FR3064031A1 - Dispositif de chambre de poussee et procede pour faire fonctionner un dispositif de chambre de poussee - Google Patents

Dispositif de chambre de poussee et procede pour faire fonctionner un dispositif de chambre de poussee Download PDF

Info

Publication number
FR3064031A1
FR3064031A1 FR1851967A FR1851967A FR3064031A1 FR 3064031 A1 FR3064031 A1 FR 3064031A1 FR 1851967 A FR1851967 A FR 1851967A FR 1851967 A FR1851967 A FR 1851967A FR 3064031 A1 FR3064031 A1 FR 3064031A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
thrust
fuel
section
nozzle wall
space
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR1851967A
Other languages
English (en)
Other versions
FR3064031B1 (fr
Inventor
Markus Ortelt
Hermann Hald
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV filed Critical Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Publication of FR3064031A1 publication Critical patent/FR3064031A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR3064031B1 publication Critical patent/FR3064031B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • F02K9/44Feeding propellants
    • F02K9/52Injectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • F02K9/44Feeding propellants
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • F02K9/60Constructional parts; Details not otherwise provided for
    • F02K9/62Combustion or thrust chambers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • F02K9/60Constructional parts; Details not otherwise provided for
    • F02K9/62Combustion or thrust chambers
    • F02K9/64Combustion or thrust chambers having cooling arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/002Wall structures
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/16Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration with devices inside the flame tube or the combustion chamber to influence the air or gas flow
    • F23R3/18Flame stabilising means, e.g. flame holders for after-burners of jet-propulsion plants
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/16Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration with devices inside the flame tube or the combustion chamber to influence the air or gas flow
    • F23R3/18Flame stabilising means, e.g. flame holders for after-burners of jet-propulsion plants
    • F23R3/20Flame stabilising means, e.g. flame holders for after-burners of jet-propulsion plants incorporating fuel injection means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/34Feeding into different combustion zones
    • F23R3/346Feeding into different combustion zones for staged combustion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00Geometry
    • F05D2250/10Two-dimensional
    • F05D2250/17Two-dimensional hyperbolic
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00Geometry
    • F05D2250/20Three-dimensional
    • F05D2250/27Three-dimensional hyperboloid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/20Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/203Heat transfer, e.g. cooling by transpiration cooling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00Materials; Properties thereof
    • F05D2300/50Intrinsic material properties or characteristics
    • F05D2300/514Porosity

Abstract

La présente invention concerne un dispositif de chambre de poussée comprenant une chambre de poussée (10) pourvue d'un espace de poussée (28), qui présente une première section (32), une deuxième section (34) et une troisième section (36) dans lequel l'espace de poussée est délimité dans l'ensemble des trois sections par une paroi de buse extérieure pourvue d'une surface d'espace de poussée extérieure,, dans lequel la première section est délimitée par une paroi de buse intérieure pourvue d'une surface d'espace de poussée intérieure dans lequel est réalisé un espace de combustion annulaire, qui s'étend sur la première section, dans lequel le dispositif de chambre de poussée comprend en outre une multitude de premières entrées de carburant pour un premier composant de carburant et une multitude de deuxièmes entrées de carburant pour un deuxième composant de carburant.

Description

Titulaire(s) : DEUTSCHES ZENTRUM FUR LUFTUND RAUMFAHRT E.V..
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : CABINET PLASSERAUD.
DISPOSITIF DE CHAMBRE DE POUSSEE ET PROCEDE POUR FAIRE FONCTIONNER UN DISPOSITIF DE CHAMBRE DE POUSSEE.
FR 3 064 031 - A1 (5/) La présente invention concerne un dispositif de chambre de poussée comprenant une chambre de poussée (10) pourvue d'un espace de poussée (28), qui présente une première section (32), une deuxième section (34) et une troisième section (36) dans lequel l'espace de poussée est délimité dans l'ensemble des trois sections par une paroi de buse extérieure pourvue d'une surface d'espace de poussée extérieure,, dans lequel la première section est délimitée par une paroi de buse intérieure pourvue d'une surface d'espace de poussée intérieure dans lequel est réalisé un espace de combustion annulaire, qui s'étend sur la première section, dans lequel le dispositif de chambre de poussée comprend en outre une multitude de premières entrées de carburant pour un premier composant de carburant et une multitude de deuxièmes entrées de carburant pour un deuxième composant de carburant.
Figure FR3064031A1_D0001
Figure FR3064031A1_D0002
i
DISPOSITIF DE CHAMBRE DE POUSSEE
La présente invention concerne un dispositif de chambre de poussée, comprenant une chambre de poussée pourvue d’un espace de poussée, qui présente une première section, une deuxième section s’y raccordant et une troisième section se raccordant à la deuxième section, étant entendu que l’espace de poussée est délimité dans l’ensemble des trois sections par une paroi de buse extérieure pourvue d’une surface d’espace de poussée extérieure, laquelle surface d’espace de poussée extérieure se rétrécit dans la première et la deuxième section en direction de la troisième section, s’élargit dans la troisième section en s’éloignant de la deuxième section et un endroit le plus étroit est réalisé au niveau du passage allant de la deuxième section vers la troisième section, étant entendu que la première section est délimitée par une paroi de buse intérieure pourvue d’une surface d’espace de poussée intérieure, qui se rétrécit en direction de la deuxième section, étant entendu qu’un espace de combustion annulaire est réalisé entre la surface d’espace de poussée intérieure et la surface d’espace de poussée extérieure, lequel espace de combustion annulaire s’étend au-dessus de la première section, étant entendu que le dispositif de chambre de poussée comprend en outre une multitude de premières entrées de carburant pour un premier composant de carburant et une multitude de deuxièmes entrées de carburant pour un deuxième composant de carburant.
La présente invention concerne en outre un procédé servant à faire fonctionner un dispositif de chambre de poussée.
La présente invention concerne du reste un groupe motopropulseur, en particulier pour un corps volant ou un engin volant.
La présente invention concerne par ailleurs un corps volant ou un engin volant, comprenant un premier réservoir de stockage de carburant pour au moins un premier composant de carburant, un deuxième réservoir de stockage pour au moins un deuxième composant de carburant et un groupe motopropulseur.
Des dispositifs de chambre de poussée du type décrit en introduction sont utilisés par exemple dans des groupes motopropulseurs afin de générer une poussée, par exemple afin d’entraîner un corps volant tel qu’un missile, en particulier par la combustion de composants de carburant. Un composant de carburant peut être en particulier un combustible. Peuvent être utilisés à titre d’exemple en tant que combustible de l’hydrogène liquide (LH2) et en tant que composant de carburant supplémentaire de l’oxygène liquide (LOX), qui assure la fonction de l’oxydant.
Un problème dans le cas des entraînements de missiles à puissance élevée actuellement disponibles réside en particulier dans les pertes de pression élevées, qui apparaissent du fait du refroidissement de la paroi de buse extérieure. Sont connus ici en particulier des refroidissements génératifs, des refroidissements par film et des refroidissements par transpiration.
Le refroidissement par film peut être utilisé en particulier afin de protéger de manière thermique en totalité ou également seulement en complément du refroidissement de paroi régénératif de chambres de poussée classiques réalisées à partir de matériaux métalliques à l’intérieur de l’espace de poussée. Toutefois, cette forme de refroidissement conduit à des pertes de l’entHalpie de combustion exploitable, lesquelles réduisent à nouveau l’efficacité du groupe motopropulseur.
Une paroi de buse extérieure refroidie par transpiration permet certes d’atteindre une efficacité satisfaisante similaire, toutefois un tel refroidissement par transpiration tout comme le refroidissement par film conduit à des flux de masse excessifs de carburant non brûlé. Du reste, un refroidissement par transpiration n’est pas du fait du système adapté à un cycle d’expanseur, dans lequel des turbines sont entraînées par un composant de carburant chauffé dans le système de refroidissement du groupe motopropulseur afin de refouler le carburant.
Afin d’augmenter l’efficacité d’une chambre de poussée avec un refroidissement par transpiration, seul un système, dans lequel une petite partie du gaz chaud est déviée hors de la chambre de poussée, serait par voie de conséquence utilisé s’il a lieu afin d’entraîner des turbines des turbopompes utilisées afin de refouler le carburant dans ce qu’on appelle le « Tap-Off Cycle ».
Par voie de conséquence, un problème réside dans le cas de tous les procédés décrits soit dans une perte de pression significative, soit dans une perte excessive en enthalpie de combustion en carburant n’ayant pas réagi.
Par voie de conséquence, la présente invention a pour objectif d’améliorer un dispositif de chambre de poussée, un procédé, un groupe motopropulseur et un corps volant ou un engin volant du type décrit en introduction de manière à améliorer une efficacité du dispositif de chambre de poussée.
Ledit objectif est atteint dans le cas d’un dispositif de chambre de poussée du type décrit en introduction en ce que la paroi de buse extérieure comprend au moins une partie de la multitude de premières entrées de carburant.
Le perfectionnement proposé d’un dispositif de chambre de poussée connu présente en particulier pour avantage que le premier composant de carburant acheminé à travers la multitude de premières entrées de carburant dans la chambre de poussée peut parvenir en totalité dans l’espace de poussée. Lors du passage à travers la paroi de buse extérieure, cette dernière est refroidie. Une perte de flux massique du premier composant de carburant n’est par voie de conséquence pas de mise. Les premières entrées de carburant sont en particulier réalisées de telle manière qu’une quantité de carburant plus importante peut être injectée dans l’espace de poussée que la quantité requise en vue du refroidissement de la paroi de buse extérieure. Cela permet en particulier d’acheminer la totalité de la quantité du premier composant de carburant à travers lesdites premières entrées de carburant dans l’espace de poussée. Ainsi, cela permet en particulier de séparer spatialement les premières et les deuxièmes entrées de carburant les unes des autres de telle manière que les premières entrées de carburant sont disposées dans la paroi de buse extérieure, les deuxièmes entrées de carburant sont disposées dans une autre paroi, délimitant l’espace de poussée, de la chambre de poussée. Cette configuration est également alors possible en particulier quand le dispositif de chambre de poussée ne présente aucune paroi de buse intérieure et quand la première section et la deuxième section forment une section commune de l’espace de poussée. Cette proposition de forme de l’injection du premier composant de carburant, qui est par exemple le combustible, en particulier de l’hydrogène liquide, du méthane liquide (CH4) ou encore du gaz naturel liquide (GNL) permet d’une part de refroidir de manière optimale la paroi de buse extérieure et d’autre part d’injecter le premier composant de carburant de manière ciblée dans des zones quelconques de la première et/ou de la deuxième section de l’espace de poussée de manière à pouvoir atteindre un mélange optimal du premier et du deuxième composant de carburant dans lesdites deux sections. Cela permet d’augmenter l’efficacité d’une combustion. De plus, il est possible de réduire en particulier également les exigences imposées au matériau afin de réaliser la paroi de buse extérieure dans la mesure où lors de l’ensemble du fonctionnement du dispositif de chambre de poussée, un refroidissement de la paroi de buse extérieure peut avoir lieu, lequel permet un refroidissement meilleur que celui qui est réellement nécessaire. De plus, cela permet également de réduire un risque d’endommagement de la paroi de chambre de poussée dans la mesure où cette dernière peut être maintenue pratiquement systématiquement approximativement à la même température basse. En option, la paroi de buse intérieure et la paroi de buse extérieure peuvent également présenter des entrées de carburant supplémentaires, en particulier des deuxièmes entrées de carburant pour le deuxième composant de carburant ou des entrées de carburant pour un troisième composant de carburant ou pour un composant de carburant supplémentaire.
Le fait que la paroi de buse extérieure soit réalisée au moins en partie de manière à laisser passer les fluides afin de réaliser au moins une partie de la multitude de premières entrées de carburant est un avantage. En option ou en variante, les premières entrées de carburant peuvent être réalisées également sous la forme de buses ou de canaux de la première paroi de buse.
II est possible de réaliser le dispositif de chambre de poussée de manière particulièrement compacte quand la paroi de buse extérieure est réalisée de manière poreuse afin de réaliser au moins une partie de la multitude de premières entrées de carburant. Une paroi de buse extérieure poreuse permet en particulier d’injecter ou d’introduire le premier composant de carburant dans l’espace de poussée par des pores dans la paroi de buse extérieure. Peuvent être employés dans le cas présent pour la paroi de buse extérieure en particulier des matériaux, qui présentent une porosité requise à cet effet. Cela est de préférence plus grand de 8 %, en particulièrement nettement plus grand. Une telle porosité est employée en particulier afin de protéger contre un chauffage excessif la paroi de buse extérieure par le refroidissement par transpiration.
De manière avantageuse, une porosité de la paroi de buse extérieure s’élève au moins en partie environ à 10 %. De préférence, elle s’élève au moins en partie à environ 15 %. Mieux encore, elle s’élève au moins en partie à au moins environ 20 %. Au moins en partie signifie en particulier que la porosité dans des zones dans lesquelles un refroidissement de la paroi de buse extérieure est souhaité se situe dans une plage, qui est suffisante pour un refroidissement par transpiration, donc d’environ 8 %. Afin toutefois d’injecter le premier composant de carburant en une quantité donnée dans l’espace de poussée afin que la combustion souhaitée puisse y avoir lieu, il conviendrait qu’une porosité soit de préférence en particulier supérieure à au moins environ 10 %. Plus la porosité est importante, plus la quantité du premier composant de carburant qui peut être acheminée dans l’espace de poussée est importante. La porosité est dans le cas présente réglée en particulier de manière préférée de manière à faire apparaître un lien optimal entre le flux massique et la pression d’alimentation, étant entendu que la pression d’alimentation optimale est alors atteinte quand la chute de pression au-delà de la paroi de buse poreuse est précisément au moins si importante que la paroi de buse est protégée contre les coups de pression critiques du fait des instabilités de combustion. En outre, il convient de préciser à nouveau que la quantité totale du premier composant de carburant peut être utilisée à des fins de combustion même si ledit premier composant de carburant a déjà refroidi la paroi de buse extérieure avant d’entrer dans l’espace de poussée. Des zones de la paroi de bus extérieure, qui présentent ce qu’on appelle les porosités minimales peuvent s’étendre sur l’ensemble des sections mentionnées de l’espace de poussée ou toutefois sur une partie de cette dernière ou de ces dernières, en particulier il peut s’agit dans le cas présent de zones, entourant de manière annulaire l’espace de poussée, de la paroi de buse extérieure.
La modification d’une porosité de la paroi de buse extérieure en fonction d’une distance par rapport à une première extrémité de la première section est avantageuse. Cela permet en particulier d’injecter, dans certaines zones de l’espace de poussée, de manière ciblée une quantité plus importante du premier composant de carburant que dans d’autres zones. Un excédent du premier composant de carburant à des fins de combustion n’est pas toujours nécessaire à proximité de l’endroit le plus étroit. En revanche, une quantité suffisante de manière correspondante pour la combustion du premier composant de carburant est souhaitée dans l’espace de combustion annulaire en particulier dans la première section. Une porosité de la paroi de buse extérieure peut par exemple augmenter à plusieurs reprises également et également baisser. Ainsi, il est possible de réaliser des zones de la paroi de buse, par exemple des zones de mélange ou des zones de mélange de carburant, dans lesquelles une quantité plus importante ou une quantité inférieure du premier composant de carburant peut être injectée dans l’espace de poussée.
La diminution de la porosité en partant de la première extrémité de la première section en direction de l’endroit le plus étroit est avantageuse. En particulier, la porosité peut baisser en continu. En particulier, la porosité peut être prévue de manière proportionnelle par rapport à une face de section transversale de l’espace de poussée en partant de la première extrémité de la première section. Ainsi, il est possible d’introduire également une quantité plus importante du premier composant de carburant dans l’espace de poussée dans des zones présentant une section transversale plus grande.
En outre, le fait que la paroi de buse intérieure comprenne au moins une partie de la multitude de premières entrées de carburant est avantageux. Cela permet simplement de refroidir suffisamment également la paroi de buse intérieure par le premier composant de carburant lors de l’injection de ce dernier dans l’espace de poussée. De plus, il est possible d’injection à travers la paroi de buse intérieure également une partie du premier composant de carburant à des fins de combustion dans l’espace de poussée. Ainsi, il est envisageable d’atteindre en particulier une stabilité de combustion améliorée dans l’espace annulaire de la première section de l’espace de poussée. En outre, une mise en place de l’injecteur classique dans la zone d’une surface d’extrémité du côté frontal de l’espace de poussée en direction de l’extrémité de la première section peut être simplifiée quand les premières entrées de carburant sont configurées de telle manière qu’elles permettent l’injection de l’ensemble du premier composant de carburant à travers la paroi de buse intérieure et la paroi de buse extérieure. Ainsi, il est possible de se passer d’injecteurs coaxiaux complexes, dans lesquels les deux composants de carburant sont injectés dans des groupes motopropulseurs classiques de manière coaxiale l’un par rapport à l’autre, donc une fois à travers une buse ainsi qu’à travers une buse annulaire entourant la première de manière concentrique. Ainsi, il est possible de réaliser la paroi de buse intérieure et la paroi de buse extérieure sous la forme d’injecteurs pour l’ensemble de la quantité à injecter du premier composant de carburant. Dans le cas d’une combustion efficace, donc optimisée avec une impulsion spécifique Isp maximisée, donc avec un excédent de combustible, la paroi de buse intérieure et la paroi de buse extérieure peuvent devenir des injecteurs si bien qu’aucune perte de pression supplémentaire n’est générée aux fins du refroidissement de la paroi. La configuration de la chambre de combustion annulaire dans la première section permet en outre d’atteindre une meilleure stabilité de combustion. Une partie centrale de chambre de combustion formant la paroi de buse intérieure, également désignée par corps à insérer par glissement, peut de plus amortir des modes de résonance définis dans l’espace de poussée voire les éliminer totalement. Ainsi que cela a déjà été décrit plus haut pour la paroi de buse extérieure, la paroi de buse intérieure peut être formée à partir pratiquement d’un matériau quelconque, en particulier également à partir d’un matériau métallique, dans la mesure où un refroidissement excessif de la paroi de buse intérieure peut quasiment être atteint du fait d’une quantité suffisamment élevée, injectée dans l’espace de poussée, du premier composant de carburant à travers la paroi de buse intérieure afin d’éviter en toute sécurité une surchauffe de cette dernière. Le choix du matériau servant à réaliser la paroi de buse intérieure et/ou extérieure ne pose pratiquement aucun problème car un refroidissement nettement meilleur peut être atteint en traversant copieusement la paroi de buse. Une traversée copieuse dans ce sens signifie que plus une quantité importante du premier composant de carburant est acheminée à travers la paroi de buse intérieure et/ou extérieure que la quantité nécessaire au refroidissement par transpiration de ladite paroi de buse.
Le premier composant de carburant peut être injecté simplement dans l’espace de poussée à travers la paroi de buse intérieure quand la paroi de buse intérieure est réalisée au moins en partie de manière à laisser les fluides afin de réaliser au moins une partie de la multitude de premières entrées de carburant. Par exemple, la perméabilité aux fluides peut être obtenue en réalisant des canaux de fluide servant à injecter le premier composant de carburant, lesquels canaux de fluide débouchent dans l’espace de poussée.
De manière avantageuse, la paroi de buse intérieure est réalisée de manière poreuse afin de réaliser au moins une partie de la multitude de premières entrées de carburant. La porosité permet par exemple de spécifier au moins en partie la quantité du carburant à injecter. En outre, il est possible d’utiliser afin de réaliser la paroi de buse intérieure des matériaux, qui sont intrinsèquement poreux. Sont prises en compte par exemple des céramiques. Des tissus à base de fibres ou des matériaux renforcés par des fibres peuvent également être utilisés afin de réaliser la paroi de buse intérieure et/ou extérieure.
Afin de pouvoir garantir non seulement un refroidissement de la paroi de buse intérieure mais également un flux de carburant suffisamment important à l’intérieur de l’espace de poussée, une porosité de la paroi de buse intérieure d’au moins environ 10 % est avantageuse. De préférence, la porosité s’élève au moins environ à 15 %. Mieux encore, cette dernière s’élève au moins en partie à au moins environ 20 %. Dans tous les cas, la porosité est choisie de manière à être plus importante que celle purement nécessaire pour un refroidissement par transpiration.
De préférence, une porosité de la paroi de buse intérieure varie en fonction d’une distance par rapport à une première extrémité de la première section. Par exemple, la porosité peut augmenter une fois ou à plusieurs reprises puis diminuer à nouveau. Ainsi, des valeurs maximales et des valeurs minimales de la porosité peuvent être atteintes à la fois dans la paroi de buse intérieure et dans le cas également de la paroi de buse extérieure.
Selon un mode de réalisation préféré supplémentaire de la présente invention, il peut être prévu que la porosité diminue en partant de la première extrémité de la première section en direction de la deuxième section. Ainsi, on arrive à ce qu’à proximité de la première extrémité, pointant de manière à s’éloigner de la deuxième section, de la première section une quantité nettement plus importante du premier composant de carburant puisse être injectée dans l’espace de poussée que dans la zone d’une extrémité de la paroi de buse intérieure dans le passage entre la première et la deuxième section.
Il est judicieux que l’ensemble des premières entrées de carburant soit disposé ou réalisé dans la paroi de buse extérieure et dans la paroi de buse intérieure. Cela permet en particulier d’introduire le premier composant de carburant dans l’espace de poussée totalement à travers la paroi de buse intérieure et la paroi de buse extérieure. Ainsi que cela a déjà été évoqué plus haut, il est possible de renoncer ainsi totalement à des injecteurs coaxiaux de réalisation complexe ainsi qu’ils sont utilisés traditionnellement. N’est requis qu’un injecteur pour un deuxième composant de carburant, lequel peut être fabriqué de préférence très simplement dans le procédé de fabrication additive ou procédé ALM (Additive Layer Manufacturing). Il n’est alors pas utile de séparer différents canaux d’injection pour deux composants de carburant ou plus dans l’injecteur. En outre, il est possible d’injecter les composants de carburant à l’aide de dispositifs d’injection de manière transversale les uns par rapport aux autres dans l’espace de poussée. Cela permet d’améliorer le mélange des composants de carburant dans l’espace de poussée. En outre, on peut ainsi obtenir en particulier une efficacité plus élevée de la combustion et une stabilité de la combustion satisfaisante.
Une structure particulièrement simple du dispositif de chambre de poussée peut en particulier être obtenue quand la paroi de buse intérieure et la paroi de buse extérieure présentent exclusivement des premières entrées de carburant. De cette manière, il est possible d’injecter exclusivement ledit composant de carburant dans l’espace de poussée à travers la paroi de buse intérieure et la paroi de buse extérieure.
La réalisation de la paroi de buse intérieure et/ou de la paroi de buse extérieure à partir d’un matériau céramique et/ou métallique est avantageuse. Il est possible de réaliser en particulier des matériaux céramiques ou métalliques avec des porosités souhaitées. Des canaux d’injection peuvent être pratiqués en particulier d’une manière définie dans des parois de buse métalliques. Il est également possible en option de combiner des matériaux métalliques et des matériaux céramiques lors de la réalisation des parois de buse afin de réaliser en particulier des zones pourvues de canaux d’entrée définis et des zones présentant des porosités définies.
Il est judicieux que la paroi de buse intérieure présente une multitude d’entrées d’agent de refroidissement intérieures et/ou la paroi de buse extérieure présente une multitude d’entrées d’agent de refroidissement extérieures pour un agent de refroidissement servant à refroidir la paroi de buse intérieure et/ou la paroi de buse extérieure. Ladite configuration rend possible en particulier simplement un refroidissement des parois de buse, par exemple par refroidissement par transpiration. La chaleur requise aux fins de l’évaporation d’un agent de refroidissement liquide est dans ce cadre prélevée de la paroi de buse intérieure et/ou de la paroi de buse extérieure lors de la traversée de ces dernières si la chambre de poussée ne fonctionne pas dans l’état supercritique du milieu.
Une structure particulièrement simple et compacte du dispositif de chambre de poussée peut en particulier être obtenue en ce que la multitude de premières entrées de carburant forme la multitude d’entrées d’agent de refroidissement intérieures et/ou la multitude d’entrées d’agent de refroidissement extérieures. En d’autres termes, ainsi que cela a déjà été explosé plus haut, les premières entrées de carburant peuvent donc être utilisées non seulement aux fins de l’injection du premier composant de carburant mais également aux fins du refroidissement des parois de buse intérieure et extérieure. Tel que mentionné, cela peut être atteint en particulier sans perte d’enthalpie excessive et sans pertes de pression.
Il est judicieux que la première section de l’espace de poussée soit limitée, sur un côté pointant de manière à s’éloigner de la deuxième section, par une paroi d’injection, laquelle relie la paroi de buse intérieure et la paroi de buse extérieure, et qu’au moins une partie de la multitude de deuxièmes entrées de carburant soit disposée ou réalisée dans la paroi d’injection. Ladite configuration permet en particulier d’injecter le deuxième composant de carburant au moins en partie, en particulier en totalité à travers la paroi d’injection dans l’espace de poussée. Ainsi, il est possible en particulier d’introduire dans l’espace de poussée les composants de carburant dans des directions d’injection de manière transversale les uns par rapport aux autres, ce qui permet d’obtenir un mélange satisfaisant et ainsi une stabilité élevée de la combustion.
L’assemblage du dispositif de chambre de poussée peut du reste être simplifié quand la multitude de deuxièmes entrées de carburant est disposée ou réalisée exclusivement dans la paroi d’injection. Ainsi, il est possible d’injecter en particulier le premier composant de carburant dans l’espace de poussée exclusivement à travers la paroi de buse intérieure et la paroi de buse extérieure et le deuxième composant de carburant exclusivement à travers la paroi d’injection.
Il est possible de réaliser simplement le dispositif de chambre de poussée quand la paroi d’injection est réalisée de manière à présenter une forme annulaire afin de fermer la chambre de combustion annulaire de forme annulaire. En particulier, un orifice de forme annulaire de la chambre de poussée peut être fermé en toute simplicité à l’aide de la paroi d’injection sous cette forme afin de limiter l’espace de poussée au niveau de la première extrémité de la première section de ce dernier.
La paroi d’injection peut présenter en option des entrées de carburant supplémentaires pour un troisième composant de carburant. Le fait que la paroi d’injection comprenne exclusivement des deuxièmes entrées de carburant est avantageux. Ainsi il est possible d’atteindre un système simplifié quand ne sont prévues que des premières et deuxièmes entrées de carburant.
Afin d’obtenir une injection ciblée du deuxième composant de carburant dans l’espace de poussée, il est avantageux de réaliser la multitude de deuxièmes entrées de carburant sous la forme de canaux, qui présentent des embouchures de canal ll pointant dans l’espace de combustion annulaire. Ces derniers peuvent être par exemple orientés et dirigés ainsi que cela est décrit dans le document DE 10 2013 105 342 Al. Les deuxièmes entrées de carburant peuvent être en particulier disposées et réalisées de telle manière que le deuxième composant de carburant forme à l’intérieur de l’espace de combustion annulaire un cône de pulvérisation ou un hyperboloïde. Dans le dernier cas, les deuxièmes entrées de carburant peuvent être réalisées par exemple sous la forme de canaux, qui sont disposés et/ou réalisés de manière à s’étendre selon une inclinaison par rapport à l’axe longitudinal de la chambre de poussée. Les jets d’injection peuvent en particulier également s’étendre de manière parallèle par rapport aux tangentes de surface dans des coupes axiales de la chambre de combustion, donc dans des plans de manière parallèle par rapport à l’axe de chambre de combustion et ainsi pas nécessairement le long de la droite de génératrice de l’hyperboloïde.
Afin d’atteindre un refroidissement et un guidage efficaces des produits de combustion dans l’espace de poussée, l’incurvation convexe ou l’incurvation sensiblement convexe en pointant en direction de la surface d’espace de poussée extérieure de la surface d’espace de poussée intérieure est avantageuse. Une incurvation sensiblement convexe signifie en particulier qu’une extrémité enveloppante de la surface d’espace de poussée intérieure est incurvée de manière convexe. La surface d’espace de poussée intérieure peut alors présenter également des zones courtes présentant une incurvation concave, par exemple afin de modifier une surface de section transversale de l’espace de combustion annulaire, en particulier afin de l’agrandir afin de former des zones de mélange de carburant.
L’incurvation convexe ou l’incurvation sensiblement convexe de la surface d’espace de poussée extérieure en pointant en direction de la surface d’espace de poussée intérieure est avantageuse. Comparativement avec un contour classique d’une paroi de buse extérieure d’une chambre de poussée ainsi qu’elle est représentée par exemple sur la figure 1, il est ainsi possible d’éviter des turbulences d’interface également désignées par des tourbillons de Gôrtel. De tels tourbillons se forment en particulier dans la zone de l’endroit le plus étroit, qui est défini par la paroi de buse extérieure.
Selon un mode de réalisation préféré supplémentaire de l’invention, il peut être prévu que la chambre de poussée définisse un axe longitudinal et que la chambre de poussée, en particulier la première section et/ou la deuxième section et/ou la troisième section soient réalisées de manière symétrique en rotation par rapport à l’axe longitudinal. Cela simplifie en particulier la structure et l’assemblage du dispositif de chambre de poussée.
En outre, la réalisation de la surface d’espace de poussée extérieure et/ou de la surface d’espace de poussée intérieure de manière symétrique en rotation par rapport à l’axe longitudinal est avantageuse. Cela simplifie en particulier un assemblage du dispositif de chambre de poussée.
Des profils de viscosité homogènes particulièrement optimaux à proximité des parois de buse intérieure et extérieure peuvent être en particulier atteints quand la surface d’espace de poussée intérieure et/ou la surface d’espace de poussée extérieure présentent au moins en partie la forme d’un hyperboloïde de rotation. En particulier, ils peuvent présenter des sections d’hyperboloïdes de rotation incurvés différemment. En outre, il est possible en particulier de spécifier en toute simplicité une section transversale constante de l’espace de combustion annulaire.
De préférence, l’espace de combustion annulaire présente une surface de section transversale constante ou sensiblement constante. Certes, les surfaces d’espace de poussée intérieures et extérieures peuvent varier, toutefois un espace de combustion annulaire quais cylindrique peut ainsi être réalisé, lequel devient par la suite une section de chambre de poussée convergente ayant pour objectif le passage sonore sans modification de la direction d’incurvation, ce qui résulte automatiquement du fait de la coopération géométrique d’une surface d’espace de poussée extérieure purement convexe et d’une surface d’espace de poussée intérieure purement convexe. Ainsi, un besoin en agent de refroidissement, en particulier donc en le premier composant de carburant, peut être réduit par la paroi de buse extérieure se rétrécissant au fur et à mesure que la surface de section transversale libre, définie par la paroi de buse extérieure, de l’espace de poussée diminue.
En outre, la modification d’une surface de section transversale de l’espace de combustion annulaire en fonction d’une distance par rapport à une première extrémité de l’espace de combustion annulaire afin de réaliser au moins une zone de mélange de carburants dans l’espace de combustion annulaire peut être avantageuse. Deux, trois, quatre zones de mélange de carburants ou plus peuvent être réalisées dans l’espace de combustion annulaire. Une telle modification de section transversale peut être atteinte en particulier quand les surfaces d’espace de poussée intérieures ou extérieures ne s’incurvent pas ou sont incurvées de manière concave sur une zone s’étendant en direction de l’axe longitudinal de manière opposée à l’incurvation convexe préférée.
Le fait que le dispositif de chambre de poussée présente un premier système d’injection servant à injecter l’au moins un premier composant de carburant dans l’espace de poussée dans une direction de manière transversale par rapport à la surface d’espace de poussée intérieure et/ou par rapport à la surface d’espace de poussée extérieure. Le système d’injection peut être réalisé en particulier afin d’injecter l’au moins un premier composant de carburant de manière perpendiculaire par rapport à la surface d’espace de poussée intérieure et/ou extérieure à l’intérieur de l’espace de poussée. Ce type de réalisation du premier système d’injection a en particulier pour avantage qu’un deuxième composant de carburant peut être injecté dans l’espace de poussée de manière transversale, en particulier de manière perpendiculaire, par rapport au premier composant de carburant.
Afin de pouvoir injecter le premier composant de carburant dans l’espace de poussée avec une pression suffisamment élevée, il est judicieux que le premier système d’injection comprenne un premier système de pompage servant à pomper l’au moins un premier composant de carburant provenant d’un premier réservoir de stockage de carburant à travers la multitude de premières entrées de carburant dans l’espace de poussée.
En outre il est judicieux qu’un deuxième système d’injection soit prévu afin d’injecter l’au moins un deuxième composant de carburant dans la première section dans une direction de manière parallèle ou sensiblement parallèle par rapport aux tangentes au niveau de la surface d’espace de poussée intérieure et/ou à la surface d’espace de poussée extérieure. Ainsi, les composants de carburant peuvent être injectés dans l’espace de poussée en particulier de manière transversale, de préférence de manière perpendiculaire les uns par rapport aux autres.
Il est possible d’injecter en toute simplicité le deuxième composant de carburant dans l’espace de poussée quand le deuxième système d’injection comprend un deuxième système de pompage servant à pomper l’au moins un deuxième composant de carburant provenant d’un deuxième réservoir de stockage de carburant à travers la multitude de deuxièmes entrées de carburant dans la première section.
Aussi bien le premier que le deuxième système de pompage peuvent être réalisés en particulier sous la forme de turbopompes avec une turbine d’entraînement et une roue de pompe disposée en particulier sur le même arbre. Les turbines des turbopompes peuvent être entraînées en particulier par des gaz de combustion prélevés de l’espace de poussée ou par la réaction d’une partie des composants de carburant dans une préchambre de combustion et par l’amenée des gaz de combustion à la turbine. Si en variante la turbine d’un système de pompage est entraînée par les gaz d’échappement provenant d’une préchambre de combustion, dans laquelle un composant de carburant est injecté avec un excédent important, ce qu’on appelle un groupe motopropulseur de préchambre de combustion peut être réalisé. Les gaz d’échappement avec le composant de carburant n’ayant pas réagi lors de la combustion peuvent alors être injectés dans l’espace de poussée à travers les premières et les deuxièmes entrées de carburant. Une plus petite partie du premier composant de carburant peut être amenée dans la préchambre de combustion conjointement avec le deuxième composant de carburant, étant entendu que seulement une petite partie du premier composant de carburant réagit. Lors de l’utilisation de turbopompes en tant que systèmes de pompage ; il est possible d’utiliser en particulier une turbine afin d’entraîner deux roues de pompe, lesquelles permettent de refouler d’une part le premier composant de carburant et d’autre part le deuxième composant de carburant. Sont utilisés en tant que composants de carburant de préférence des composants de carburant liquides tels que de l’oxygène liquide, de l’hydrogène liquide, du méthane liquide ou similaire.
L’objectif posé en introduction est résolu en outre dans le cas d’un groupe motopropulseur du type décrit en introduction selon l’invention en ce qu’il comprend un des dispositifs de chambre de poussée décrits plus haut.
Un groupe motopropulseur perfectionné de cette manière présente alors les avantages déjà décrits plus haut en lien avec des modes de réalisation préférés.
L’objectif évoqué en introduction est en outre atteint dans le cas d’un corps volant ou d’un engin volant du type décrit en introduction selon l’invention en ce
3Ό qu’ils comprennent un groupe motopropulseur conforme à l’invention. L’amélioration du refroidissement des parois de buse du dispositif de chambre de poussée et la réduction décrite des pertes permettent de déplacer avec la même quantité de carburant des charges utiles plus importantes du fait de l’impulsion spécifique Isp plus élevée.
En outre, l’objectif posé en introduction est atteint dans le cas d’un procédé du type décrit en introduction selon l’invention en ce qu’une quantité plus importante du premier composant de carburant est injectée dans l’espace de poussée au moins par une partie de la multitude de premières entrées de carburant que la quantité requise aux fins du refroidissement de la paroi de buse intérieure et/ou de la paroi de buse extérieure.
Ainsi que cela a déjà été décrit plus haut, il est possible d’atteindre ainsi un refroidissement sursaturé des parois de buse de sorte qu’une surchauffe de ces dernières n’est quasiment plus possible. En outre, il est possible de réduire les pertes de flux massique et de pression ce qui permet d’améliorer l’impulsion spécifique Isp d’un dispositif de chambre de poussée.
Il est judicieux qu’au moins une quantité plus de deux fois supérieure à la quantité requise aux fins du refroidissement de la paroi de buse intérieure et/ou de la paroi de buse extérieure soit injectée à travers la multitude de premières entrées de carburant. De préférence, une quantité du premier composant de carburant trois fois plus importante est injectée par la multitude de premières entrées de carburant.
La structure d’un dispositif de chambre de poussée peut être simplifiée en toute simplicité en ce que l’ensemble du premier composant de carburant est injecté dans l’espace de poussée par la multitude de premières entrées de carburant. En particulier il est possible de réaliser, ainsi que cela est décrit plus haut, un deuxième système d’injection, qui comprend des deuxièmes entrées de carburant, qui ne sont disposées ou réalisées ni dans la paroi de buse intérieure ni dans la paroi de buse extérieure.
La description ci-dessus comprend ainsi en particulier les modes de réalisation, définis ci-après sous la forme d’ensembles numérotés, de dispositifs de chambre de poussée, de groupes motopropulseurs, de corps volants et de procédés servant à faire fonctionner un dispositif de chambre de poussée :
un dispositif de chambre de poussée comprenant une chambre de poussée pourvue d’un espace de poussée, qui présente une première section, une deuxième section se raccordant à la première section et une troisième section se raccordant à la deuxième section, étant entendu que l’espace de poussée est délimité dans l’ensemble des trois sections par une paroi de buse extérieure pourvue d’une surface d’espace de poussée extérieure, laquelle surface d’espace de poussée extérieure se rétrécit dans la première et la deuxième section en direction de la troisième section, s’élargit dans la troisième section en s’éloignant de la deuxième section et un endroit le plus étroit est réalisé au niveau du passage allant de la deuxième section vers la troisième section, étant entendu que la première section est délimitée par une paroi de buse intérieure pourvue d’une surface d’espace de poussée intérieure, qui se rétrécit en direction de la deuxième section, étant entendu qu’un espace de combustion annulaire est réalisé entre la surface d’espace de poussée intérieure et la surface d’espace de poussée extérieure, lequel espace de combustion annulaire s’étend au-dessus de la première section, étant entendu que le dispositif de chambre de poussée comprend en outre une multitude de premières entrées de carburant pour le premier composant de carburant et une multitude de deuxièmes entrées de carburant pour un deuxième composant de carburant, caractérisé en ce que la paroi de buse extérieure comprend au moins une partie de la multitude de premières entrées de carburant ;
un dispositif de chambre de poussée selon l’un quelconque des ensembles précédents, caractérisé en ce que la paroi de buse extérieure est réalisée de manière à laisser passer au moins en partie des fluides afin de réaliser au moins une partie de la multitude de premières entrées de carburant ;
un dispositif de chambre de poussée selon l’un quelconque des ensembles précédents, caractérisé en ce que la paroi de buse extérieure est réalisée de manière poreuse afin de réaliser au moins une partie de la multitude de premières entrées de carburant ;
un dispositif de chambre de poussée selon l’un quelconque des ensembles précédents, caractérisé en ce qu’une porosité de la paroi de buse extérieure est au moins en partie d’au moins environ 10 %, de préférence environ d’au moins 15 %, mieux encore d’environ au moins 20 % ;
un dispositif de chambre de poussée, caractérisé en ce qu’une porosité de la paroi de buse extérieure se modifie en fonction d’une distance par rapport à une première extrémité de la première section ;
un dispositif de chambre de poussée, caractérisé en ce que la porosité diminue en partant de la première extrémité de la première section en direction de l’endroit le plus étroit ;
un dispositif de chambre de poussée selon l’un quelconque des ensembles précédents, caractérisé en ce que la paroi de buse intérieure comprend au moins une partie de la multitude de premières entrées de carburant ;
un dispositif de chambre de poussée selon l’un quelconque des ensembles précédents, caractérisé en ce que la paroi de buse intérieure est réalisée de manière à laisser passer au moins en partie des fluides afin de réaliser au moins une partie de la multitude de premières entrées de carburant ;
un dispositif de chambre de poussée selon l’un quelconque des ensembles précédents, caractérisé en ce que la paroi de buse intérieure est réalisée de manière poreuse afin de réaliser au moins une partie de la multitude des premières entrées de carburant ;
un dispositif de chambre de poussée selon l’un quelconque des ensembles précédents, caractérisé en ce qu’une porosité de la paroi de buse intérieure est au moins environ de 10%, de préférence environ au moins de 15 %, mieux encore environ au moins de 20 % ;
un dispositif de chambre de poussée selon l’un quelconque des ensembles précédents, caractérisé en ce qu’une porosité de la paroi de buse intérieure se modifie en fonction d’une distance par rapport à une première extrémité de la première section ;
un dispositif de chambre de poussée selon l’un quelconque des ensembles précédents, caractérisé en ce que la porosité diminue en partant de la première extrémité de la première section en direction de la deuxième section ;
un dispositif de chambre de poussée selon l’un quelconque des ensembles précédents, caractérisé en ce que l’ensemble des premières entrées de carburant sont disposées ou réalisées dans la paroi de buse extérieure et dans la paroi de buse intérieure ;
un dispositif de chambre de poussée selon l’un quelconque des ensembles précédents, caractérisé en ce que la paroi de buse intérieure et la paroi de buse extérieure présentent exclusivement des premières entrées de carburant ;
un dispositif de chambre de poussée selon l’un quelconque des ensembles précédents, caractérisé en ce que la paroi de buse intérieure et/ou la paroi de buse extérieure sont réalisées à partir d’un matériau céramique et/ou métallique ;
un dispositif de chambre de poussée selon l’un quelconque des ensembles précédents, caractérisé en ce que la paroi de buse intérieure présente une multitude d’entrées d’agent de refroidissement intérieures et/ou que la paroi de buse extérieure présente une multitude d’entrées d’agent de refroidissement extérieures pour un agent de refroidissement servant à refroidir la paroi de buse intérieure et/ou la paroi de buse extérieure ;
un dispositif de chambre de poussée selon l’un quelconque des ensembles précédents, caractérisé en ce que la multitude de premières entrées de carburant forme la multitude d’entrées d’agent de refroidissement intérieures et/ou la multitude d’entrées d’agent de refroidissement extérieures ;
un dispositif de chambre de poussée selon l’un quelconque des ensembles précédents, caractérisé en ce que la première section de l’espace de poussée est délimitée, sur un côté pointant de manière à s’éloigner de la deuxième section, par une paroi d’injection, qui relie entre elles la paroi de buse intérieure et la paroi de buse extérieure, et qu’au moins une partie de la multitude de deuxièmes entrées de carburant est disposée ou réalisée dans la paroi d’injection ;
un dispositif de chambre de poussée selon l’un quelconque des ensembles précédents, caractérisé en ce que la multitude de deuxièmes entrées de carburant est disposée ou réalisée exclusivement dans la paroi d’injection ;
un dispositif de chambre de poussée selon l’un quelconque des ensembles précédents, caractérisé en ce que la paroi d’injection est réalisée de forme annulaire afin de fermer l’espace de combustion annulaire de forme annulaire ;
un dispositif de chambre de poussée selon l’un quelconque des ensembles précédents, caractérisé en ce que la paroi d’injection comprend exclusivement des deuxièmes entrées de carburant ;
un dispositif de chambre de poussée selon l’un quelconque des ensembles précédents, caractérisé en ce que la multitude de deuxièmes entrées de carburant sont réalisées sous la forme de canaux, qui présentent des embouchures de canal pointant dans l’espace de combustion annulaire ;
un dispositif de chambre de poussée selon l’un quelconque des ensembles précédents, caractérisé en ce que la surface d’espace de poussée intérieure est réalisée avec une incurvation convexe ou avec une incurvation sensiblement convexe en pointant en direction de la surface d’espace de poussée extérieure ;
un dispositif de chambre de poussée selon l’un quelconque des ensembles précédents, caractérisé en ce que la surface d’espace de poussée extérieure est réalisée avec une incurvation convexe ou avec une incurvation sensiblement convexe en pointant en direction de la surface d’espace de poussée intérieure ;
un dispositif de chambre de poussée selon l’un quelconque des ensembles précédents, caractérisé en ce que la chambre de poussée définit un axe longitudinal et que la chambre de poussée, en particulier la première section et/ou la deuxième section et/ou la troisième section, sont réalisées de manière symétrique en rotation par rapport à l’axe longitudinal ;
un dispositif de chambre de poussée selon l’un quelconque des ensembles précédents, caractérisé en ce que la surface d’espace de poussée extérieure et/ou la surface d’espace de poussée intérieure sont réalisées de manière symétrique en rotation par rapport à l’axe longitudinal ;
un dispositif de chambre de poussée selon l’un quelconque des ensembles précédents, caractérisé en ce que la surface d’espace de poussée intérieure et/ou la surface d’espace de poussée extérieure présentent au moins en partie la forme d’un hyperboloïde de rotation ;
un dispositif de chambre de poussée selon l’un quelconque des ensembles précédents, caractérisé en ce que l’espace de combustion annulaire présente une surface de section transversale constante ou sensiblement constante ;
un dispositif de chambre de poussée selon l’un quelconque des ensembles précédents, caractérisé en ce qu’une surface de section transversale de l’espace de combustion annulaire se modifie en fonction d’une distance par rapport à une première extrémité de l’espace de combustion annulaire afin de réaliser au moins une zone de mélange de carburants dans l’espace de combustion annulaire ;
un dispositif de chambre de poussée selon l’un quelconque des ensembles précédents, caractérisé par un premier dispositif d’injection servant à injecter l’au moins un premier composant de carburant dans l’espace de poussée dans une direction de manière transversale, en particulier de manière perpendiculaire, par rapport à la surface d’espace de poussée intérieure et/ou par rapport à la surface d’espace de poussée extérieure ;
un dispositif de chambre de poussée, caractérisé en ce que le premier dispositif d’injection comprend un premier dispositif de pompage servant à pomper l’au moins un premier composant de carburant depuis un premier réservoir de stockage de carburant à travers la multitude de premières entrées de carburant dans l’espace de poussée ;
un dispositif de chambre de poussée selon l’un quelconque des ensembles précédents, caractérisé par un deuxième dispositif d’injection servant à injecter l’au moins un deuxième composant de carburant dans la première section dans une direction de manière parallèle ou de manière sensiblement parallèle à des tangentes au niveau de la surface d’espace de poussée intérieure et/ou au niveau de la surface d’espace de poussée extérieure ;
un dispositif de chambre de poussée selon l’un quelconque des ensembles précédents, caractérisé en ce que le deuxième dispositif d’injection comprend un deuxième dispositif de pompage servant à pomper l’au moins un deuxième composant de carburant depuis un deuxième réservoir de stockage de carburant à travers la multitude de deuxièmes entrées de carburant dans la première section ;
un groupe motopropulseur, en particulier pour un corps volant ou un engin volant, comprenant un dispositif de chambre de poussée selon l’une quelconque des ensembles précédents ;
un corps volant ou un engin volant, comprenant un premier réservoir de stockage de carburant pour au moins un premier composant de carburant, un deuxième réservoir de stockage de carburant pour au moins un deuxième composant de carburant et un groupe motopropulseur ;
un procédé servant à faire fonctionner un dispositif de chambre de poussée, caractérisé en ce qu’est injectée au moins par une partie de la multitude de premières entrées de carburant dans l’espace de poussée au moins une quantité du premier composant de carburant plus importante que la quantité requise aux fins du refroidissement de la paroi de buse intérieure et/ou de la paroi de buse extérieure ;
un procédé, caractérisé en ce qu’au moins une quantité deux fois aussi grande du premier composant de carburant est injectée par la multitude de premières entrées de carburant que la quantité requise aux fins du refroidissement de la paroi de buse intérieure et/ou de la paroi de buse extérieure ;
un procédé, caractérisé en ce que la totalité du premier composant de carburant est injectée dans l’espace de poussée par la multitude de premières entrées de carburant.
La description qui suit de modes de réalisation préférés de l’invention sert, en lien avec les figures, à expliquer de manière plus détaillée la présente invention. On peut voir sur les figures :
figure 1 : une représentation schématique d’un contour classique d’un modèle d’espace de poussée ;
figure 2 : une représentation schématique d’un contour de chambre de poussée défini par un simple hyperboloïde ;
figure 3 ; une représentation schématique d’un contour d’espace de poussée comprenant deux hyperboloïdes servant à la définition des parois de buse intérieure et extérieure ;
figure 4 : une représentation schématique d’un modèle d’espace de poussée selon l’invention pourvu d’une paroi de buse intérieure et d’une paroi de buse extérieure ;
figure 5 : une représentation schématique d’une partie d’un dispositif de chambre de poussée comprenant un premier composant de carburant affluant dans un espace de poussée ;
figure 6 : une représentation schématique d’une partie d’un groupe motopropulseur de générateur de gaz ;
figure 7 : une représentation schématique d’une partie d’un groupe motopropulseur comprenant une préchambre de combustion servant à faire fonctionner un cycle de précombustion ;
figure 8 : une représentation livrée à titre d’exemple d’un profil de viscosité homogène, proche des parois calculé à partir d’une simulation de gaz chaud ;
figure 9 : une représentation schématique d’un profil de température dans l’espace de poussée dans le cas d’une injection totalement séparée des composants de carburant d’une part à travers la paroi d’injection et d’autre part à travers la paroi de buse intérieure et la paroi de buse extérieure ;
figure 10 : une représentation schématique agrandie d’une découpe de l’espace de combustion annulaire ;
figure 11 : une représentation schématique d’une partie d’une coupe de l’espace de combustion annulaire le long de la ligne 11 - 11 de la figure 10 ;
figure 12 : une représentation schématique d’une découpe de l’espace de combustion annulaire d’un exemple de réalisation supplémentaire d’une chambre de poussée ; et figure 13 : une représentation schématique d’une découpe de l’espace de combustion annulaire d’un exemple de réalisation supplémentaire d’une chambre de poussée.
La figure 1 est une représentation schématique d’une partie d’une chambre de poussée 10 telle qu’elle est connue d’après l’état de la technique. Elle comprend une première section 12 cylindrique s’étendant de manière coaxiale par rapport à un axe longitudinal 14, une deuxième section 16 se raccordant à la première section, incurvée de manière concave en direction de l’axe longitudinal 14 et une troisième section 18 se raccordant à la deuxième section, laquelle est incurvée de manière convexe en pointant en direction de l’axe longitudinal 14.
Une paroi 20 délimitant la chambre de poussée 10 définit dans la zone de la troisième section 18 un endroit 22 le plus étroit, à travers lequel des gaz de combustion sont accélérés de manière divergente en direction de la sortie de buse. La troisième section en partant de l’endroit 22 est également désignée de zone supersonique.
Des turbulences d’interface, également appelées tourbillons de Gôrtel, peuvent apparaître en particulier dans la zone de la deuxième section 16, lesquelles compliquent un refroidissement d’une surface de paroi intérieure 26 de la paroi 20 d’une manière souhaitée. En particulier, un refroidissement par film avec un film de fluide de refroidissement au niveau de la surface de paroi 26 peut donner lieu à des décollements et, par voie de conséquence, à des pertes de l’agent de refroidissement et à des surchauffes dans la zone de la deuxième section 16 ainsi que de l’emplacement 22.
La figure 2 illustre schématiquement un exemple d’une chambre de poussée 10 modifiée, dont la paroi 20 délimitant un espace de poussée 28 présente la forme d’un hyperboloïde de rotation. La surface de paroi 26 est incurvée totalement de manière convexe en pointant en direction de l’axe longitudinal 14 dans le cas de ladite forme de la chambre de poussée 10. Elle ne présente donc aucune section incurvée de manière concave. L’espace de poussée 28 se rétrécit en partant d’une zone d’entrée 30 en continu jusqu’à l’endroit 22 le plus étroit.
L’incurvation continue de la paroi 20 permet d’éviter pratiquement totalement les inconvénients du profil classique, à savoir de l’apparition de turbulences d’interface dans le cas d’un refroidissement par film.
Une troisième variante d’une chambre de poussée 10 est représentée schématiquement sur la figure 3. La paroi 20 forme dans le cas présent une paroi extérieure 20, qui à nouveau est réalisée sous la forme d’un hyperboloïde par rapport à l’axe longitudinal 14. La chambre de poussée 10 présente une première section 32, une deuxième section 34 et une troisième section 36, qui divisent l’espace de poussée 28 en des sections 32, 34, et 36 correspondantes.
La première section 32 est définie par un corps d’insertion par poussée 38 insérée dans l’espace de poussée 28, lequel définit une paroi intérieure 40 pourvue d’une surface de paroi 42 de l’espace de poussée 28, qui présente la forme d’un hyperboloïde de rotation à deux coques. Une tangente 44 dans le passage entre la première section 32 et la deuxième section 34 au niveau du corps d’insertion par poussée 38 s’étend de manière perpendiculaire par rapport à l’axe longitudinal 14.
La première section 32 définit un espace de combustion annulaire 46 comme une partie de l’espace de poussée 28. Les surfaces de paroi 26 et 42 peuvent être choisies en particulier de telle manière qu’une surface de section transversale 48 libre est constante en fonction d’une distance 50 par rapport à une première extrémité 52 de la première section 32. Un diamètre extérieur de la surface annulaire définie par l’espace de combustion annulaire 46 diminue en partant de la première extrémité 52, tout comme un diamètre d’une délimitation intérieure de ladite surface annulaire. Dans la transition 54 entre la première section 32 et la deuxième section 34, la surface annulaire devient alors de préférence sans incurvation une surface circulaire, dont la section transversale se rétrécit davantage en direction de l’endroit le plus étroit.
La section transversale constante telle que décrite dans le cas de la chambre de poussée 10 représentée sur la figure 3 permet de créer un espace de combustion annulaire 46 quasi cylindrique, toutefois avec l’avantage que la surface de paroi 26 se rétrécit en continu en partant de la première extrémité 52 et qu’aucun décollement et qu'aucun tourbillon d’un film de fluide de refroidissement n’apparaissent lors d’un refroidissement.
La configuration de la chambre de poussée 10 représentée schématiquement sur la figure 3 est de nouveau représentée schématiquement sur la figure 4 avec des contours présentant une forme légèrement différente. Une paroi de buse extérieure 56 est incurvée de manière convexe en continu en pointant en direction de l’axe longitudinal 14. Le corps d’insertion par poussée 38 est réalisé sous la forme d’un hyperboloïde en deux coques et définit avec son extrémité 58 la transition 54 entre la première section 32 et la deuxième section 34. La surface de paroi 42 délimitant l’espace de poussée 28 définit une surface d’espace de poussée 60 intérieure. La surface de paroi 26 délimitant l’espace de poussée 28 définit une surface d’espace de poussée extérieure 62.
La surface d’espace de poussée intérieure 60 et la surface d’espace de poussée extérieure 62 délimitent dans la zone de la première section 32 l’espace de combustion annulaire 46. La surface de section transversale 48 peut être constante ou augmenter ou diminuer en direction de la transition 44 en fonction de la forme des surfaces d’espace de poussée 60 et 62.
La deuxième section 34 s’étend depuis la transition 54 jusqu’à l’endroit 22 le plus étroit. Ici, l’espace de poussée 28 est délimité exclusivement par la surface d’espace de poussée 62 extérieure.
L’espace de poussée 28 s’élargit à nouveau en partant de l’endroit 22 le plus étroit dans la transition 64 depuis la première section 34 jusqu’à la deuxième section 36.
La première section 32 peut ainsi former en particulier une zone quasi cylindrique. La deuxième section 34 forme une zone convergente de l’espaee de poussée 28, et la troisième section 36 forme une zone divergente, également désignée par zone supersonique.
La figure 5 illustre des caractéristiques supplémentaires de la chambre de poussée 10.
Aussi bien la paroi de buse extérieure 56 qu’une paroi de buse intérieure 66, qui définit la surface d’espace de poussée intérieure 60, sont pourvues d’une multitude de premières entrées de carburant 68. Ces dernières permettent d’injecter dans l’espace de poussée 28 à travers la paroi de buse extérieure 56 un premier composant de carburant dans le sens des flèches 70. De même, ledit premier composant de carburant peut être injecté dans l’espace de poussée 28 dans le sens des flèches 72 à travers les entrées de carburant 68 dans la paroi de buse intérieure 66.
De préférence, l’injection du premier composant de carburant est effectuée, ainsi que cela est représenté par les flèches 70 et 72, de manière transversale, en particulier de manière perpendiculaire par rapport à l’axe longitudinal 14.
Un deuxième composant de carburant symbolisé par la flèche 74 dans l’espace de combustion annulaire 46 de forme annulaire peut être injecté depuis la première extrémité 52, étant entendu qu’un sens d’injection symbolisé par la flèche 74 peut avoir lieu sensiblement de manière parallèle par rapport à la surface d’espace de poussée intérieure et/ou extérieure 60, 62.
La quantité du premier composant de carburant, qui est injecté dans l’espace de poussée 28 à travers les premières entrées de carburant 68, est plus importante, de préférence nettement plus importante que la quantité requise en vue d’un refroidissement par transpiration de la paroi de buse extérieure 56 et de la paroi de buse intérieure 66.
En particulier, le premier composant de carburant peut être injecté en totalité dans l’espace de poussée 28 à travers la paroi de buse extérieure 56 et la paroi de buse intérieure 66.
La paroi de buse intérieure 66 et la paroi de buse extérieure 56 peuvent présenter, afin de réaliser les premières entrées de carburant 68, en particulier des canaux d’injection, qui débouchent dans l’espace de poussée 28 selon une orientation transversale, en particulier perpendiculaire ou inclinée par rapport à l’axe longitudinal 14.
En variante, les premières entrées de carburant 68 peuvent être réalisées également par des pores de la paroi de buse extérieure 56 et la paroi de buse intérieure 66 réalisées à partir d’un matériau poreux.
La paroi de buse intérieure 66 et la paroi de buse extérieure 56 peuvent être réalisées en particulier à partir d’un matériau céramique ou à partir d’un matériau. Elles peuvent être réalisées aux choix à partir d’une combinaison de matériaux céramiques et/ou métalliques.
L’afflux du premier composant de carburant liquide froid à travers les premières entrées de carburant 68, qui réalisent ainsi dans le même temps une multitude d’entrées d’agent de refroidissement 78, permet d’atteindre quasiment un refroidissement excessif des parois de buse intérieure et extérieure 56 et 66. Cela permet en particulier de choisir pratiquement librement le matériau, à partir duquel la paroi de buse intérieure et la paroi de buse extérieure 56, 66 sont réalisées, dans la mesure où une surchauffe de ces dernières n’est pratiquement pas possible lors du fonctionnement.
L’espace de combustion annulaire 46 étroit permet d’atteindre un mélange satisfaisant et une combustion stable des composants de carburant réagissant les uns avec les autres dans l’espace de poussée 28.
Une porosité dans le cas de parois de buse 56 et 66 poreuses se situe de préférence dans une plage allant d’environ 10 % à environ 30 %, en particulier dans une plage allant d’environ 15 % à environ 25 %. La porosité peut en particulier s’élever à environ 22 %. Dans le cas d’un refroidissement purement et simplement par transpiration, une porosité d’environ 8 % est requise afin de garantir un refroidissement requis. La porosité plus importante permet de garantir qu’une quantité suffisante du premier composant de carburant injecté dans l’espace de poussée 28 à travers les premières entrées de carburant 68 est disponible pour la combustion.
Le premier composant de carburant peut être en particulier de l’hydrogène liquide, du méthane liquide ou du gaz naturel liquide.
La figure 10 illustre une vue agrandie de la découpe A de la figure 5. Les parois de buse 56 et 66 poreuses sont représentées par la ligne en pointillé, et elles définissent la surface d’espace de poussée intérieure et la surface d’espace de poussée extérieure 66 et 62.
La figure 11 illustre une coupe de la découpe de la figure 10. Le deuxième composant de carburant, qui est injecté dans le sens de la flèche 74, rencontre alors par exemple sur les points 78 le premier composant injecté de manière transversale. Cela donne ainsi lieu à une combustion dirigée du premier composant de carburant avec le deuxième composant de carburant dans l’espace de combustion annulaire 46.
Le deuxième composant de carburant peut être en particulier de l’oxygène liquide.
La figure 12 illustre à titre d’exemple une découpe supplémentaire de la première section 32 de l’espace de poussée 28. Ici, la paroi de buse extérieure 56 est réalisée à titre d’exemple avec trois renflements 80, lesquels forment des zones de mélange 82, dans lesquelles une surface de section transversale de l’espace de combustion annulaire 46. Un mélange des composants de carburant peut être en particulier optimisé dans lesdites zones de mélange 82.
Une variante à la configuration ou variante représentée sur la figure 12 est représentée schématiquement sur la figure 13. Ici, des zones de mélange 82 sont formées par des renflements 80 de la paroi de buse intérieure 66. Ainsi un élargissement de la section transversale permet d’atteinte dans l’espace de combustion annulaire 56 sur une longueur donnée de manière parallèle par rapport à l’axe longitudinal 14.
En option, des renflements 80 peuvent être prévus également au niveau de la paroi de buse extérieure 56 et de la paroi de buse intérieure 66 afin de réaliser des zones de mélange 82.
La figure 6 illustre de manière schématique un groupe motopropulseur 84 pourvu d’un dispositif de chambre de poussée 86 comprenant une chambre de poussée 10 représentée à nouveau de manière schématique. L’espace de poussée 28 correspond dans sa forme à l’espace de poussée 28 représenté sur la figure 4.
Le groupe motopropulseur 84 peut servir à entraîner un corps volant 88 ou un engin volant.
Le corps volant 88 comprend un premier réservoir de stockage de carburant 90 pour un premier composant de carburant liquide et un deuxième réservoir de stockage de carburant 92 pour un deuxième composant de carburant liquide. De préférence, le premier composant de carburant est le combustible, dans le cas du deuxième composant de carburant, l’oxydant.
Le premier composant de carburant provenant des premiers réservoirs de stockage de carburant 90 est acheminé en passant par un conduit de carburant 94 en direction d’une roue de pompe 96 d’un système de pompage 98. Ce dernier comprend une turbine 100, sur l’arbre 102 de laquelle la première roue de pompe 96 et une deuxième roue de pompe 104 sont disposées.
Le deuxième composant de carburant est amené à la deuxième roue de pompe en passant par un deuxième conduit de carburant 106.
Le premier composant de carburant est refoulé de la roue de pompe 96 en direction d’une préchambre de combustion 110 en passant par un troisième conduit de carburant 108.
Le deuxième composant de carburant est refoulé depuis la deuxième roue de pompe 104 en passant par un troisième conduit de carburant 112 en direction de la préchambre de combustion 110. Une partie du premier et du deuxième composant de carburant y est brûlée. La turbine 100 est entraînée avec les gaz de combustion, qui sont acheminés par l’intermédiaire d’un conduit d’arrivée 114 en direction de la turbine 110 du système de pompage. Les gaz d’échappement de combustion 116 sont évacués de la préchambre de combustion 110 et ne sont plus réutilisés.
Le premier composant de carburant est acheminé, en passant par des cinquièmes conduits de carburant 118, depuis la première roue de pompe 96 en direction d’un distributeur 120 au niveau de la paroi de buse extérieure 56 ainsi qu’en direction d’un distributeur 122 au niveau de la paroi de buse intérieure 66. Le premier composant de carburant peut alors circuler depuis les distributeurs 120 et 122 en direction des premières entrées de carburant 68 non représentées sur la figure 6 et à travers ces dernières dans l’espace de poussée 28.
La deuxième roue de pompe 104 refoule par un sixième conduit de carburant 124 une partie du deuxième composant de carburant en direction d’un système d’injection 126, qui comprend une paroi d’injection fermant la première extrémité 52 de l’espace de poussée 28, pourvue au moins d’une deuxième sortie de carburant 128 ou d’une multitude de deuxièmes sorties de carburant 128, par lesquelles le deuxième composant de carburant est injecté dans l’espace de combustion annulaire 46 à travers la première extrémité 52.
La figure 6 représente schématiquement ainsi la structure d’un groupe motopropulseur de générateur de gaz.
La figure 7 illustre schématiquement une configuration proposée en variante d’un dispositif de chambre de poussée 86, qui coïncide dans sa structure sensiblement avec le dispositif de chambre de poussée 86 de la figure 6.
Néanmoins, le dispositif de chambre de poussée représenté sur la figure 7 fonctionne dans le cycle de précombustion. En d’autres termes, un mélange des deux composants de carburant, dans lequel le deuxième composant de carburant est largement prédominant, est amené à la préchambre de combustion 110.
Les gaz d’échappement de combustion provenant de la préchambre de combustion 110 et l’oxydant n’ayant pas encore réagi en tant que deuxième composant de carburant sont amenés par le conduit de gaz d’échappement 130 partant de la turbine 100 au système d’injection 126.
Un groupe motopropulseur 84 comprenant le dispositif de chambre de poussée 86 représenté sur la figure 7 peut fonctionner, ainsi que cela a été décrit, dans un cycle de précombustion, si bien qu’ici aucune perte de gaz de combustion ne peut apparaître, mais les gaz de combustion de la préchambre de combustion, qui sont utilisés pour entraîner la turbine 100, parviennent dans l’espace de poussée 28 afin de générer une poussée du groupe motopropulseur 84.
La figure 8 illustre une distribution d’écoulement dans une chambre de poussée 10 ainsi que cela est décrit plus haut. Un profil de viscosité proche de la paroi homogène résulte d’une simulation de gaz chaud le long des surfaces d’espace de poussée intérieure et extérieure 60 et 62. Des nombres de Reynolds dans la plage allant de 0 à 1000 sont indiqués sur l’échelle à droite du profil de viscosité représenté, lesquels correspondent aux luminosités dans le profil de viscosité.
Et, pour finir, la figure 9 illustre un exemple de simulation pour une combustion efficace, qui est atteinte quand le premier composant de carburant et le deuxième composant de carburant sont injectés dans l’espace de poussée 28 totalement séparés l’un de l’autre. Le combustible en tant que premier composant de carburant est injecté dans l’espace de poussée 28 exclusivement par les premières entrées de carburant 68 dans la paroi de buse extérieure 56 et la paroi de buse intérieure 66. Le deuxième composant de carburant est injecté exclusivement par la paroi d’injection du système d’injection 126, laquelle ferme la première extrémité 52 de l’espace de poussée 28.
La traversée saturée ou sursaturée des parois de buse intérieure et extérieure 56 et 66 avec le premier composant de carburant permet d’améliorer le refroidissement de ces dernières, et ce sans pertes de flux massique du premier composant de carburant. De même, des pertes de pression s’il y a lieu sont nettement réduites. Ainsi, une surchauffe de la paroi de buse intérieure et de la paroi de buse extérieure 56, 66 peut être évitée.
Une combustion est améliorée lorsqu’un corps d’insertion par poussée 38 est prévu. De plus, le système du dispositif de chambre de poussée 86 est globalement simplifié, dans la mesure où la structure du système d’injection 126 est simplifiée. Ce dernier sert en particulier exclusivement à l’injection du deuxième composant de carburant.
Le perfectionnement proposé de dispositifs de chambre de poussée connus 5 permet en particulier également l’utilisation efficace du méthane sous une forme liquide, en particulier également directement du gaz naturel en tant que combustible ou premier composant de carburant.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif de chambre de poussée (86), comprenant une chambre de poussée (10) pourvue d’un espace de poussée (28), qui présente une première section (32), une deuxième section (34) se raccordant à la première section et une troisième section (36) se raccordant à la deuxième section (34), dans lequel l’espace de poussée (28) est délimité dans l’ensemble des trois sections (32, 34, 36) par une paroi de buse (56) extérieure pourvue d’une surface d’espace de poussée (62) extérieure, laquelle surface d’espace (62) extérieure se rétrécit dans la première et la deuxième section (32, 34) en direction de la troisième section (34), s’élargit dans la troisième section (34) de manière à s’éloigner de la deuxième section (34) et un endroit (22) le plus étroit est réalisé au niveau du passage allant de la deuxième section (34) vers la troisième section (36), dans lequel la première section (32) est délimitée par mie paroi de buse (66) intérieure pourvue d’une surface d’espace de poussée (60) intérieure, qui se rétrécit en direction de la deuxième section (34), dans lequel est réalisé entre la surface d’espace de poussée intérieure (60) et la surface d’espace de poussée extérieure (62) un espace de combustion annulaire (46), qui s’étend sur la première section (32), dans lequel le dispositif de chambre de poussée (86) comprend en outre une multitude de premières entrées de carburant (68) pour un premier composant de carburant et une multitude de deuxièmes entrées de carburant (128) pour un deuxième composant de carburant, caractérisé en ce que la paroi de buse extérieure (56) comprend au moins une partie de la multitude de premières entrées de carburant (68).
  2. 2. Dispositif de chambre de poussée selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi de buse extérieure (56)
    a) est réalisée de manière à laisser passer au moins en partie des fluides afin de réaliser au moins une partie de la multitude de premières entrées de carburant (68) et/ou
    b) est réalisée de manière poreuse afin de réaliser au moins une partie de la multitude de premières entrées de carburant (68), dans lequel en particulier
    a) une porosité de la paroi de buse extérieure (56) est au moins en partie d’au moins environ 10 %, de préférence environ d’au moins 15 %, mieux encore d’environ au moins 20 %, et/ou
    b) une porosité de la paroi de buse extérieure (56) se modifie en fonction d’une distance (50) par rapport à une première extrémité (52) de la première section (32), dans lequel en particulier la porosité diminue en partant de la première extrémité (52) de la première section (32) en direction de l’endroit (22) le plus étroit.
  3. 3. Dispositif de chambre de poussée selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi de buse intérieure (66)
    a) comprend au moins une partie de la multitude de premières entrées de carburant (68) et/ou
    b) est réalisée de manière à laisser passer au moins en partie des fluides afin de réaliser au moins une partie de la multitude de premières entrées de carburant (68) dans lequel en particulier la paroi de buse intérieure (66) est réalisée de manière poreuse afin de réaliser au moins une partie de la multitude des premières entrées de carburant (68), dans lequel par ailleurs en particulier bl) une porosité de la paroi de buse intérieure (66) est au moins environ de 10 % ; de préférence environ au moins de 15 %, mieux encore environ au moins de 20 % et/ou b2) une porosité de la paroi de buse intérieure (66) se modifie en fonction d’une distance (50) par rapport à une première extrémité (52) de la première section, dans lequel par ailleurs en particulier la porosité diminue en partant de la première extrémité (52) de la première section (32) en direction de la deuxième section (34).
  4. 4. Dispositif de chambre de poussée selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que
    a) l’ensemble des premières entrées de carburant (68) sont disposées ou réalisées dans la paroi de buse extérieure (56) et dans la paroi de buse intérieure (66) ;
    et/ou
    b) la paroi de buse intérieure (66) et la paroi de buse extérieure (56) présentent exclusivement des premières entrées de carburant (68), et/ou
    c) la paroi de buse intérieure (66) et/ou la paroi de buse extérieure (56) sont réalisées à partir d’un matériau céramique et/ou métallique, et/ou
    d) la paroi de buse intérieure (66) présente une multitude d’entrées d’agent de refroidissement intérieures (78) et/ou la paroi de buse extérieure (56) présente une multitude d’entrées d’agent de refroidissement extérieures (78) pour un agent de refroidissement servant à refroidir la paroi de buse intérieure (66) et la paroi de buse extérieure (56), dans lequel en particulier la multitude de premières entrées de carburant (68) forme la multitude d’entrées d’agent de refroidissement intérieures (78) et/ou la multitude d’entrées d’agent de refroidissement extérieures (78).
  5. 5. Dispositif de chambre de poussée selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que
    a) la première section (32) de l’espace de poussée (28) est délimitée, sur un côté pointant de manière à s’éloigner de la deuxième section (34), par une paroi d’injection (126), qui relie entre elles la paroi de buse intérieure (66) et la paroi de buse extérieure (56), et qu’au moins une partie de la multitude de deuxièmes entrées de carburant (128) est disposée ou réalisée dans la paroi d’injection (126), dans lequel en particulier al) la multitude de deuxièmes entrées de carburant (128) est disposée ou réalisée exclusivement dans la paroi d’injection (126) et/ou a2) la paroi d’injection (126) est réalisée de forme annulaire afin de fermer l’espace de combustion annulaire (46) de forme annulaire, et/ou a3) la paroi d’injection (126) comprend exclusivement des deuxièmes entrées de carburant (128), et/ou a4) la multitude de deuxièmes entrées de carburant (128) sont réalisées sous la forme de canaux, qui présentent des embouchures de canal pointant dans l’espace de combustion annulaire (46), et/ou
    b) la surface d’espace de poussée intérieure (60) est réalisée avec une incurvation convexe ou avec une incurvation sensiblement convexe en pointant en direction de la surface d’espace de poussée extérieure (62), et/ou
    c) la surface d’espace de poussée extérieure (62) est réalisée avec une incurvation convexe ou avec une incurvation sensiblement convexe en pointant en direction de la surface d’espace de poussée intérieure (60), et/ou
    d) la chambre de poussée (28) définit un axe longitudinal (14) et la chambre de poussée (28), en particulier la première section (32) et/ou la deuxième section (34) et/ou la troisième section (36), sont réalisées de manière symétrique en rotation par rapport à l’axe longitudinal (14), dans lequel en particulier la surface d’espace de poussée extérieure (62) et/ou la surface d’espace de poussée intérieure (60) sont réalisées de manière symétrique en rotation par rapport à l’axe longitudinal (14).
  6. 6. Dispositif de chambre de poussée selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que
    a) la surface d’espace de poussée intérieure (60) et/ou la surface d’espace de poussée extérieure (62) présentent au moins en partie la forme d’un hyperboloïde de rotation, et/ou
    b) l’espace de combustion annulaire (46) présente une surface de section transversale (48) constante ou sensiblement constante, et/ou
    c) une surface de section transversale (48) de l’espace de combustion annulaire (46) se modifie en fonction d’une distance (50) par rapport à une première extrémité (52) de l’espace de combustion annulaire (46) afin de réaliser au moins une zone de mélange de carburants (82) dans l’espace de combustion annulaire (46),
    d) le dispositif de chambre de poussée comprend un premier dispositif d’injection servant à injecter l’au moins un premier composant de carburant dans l’espace de poussée (28) dans une direction (70, 72) de manière transversale, en particulier de manière perpendiculaire, par rapport à la surface d’espace de poussée (60) intérieure et/ou par rapport à la surface d’espace de poussée extérieure (62), dans lequel en particulier le premier dispositif d’injection comprend un premier dispositif de pompage (96) servant à pomper l’au moins un premier composant de carburant depuis un premier réservoir de stockage de carburant (90) à travers la multitude de premières entrées de carburant (68) dans l’espace de poussée (28), et/ou
    e) le dispositif de chambre de poussée comprend un deuxième dispositif d’injection servant à injecter l’au moins un deuxième composant de carburant dans la première section (32) dans une direction (74) de manière parallèle ou de manière sensiblement parallèle à des tangentes au niveau de la surface d’espace de poussée intérieure (60) et/ou au niveau de la surface d’espace de poussée extérieure (62), dans lequel en particulier le deuxième dispositif d’injection comprend un deuxième dispositif de pompage (104) servant à pomper l’au moins un deuxième composant de carburant depuis un deuxième réservoir de stockage de carburant (92) à travers la multitude de deuxièmes entrées de carburant (128) dans la première section (32).
  7. 7. Groupe motopropulseur (84), en particulier pour un corps volant (88) ou un engin volant, comprenant un dispositif de chambre de poussée (86) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  8. 8. Corps volant (88) ou engin volant, comprenant un premier réservoir de stockage de carburant (90) pour au moins un premier composant de carburant, un deuxième réservoir de stockage de carburant (92) pour au moins un deuxième composant de carburant et un groupe motopropulseur (84) selon la revendication 7.
  9. 9. Procédé servant à faire fonctionner un dispositif de chambre de poussée (86) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’est injectée au moins par une partie de la multitude de premières entrées de carburant (68) dans l’espace de poussée (28) au moins une quantité du premier composant de carburant plus importante que la quantité requise aux fins du refroidissement de la paroi de buse intérieure (66) et/ou de la paroi de buse extérieure (56).
  10. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que 5 a) au moins une quantité deux fois aussi grande du premier composant de carburant est injectée par la multitude de premières entrées de carburant (68) que la quantité requise aux fins du refroidissement de la paroi de buse intérieure (66) et/ou de la paroi de buse extérieure (56), et/ou
    10 b) la totalité du premier composant de carburant est injectée dans l’espace de poussée (28) par la multitude de premières entrées de carburant (68).
    1/8
FR1851967A 2017-03-15 2018-03-07 Dispositif de chambre de poussee et procede pour faire fonctionner un dispositif de chambre de poussee Active FR3064031B1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017105581 2017-03-15
DE102017105581.9 2017-03-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR3064031A1 true FR3064031A1 (fr) 2018-09-21
FR3064031B1 FR3064031B1 (fr) 2021-12-10

Family

ID=63372042

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR1851967A Active FR3064031B1 (fr) 2017-03-15 2018-03-07 Dispositif de chambre de poussee et procede pour faire fonctionner un dispositif de chambre de poussee

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11555471B2 (fr)
EP (1) EP3596327B1 (fr)
CN (2) CN116771549A (fr)
DE (1) DE102017106758A1 (fr)
FR (1) FR3064031B1 (fr)
RU (1) RU2757376C2 (fr)
WO (1) WO2018167204A1 (fr)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020123422A1 (de) 2020-09-08 2022-03-31 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Schubkammervorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Schubkammervorrichtung
DE102020124542A1 (de) 2020-09-21 2022-03-24 Arianegroup Gmbh Brennkammer mit schwingungsdämpfender Innenwandform und Verfahren zum Herstellen eines Brennkammerabschnitts

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2555081A (en) * 1946-03-26 1951-05-29 Daniel And Florence Guggenheim Means for supplying liquids to an annular rotating combustion chamber
US2544419A (en) * 1947-03-22 1951-03-06 Daniel And Florence Guggenheim Combustion chamber with wide-angle discharge for use in propulsion apparatus
US2667740A (en) * 1950-06-06 1954-02-02 Daniel And Florence Guggenheim Means for supplying and cooling rocket type combustion chambers
US3451223A (en) * 1966-12-06 1969-06-24 Howard Vern Main Rocket engine chamber cooling and injection system
DE1926728B1 (de) * 1969-05-24 1971-03-25 Messerschmitt Boelkow Blohm Brennkammer fuer Strahltriebwerke,insbesondere fuer Raketen-Staustrahltriebwerke
DE2300983A1 (de) * 1973-01-10 1974-07-11 Messerschmitt Boelkow Blohm Zuendsystem fuer mit nichthypergolen treibstoffkomponenten betriebene brennkammern von raketentriebwerken
US4073138A (en) * 1974-05-28 1978-02-14 Aerojet-General Corporation Mixed mode rocket engine
US4835959A (en) 1986-10-14 1989-06-06 General Electric Company Multiple-propellant air vehicle and propulsion system
US4841723A (en) * 1986-10-14 1989-06-27 General Electric Company Multiple-propellant air vehicle and propulsion system
FR2610044A1 (fr) * 1986-10-14 1988-07-29 Gen Electric Systeme de propulsion comportant une garniture perfectionnee de la chambre de combustion et procede de fabrication d'une telle fabrication
US4840025A (en) 1986-10-14 1989-06-20 General Electric Company Multiple-propellant air vehicle and propulsion system
FR2605053A1 (fr) * 1986-10-14 1988-04-15 Gen Electric Aeronef a combustibles multiples, et son systeme de propulsion
US4926632A (en) * 1988-02-01 1990-05-22 Olin Corporation Performance arcjet thruster
DE19730674A1 (de) * 1997-07-17 1999-01-21 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Brennkammer und Verfahren zur Herstellung einer Brennkammer
EP1034063B1 (fr) * 1997-10-30 2002-12-11 Volvo Aero Corporation Procede de production d'articles symetriques en rotation faits d'une tole metallique qui possede une surface a double courbure et une epaisseur variable
RU2158841C2 (ru) * 1999-01-21 2000-11-10 Открытое акционерное общество "НПО Энергомаш им. акад. В.П. Глушко" Камера жидкостного ракетного двигателя и ее корпус
FR2836699B1 (fr) 2002-03-04 2005-02-11 Eads Launch Vehicles Moteur de fusee
DE102005036137A1 (de) 2005-07-26 2007-02-01 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Brennkammer und Verfahren zur Herstellung einer Brennkammer
DE102006029586A1 (de) 2006-06-20 2007-12-27 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Einblaskopf, Mischungsraum und Triebwerk
DE102011000383B4 (de) * 2011-01-28 2015-01-22 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Triebwerkvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Triebwerkvorrichtung
FR2987081B1 (fr) 2012-02-21 2017-03-31 Snecma Ensemble et procede propulsifs
RU2511791C1 (ru) * 2013-03-18 2014-04-10 Николай Борисович Болотин Система охлаждения камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя
DE102013105345B4 (de) 2013-05-24 2019-01-10 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Schubkammervorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Schubkammervorrichtung
DE102013105342B4 (de) 2013-05-24 2021-06-17 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur Herstellung eines Injektors und Injektor
CN103670797B (zh) * 2013-12-06 2015-12-09 北京动力机械研究所 一种固液冲压发动机
US20150267615A1 (en) * 2014-03-21 2015-09-24 Michael Marion McCulley Alternative fuel rocket augmentation device

Also Published As

Publication number Publication date
RU2019131586A (ru) 2021-04-15
CN116771549A (zh) 2023-09-19
EP3596327A1 (fr) 2020-01-22
US20200095956A1 (en) 2020-03-26
RU2019131586A3 (fr) 2021-08-16
CN110475963A (zh) 2019-11-19
US11555471B2 (en) 2023-01-17
WO2018167204A1 (fr) 2018-09-20
DE102017106758A1 (de) 2018-09-20
EP3596327B1 (fr) 2021-06-09
RU2757376C2 (ru) 2021-10-14
FR3064031B1 (fr) 2021-12-10
CN110475963B (zh) 2023-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2643579B1 (fr) Propulseur combine turboreacteur et statoreacteur
FR3078550A1 (fr) Bras d’alimentation pour injecteur de carburant a circuits multiples
CA2585878C (fr) Ensemble d'echappement des gaz de propulsion dans un aeronef formant un coude
EP1770333B1 (fr) Bras d'injecteur anti-cokéfaction
EP1577530B1 (fr) Dispositif et méthode d'allumage d'un système de post-combustion pour turbo-réacteur à double flux
EP1849984B1 (fr) Ensemble d'échappement des gaz de propulsion dans un aéronef avec deux canaux coudés
FR2921463A1 (fr) Chambre de combustion d'une turbomachine
FR2920033A1 (fr) Turbomachine avec diffuseur
FR2675850A1 (fr) Injecteur de carburant pour statoreacteur.
FR2899314A1 (fr) Dispositif d'injection d'un melange d'air et de carburant, chambre de combustion et turbomachine munies d'un tel dispositif
FR2915521A1 (fr) Generateur de tourbillons d'ecoulement de fluide caloporteur pour un moteur-fusee
FR2987081A1 (fr) Ensemble et procede propulsifs
FR2616886A1 (fr) Chambre de combustion annulaire pour une turbine a gaz
EP2766591B1 (fr) Dispositif de propulsion à réaction et procédé d'alimentation en ergols
FR2681641A1 (fr) Dispositif de refroidissement pour moteurs a reaction, notamment pour moteurs a reaction hypersoniques.
EP2053311B1 (fr) Parois de chambre de combustion à dilution et refroidissement optimisés, chambre de combustion et turbomachine en étant munies
FR3064031A1 (fr) Dispositif de chambre de poussee et procede pour faire fonctionner un dispositif de chambre de poussee
CA2605947A1 (fr) Canal de transition entre deux etages de turbine
FR3042543A1 (fr) Torche d'allumage pour moteur fusee
EP2313635B1 (fr) Réacteur comportant une pluralité de moteurs-fusées
WO2009153480A2 (fr) Turbomachine avec diffuseur
EP2805039B1 (fr) Moteur pour fusée a alimentation optimisée
EP3931083A1 (fr) Dispositif de degivrage pour une entree d'air d'une nacelle de turboreacteur d'aeronef
FR3084449A1 (fr) Dispositif d'injection de carburant multipoint
FR3061948A1 (fr) Chambre de combustion de turbomachine a haute permeabilite

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 4

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20210402

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 5

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 6

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 7