comprimé (Fa), une chambre de combustion (4) et une tuyère d'évacuation de gaz (6), caractérisé en ce qu'il comporte également une unique valve d'injection (3, 15) de gaz frais (G1) dans la chambre de combustion (4) et au moins une valve d'éjection (5, 15) des gaz brûlés (G2) s'étendant autour d'axes transversaux (X'X, Y'Y) pour séparer respectivement le manchon (2) de la chambre de combustion (4) et la chambre de combustion (4) de la tuyère (6), en ce que les valves (3, 3'; 5, 5', 5"; 15) sont cylindriques et présentent de multiples faces de section circulaire (31, 33, 35 ; 51, 53, 55; 15a, 15c, 15e, 15g) régulièrement réparties et séparées par des pans coupés (32, 34, 36; 32', 34', 36; 52, 54, 56; 52', 54', 56'; 52", 54", 56"; 15b, 15d, 15f, 15h) formant, par rotation (R1,R2) desvalves (3, 3'; 5, 5', 5" ; 15), des accès d'admission (A1) et d'évacuation (A2) des gaz (G1, G2) de hauteurs périodiquement variables entre une ouverture maximale et une fermeture totale lorsque les valves (3, 3'; 5, 5', 5"; 15) sont entraînées en rotation synchronisée par des moyens d'entraînement (200) autour des axes transversaux (X'X, Y'Y).
11. Thermoréacteur de propulsion mono-valve (1, 1') selon la revendication précédente, dans lequel un réservoir d'allumage thermique intégré (8) s'étend transversalement dans la chambre de combustion (4) à proximité de la valve d'injection (3) et est muni de canaux (8c, 8d) à ouvertures transversales (8e, 8f) disposés de sorte à permettre à du gaz (G2) de circuler du réservoir (8) à la chambre de combustion (4) et de la chambre de combustion (4) au réservoir (8) via les pans coupés (32, 34, 36; 32', 34', 36; 52, 54, 56; 52', 54', 56'; 52", 54", 56" ; 15b, 15d, 15f, 15h) pendant des intervalles de temps précédant et achevant la combustion des gaz frais (G1).
12. Thermoréacteur de propulsion mono-valve (1, 1') selon l'une des revendications 10 ou 11, dans lequel les valves (3, 5, 15) présentent au moins trois (32, 34, 36; 32', 34', 36; 52, 54, 56; 52', 54', 56' ; 52", 54", 56") et au plus quatre (15b, 15d, 15f, 15h) pans coupés et faces circulaires (31, 33, 35 ; 51, 53, 55; 15a, 15c, 15e, 15g).
13. Thermoréacteur de propulsion mono-valve (1, 1') selon l'une des revendications 10 à 12, dans lequel chaque pan coupé forme un évidement (32, 34, 36 ; 32', 34', 36; 52, 54, 56; 52', 54', 56'; 52", 54", 56") globalement concave avec un fond de gorge (3F, 3F', 5F') de forme choisie entre une face plane (52, 54, 56), une face à courbure concave unique (32', 34', 36'), une face à double courbure (52", 54", 56") et une face à deux courbures concaves jointes par une courbure convexe (32, 34, 36; 52', 54', 56').
14. Thermoréacteur de propulsion mono-valve (1, 1') selon la revendication 12, dans lequel lorsque les valves d'injection et d'éjection (3, 3'; 5, 5', 5") ont trois pans coupés (32, 34, 36; 32', 34', 36'; 52, 54, 56; 52', 54', 56' ; 52", 54", 56") régulièrement répartis entre trois faces circulaires (31, 33, 35; 51, 53, 55), les axes de rotation (X'X, Y'Y) de ces valves (3, 3'; 5, 5', 5")sont localisés respectivement dans la chambre de combustion (4) et dans la tuyère d'évacuation (6).
15. Thermoréacteur de propulsion mono-valve (1, 1`) selon l'une quelconque des revendications 10 à 14, dans lequel les pans (32, 34, 36; 36; 32', 34', 36') de la valve d'injection (3, 3') s'étendent sur une largeur sensiblement égale à celle des cordes des faces circulaires (31, 33, 35), et les pans (52, 54, 56; 52', 54', 56' ; 52", 54", 56") de la valve d'éjection (5, 5', 5") s'étendent sur une largeur sensiblement supérieure à celle des cordes des faces circulaires (51, 53, 55).
16. Thermoréacteur de propulsion mono-valve (1, 1') selon l'une des revendications 10 à 15, dans lequel un injecteur de carburant (7) est intégré dans le manchon d'arrivée (2) de flux d'air comprimé (Fa) pour former un pré-mélange de gaz frais (G1) à introduire dans la chambre de combustion (4) pendant la phase d'admission de chaque cycle de combustion, l'injecteur (7) comportant un corps cylindrique transversal d'injection (70) ajouré par au moins deux lumières transversales (7a, 7b) ainsi qu'une enveloppe transversale (71) enserrant partiellement le corps cylindrique d'injection (70) et formant au moins deux canaux (71c, 71d) débouchant par des fentes transversales (72c, 72d) dans le manchon (2) de sorte que, lorsque le corps cylindrique d'injection (70) est animé d'un mouvement de rotation en synchronisation avec la rotation de la valve d'injection (3, 3') pendant la durée des phases d'admission, le carburant est injecté périodiquement dans le flux d'air (Fa) pour former un pré-mélange air-carburant de gaz frais (G1) dans le manchon (2) lorsque les lumières (7a, 7b) en rotation communiquent avec les canaux (71c, 71d) et que les accès d'admission (A1) à la chambre de combustion (4) sont formés.
17. Thermoréacteur de propulsion mono-valve (1, 1') selon la revendication précédente, dans lequel l'injecteur de carburant (7) est localisé à proximité de la valve d'injection (3, 3') de sorte que le pré-mélange air- carburant de gaz frais (G1) se forme au plus près des accès d'admission (A1)à la chambre de combustion (4) tout en restant compatible avec la durée de vaporisation complète du pré-mélange.
18. Thermoréacteur de propulsion mono-valve (1, 1') selon l'une des revendications 10 à 17, caractérisé en ce qu'au moins un conduit de refroidissement (9 à 11) des gaz brûlés (G2), dans lequel circule un fluide caloporteur, est localisé au plus près de la valve d'éjection (5, 5', 5").
19. Thermoréacteur de propulsion mono-valve (1, 1') selon la revendication précédente, dans lequel le(s) conduit(s) de refroidissement est (sont) choisi(s) parmi un bouclier amont (9) localisé dans la chambre de combustion (4), un conduit (11) interne à la valve d'éjection (3, 3') et centré sur son axe de rotation (X'X) et/ou un bouclier aval (10) localisé dans la tuyère d'évacuation des gaz (6).
20. Thermoréacteur de propulsion mono-valve (1, 1') selon l'une des revendications 10 à 19, dans lequel une unité de pilotage (100) synchronise les vitesses d'entraînement de l'injecteur de carburant (7) et des valves d'admission (3, 3') et d'éjection (5, 5', 5") de sorte que l'injection de carburant dans le manchon (2) est synchronisé avec la formation des accès d'admission (A1) des gaz frais (G1) par la valve d'injection (3, 3') dans la chambre de combustion (4), lesdites valves (3, 3'; 5, 5', 5") tournant à la même vitesse de sorte que les accès d'admission et d'évacuation (A1, A2) se ferment au même instant afin de réaliser une combustion à volume constant.