WO2004109084A1 - Moteur a detonations pulsees - Google Patents

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WO2004109084A1
WO2004109084A1 PCT/FR2004/001313 FR2004001313W WO2004109084A1 WO 2004109084 A1 WO2004109084 A1 WO 2004109084A1 FR 2004001313 W FR2004001313 W FR 2004001313W WO 2004109084 A1 WO2004109084 A1 WO 2004109084A1
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movable
piston
motor according
chamber
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Emeric Daniau
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MBDA France SAS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K7/00—Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof
    • F02K7/02—Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof the jet being intermittent, i.e. pulse-jet
    • F02K7/06—Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof the jet being intermittent, i.e. pulse-jet with combustion chambers having valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B71/00—Free-piston engines; Engines without rotary main shaft
    • F02B71/04—Adaptations of such engines for special use; Combinations of such engines with apparatus driven thereby
    • F02B71/06—Free-piston combustion gas generators per se
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the present invention relates to a pulsed detonation engine, that is to say a reciprocating internal combustion engine using a supersonic combustion regime (detonation) for delivering very high propagation speeds.
  • a pulsed detonation engine that is to say a reciprocating internal combustion engine using a supersonic combustion regime (detonation) for delivering very high propagation speeds.
  • This type of engine finds applications including, although not exclusively, in the aeronautical, space and military fields for equipping aircraft, rockets, missiles, etc.
  • the combustion chamber of such an engine is defined by a flame tube closed at one end by a transverse bottom (designated push wall) where the products coming from the detonation of the fuel charge to generate the thrust, which charge is introduced into the chamber by a feeder.
  • injection control devices are mainly used: namely, an aero-acoustic device which uses the overpressure in the chamber to aerodynamically block the admission of the fuel charge and a controlled valve electromechanical device, is usual and movable in translation, or rotary.
  • the aero-acoustic device depends on the injection conditions of the fuel mixture and, even if it is of great simplicity of realization, it does not allow an optimization of the intake for the entire operating range of the engine , which results in a degradation of the performances of this one.
  • the electromechanical device requires conventional valves capable of high instantaneous and therefore expensive flow rates, or rotary valves which, if they are well adapted in rocket mode, are less effective in aerobic operation.
  • these two types of valves greatly complicate the design of the engine, the simplicity of implementation remains one of the strengths.
  • the object of the present invention is to remedy these drawbacks and concerns a pulsed detonation engine whose design is structurally simple and guarantees a high degree of operational safety.
  • the pulsed detonation engine fed cyclically by a fuel charge fed into the combustion chamber of a flame tube with transverse bottom by a feeding device is remarkable:
  • transverse bottom of the flame tube is mounted movable relative thereto to occupy two limit positions, a first position corresponding to the detonation phase of the fuel charge in the combustion chamber of said tube and a second position corresponding to the supply phase of the fuel charge in said chamber;
  • the motor eliminates complex feed devices valves or the like, since it is the transverse bottom itself, forming the push wall, which requires the operation of two phases power and detonation of the engine, by its mobility by opening and closing the supply opening. Accordingly, the movable bottom, ensuring the control and the proper operation of the two phases and their transitions, can be considered as an integral part of the feeder. It should also be noted that the use of the mobile transverse bottom for the autonomous control of the fuel-oxidant intake in the combustion chamber is of a great mechanical simplicity guaranteeing a high level of safety and reliability of operation, moreover, without outside energy. For example, said movable transverse bottom can slide relative to said tube between the two said positions and / or it can rotate relative to said tube between the two positions.
  • Said transverse bottom may advantageously have the shape of a transverse wall piston facing said chamber and lateral skirt cooperating with the wall of said tube to close said feed opening in the first position of said bottom, and said releasable locking means comprise then an inner block housed in said piston slidably and through its transverse wall to open into said combustion chamber, and at least one locking roller subject to the displacement of said block and being able to traverse radially the lateral skirt of said piston for engaging in a receiving housing of said tube and block said bottom.
  • said movable transverse bottom may be rotatably mounted on a piston disposed in said flame tube and be provided with peripheral locking lugs adapted to cooperate, in said first position, with locking housings, formed in said flame tube and in communication with said combustion chamber, and, under the effect of a detonation, said movable transverse bottom is rotatable relative to said piston, inhibiting the cooperation of the locking pins and locking housings and allowing said piston to take said second position.
  • said tube there is an internal stop for marking the first position of said movable floor.
  • said internal stop is in the form of an internal annular shoulder coming from the side wall of said tube and against which the piston of said movable bottom is applied in its first position.
  • elastic return means are provided in said tube for returning said movable bottom of its second position towards its first position.
  • These elastic return means comprise for example at least one spring acting on the inner block of said movable bottom.
  • said lateral supply opening is preferably arranged adjacent to said internal stop.
  • the engine may include an ignition device which advantageously uses the reciprocating movement of said movable transverse bottom to cyclically initiate the fuel charge.
  • said ignition device is of the piezoelectric type and comprises, for example, a movable weight linked to said movable transverse bottom, a retaining device adapted to maintain said weight in said armed position, an elastic return element of said weight in the percussion position as a result of the release of said retainer, and a piezoelectric member generating an electric current for initiating said fuel charge when said weight comes into the percussion position.
  • Figure 1 is a schematic longitudinal sectional view of a first embodiment of the pulsed detonation engine according to the invention, showing the movable bottom in the first position.
  • Figure 2 is a view similar to the previous showing the movable bottom of said motor in its second position.
  • Figure 3 schematically shows, in section and perspective, the inside of the flame tube of a second embodiment of the present invention.
  • Figures 4 and 5 show, schematically and respectively, the first and second positions of the moving transverse bottom of the flame tube of Figure 3.
  • FIG. 6 is a diagrammatic view of a said engine ignition device, representing, according to two lower and upper half-sections, its two extreme operating positions.
  • the pulsed detonation engine I shown schematically and partially in FIGS. 1 and 2, comprises a cylindrical flame tube 2 with a longitudinal axis A, and a transverse bottom 3 housed with adjustment inside the flame tube 2.
  • This bottom transverse 3 defines, with the side wall 4 of the tube 2, a combustion chamber 5 partially illustrated, adapted to receive cyclically a fuel charge from a feed device symbolized in 6 by a rectangle, providing the fuel-oxidant mixture .
  • the transverse bottom 3 defines the push wall against which the detonation products of the combustible charge are applied to generate the thrust.
  • the transverse bottom 3 is movably mounted relative to the flame tube 2 of the engine I and can move between two distinct limit positions, a first position (FIG. 1) isolating the combustion chamber 5 from the device supply 6, corresponding to the detonation phase of the fuel charge, and a second position (FIG. 2) putting in fluid communication the supply device and the combustion chamber, corresponding to the supply phase of the chamber by the combustible charge.
  • a first position isolating the combustion chamber 5 from the device supply 6, corresponding to the detonation phase of the fuel charge
  • a second position FIG. 2
  • openings 7 for the admission of the combustible charge, from the feed device 6, into the chamber 5 are formed in the side wall 4 of the flame tube, which openings 7 are closed when the transverse bottom movable 3 is in its first position, and cleared when it occupies its second position. So the bottom mobile 3 allows to separate and put in communication the inlet of the mixture of the combustion chamber 5 in the manner of the valves of the prior art, controlling the supply
  • the displacement of the transverse bottom 3 between its two positions is, in this preferred embodiment, the sliding type, along the longitudinal axis A, but it could be of the rotary type, or helical.
  • an inner annular shoulder 8 is provided in the side wall 4 of the tube, so that the bottom is pressed against it 8 by their edges chanfines each cycle of operation engine, by defining its "top dead center”.
  • the transverse bottom 3 is structurally in the form of a piston 10 usually consisting of a transverse wall 11 facing the combustion chamber and a lateral skirt 12 cooperating, with adjustment, with the side wall
  • a cylindrical inner block or body 14 cooperating with the lateral skirt 12 of the piston and one end 15 of which is conical to engage in a corresponding axial hole 16 in the center of the transverse wall. 1 1 of the piston and thus open in the combustion chamber 5. It is therefore understood that this block is axially movable relative to the piston under the action of the detonation gases.
  • pebbles or locking balls 1 7 are received in radial passages 1 8 of the side skirt of the piston and partially engage, under the action of a conical shoulder 1 9 forming a ramp, provided at the periphery of the block 1 4, in receiving housings 20 arranged in correspondence in the side wall 4 of the tube 2.
  • Two rollers 1 7 are shown in Figure 1 but their number could be different.
  • the assembly formed by the inner block 14 and the rollers 1 7 defines the locking means 9 to immobilize the piston 10, that is to say the transverse bottom 3, in its first position.
  • elastic return means 21 are provided between the movable transverse bottom 3 and the tube 2, on the side opposite the chamber 5, to spontaneously return said bottom from its second position (FIG. 2) to its first position (FIG. ) locked.
  • these means are simply defined by a compression spring 22 disposed between the end 23 of the block, opposite to the conical end 1 5, and a transverse support 24 provided in the tube 2.
  • a rod of spring guide 25, issuing from the end 23 of said block, may be associated with said spring.
  • the inlet openings 7 of the flame tube 2 are entirely disengaged during the depression phase caused by the over-expansion. detonation products. And a phenomenon of self-suction consequently allows the autonomous filling of the combustion chamber 5 of the engine with a fuel-oxidant mixture of the feed device. Then, under the action of the compression spring 22, the inner block
  • the immobile transverse bottom 3 of the flame tube 2 is rotatably mounted on a piston 40 disposed in the latter, for example by means of an axially loaded axially loaded shaft 41 (of known way not shown).
  • the mobile transverse bottom 3 is provided with locking lugs 42, able to cooperate, in said first position (FIG. 4), with locking housings 43 made in the thickness of said flame tube 2.
  • Each housing of locking 43 has the shape of an L with an axial leg 43A and a transverse branch 43T.
  • the sequence of operation of the engine II of FIGS. 3 to 5 is as follows: the assembly of the mobile transverse bottom 3 and the piston 40 being in the first position (FIG. 4), the locking lugs 42 are supported in the branches transverse 43T locking housing 43 under the action of the elastic load of said axial shaft 41 and the feed openings 7 are closed; - When the detonation of the fuel charge in the combustion chamber 5 is initiated, the pressure increases strongly in said chamber, but the movable transverse bottom 3 and the piston 40 are blocked by the locking pins 42 and can not move back; however, when the detonation which sweeps the combustion chamber reaches the height of the orifices 45 of the ducts 44, part of the pressurized gases is sensed and directed towards the locking receptacles 43;
  • said supply openings 7 are fully open during the depression phase caused by the over-expansion of the detonation products, the self-suction phenomenon allowing the autonomous filling of the combustion chamber 5 with a fuel mixture.
  • the engine II is then again in its first position, ready for a new cycle.
  • the reciprocating movement of the pushing wall can also be exploited to produce usable energy to ensure the priming of the combustion chamber. fuel load or to partially cover the electrical requirements of the motorized vehicle.
  • this device 30 is of the piezoelectric type but it could be by induction coil or the like.
  • the means of the device comprise a movable weight 31, a retaining device 32 such as, in this example, an electromagnet, an elastic element 33 and a piezoelectric element 34.
  • the weight 31 is provided with a lug 35 for its connection with the movable bottom 3 (not shown), and it is arranged between the electromagnet 32 and the piezoelectric member 34 for its reciprocating movement parallel to the axis A between two respective positions.
  • the first position of the weight 31 corresponds to the lower half-view of FIG. 3 for which the weight 31, brought by the recoil of the moving bottom via the pin 35, is armed and connected to the electromagnet 32 thanks to the supply current flowing in it.
  • the elastic element 33 such as a compression spring, situated between the electromagnet and the flyweight, is compressed and the flyweight is moved away. of the piezoelectric organ.
  • the retaining device 32 of the feeder is of the electric type but it could be of the mechanical type.
  • the second position of the weight 31 corresponds to the upper half-view of FIG. 3 for which the weight is released from the retaining device and strikes the crystal of the piezoelectric member 34, as a result of the breaking of the current.
  • supply of the electromagnet 32 and the action of the elastic element 33 Its contact with the piezoelectric member 34 generates a high voltage current used for the ignition of the motor, that is to say the ignition of the fuel charge, when the movable bottom 3 is in its first position ( Figure 1).
  • the Applicant has found that the movable thrust wall also allows better control of the thrust by smoothing the impulse nature of the detonation and by reducing the vibration environment likely to be generated by such an engine, which can not that facilitate the integration of this type of engine in aeronautical cells.

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Abstract

Selon l'invention, le fond transversal (3) du tube de flamme (2) est monté mobile par rapport à celui-ci pour pouvoir occuper deux positions limites, une première position correspondant à la phase de détonation de la charge combustible dans la chambre de combustion (5) du tube et une seconde position correspondant à la phase d'alimentation de la charge combustible dans ladite chambre, et, dans la paroi latérale (4) du tube, au moins une ouverture d'alimentation (7) de la charge combusti­ble est prévue, qui est obturée et séparée de la chambre de combustion (5) par le fond mobile (3), quand ce dernier occupe sa première posi­tion, et qui est en communication fluidique avec la chambre (5), quand le fond mobile (3) occupe sa seconde position.

Description

Moteur à détonations puisées .
La présente invention concerne un moteur à détonations puisées, c'est-à-dire un moteur alternatif à combustion interne utilisant un régime de combustion supersonique (détonation) permettant de délivrer des vitesses de propagation très élevées. Ce type de moteur trouve des applications notamment, quoique non exclusivement, dans les domaines aéronautique, spatial et militaire pour équiper des aéronefs, fusées, missiles, etc..
On sait que la détonation est un mode particulier de propagation d'une flamme qui résulte du couplage entre une onde de choc et un front de combustion, de sorte que l'onde de choc comprime la charge combustible (mélange carburant-comburant) située dans la chambre de combustion du moteur, pour l'amener au-delà de son point d'auto-inflammation et l'énergie libérée par la combustion assure en retour la pérennité de l'onde de choc. Le cycle de fonctionnement d'un tel moteur peut être ainsi réduit à trois temps :
- un premier temps relatif à la phase d'alimentation en mélange ou charge combustible ;
- un deuxième temps relatif à la phase de détonation assurant la compression et la libération de l'énergie chimique engendrée par la charge ; et
- un troisième temps relatif à la phase de détente des produits de détonation.
Structurellement, la chambre de combustion d'un tel moteur est définie par un tube de flamme fermé à une extrémité par un fond transver- sal (désigné mur de poussée) où prennent appui les produits issus de la détonation de la charge combustible pour engendrer la poussée, laquelle charge est introduite dans la chambre par un dispositif d'alimentation.
Bien évidemment, le déroulement des différentes phases du cycle de fonctionnement du moteur est un point potentiellement critique et, en particulier, la maîtrise de la phase d'alimentation qui peut influer très fortement sur la performance d'un tel moteur.
Actuellement, deux dispositifs de contrôle d'alimentation par injection sont principalement utilisés : à savoir, un dispositif aéro-acoustique qui utilise la surpression dans la chambre pour bloquer aérodynamique- ment l'admission de la charge combustible et un dispositif électromécanique par vanne pilotée, soit usuelle et déplaçable en translation, soit rotative.
Bien que ces dispositifs d'alimentation soient largement utilisés, ils présentent néanmoins des inconvénients. En effet, le dispositif aéro- acoustique dépend des conditions d'injection du mélange combustible et, même s'il est d'une grande simplicité de réalisation, il ne permet pas une optimisation de l'admission pour toute la plage de fonctionnement du moteur, ce qui entraîne une dégradation des performances de celui-ci. Quant au dispositif électromécanique, il exige des vannes usuelles capables de passer de forts débits instantanés et, donc, coûteuses, ou des vannes rotatives qui, si elles sont bien adaptées en mode fusée, sont moins efficaces en fonctionnement aérobie. De plus, ces deux types de vannes compliquent fortement la conception du moteur dont la simplicité de réalisation reste l'un des points forts. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne un moteur à détonations puisées dont la conception est struc- turellement simple et garantit une grande sécurité de fonctionnement.
A cet effet, le moteur à détonations puisées alimenté cycliquement par une charge combustible amenée dans la chambre de combustion d'un tube de flamme à fond transversal par un dispositif d'alimentation, est remarquable :
- en ce que ledit fond transversal du tube de flamme est monté mobile par rapport à celui-ci pour pouvoir occuper deux positions limites, une première position correspondant à la phase de détonation de la charge combustible dans la chambre de combustion dudit tube et une seconde position correspondant à la phase d'alimentation de la charge combustible dans ladite chambre ;
- en ce que, dans la paroi latérale dudit tube, au moins une ouverture d'alimentation de ladite charge combustible est prévue, qui est obturée et séparée de ladite chambre de combustion par ledit fond mobile, quand ce dernier occupe sa première position, et qui est en communication fluidique avec ladite chambre, quand ledit fond mobile occupe sa seconde position ; et - en ce que, dans ladite première position, ledit fond transversal mobile est solidarisé dudit tube par des moyens de verrouillage libérables.
Ainsi, grâce à l'invention, le moteur s'affranchit de dispositifs d'alimentation complexes à vannes ou analogues, puisque c'est le fond transversal lui-même, formant le mur de poussée, qui impose le fonction- nement des deux phases d'alimentation et de détonation du moteur, par sa mobilité en ouvrant et fermant l'ouverture d'alimentation. En conséquence, le fond mobile, en assurant le contrôle et le bon fonctionnement des deux phases et leurs transitions, peut être considéré comme faisant partie intégrante du dispositif d'alimentation. On remarque également que l'utilisation du fond transversal mobile pour le contrôle autonome de l'admission carburant-comburant dans la chambre de combustion est d'une grande simplicité mécanique garantissant une sécurité et une fiabilité de fonctionnement importantes, par ailleurs, sans apport d'énergie extérieure. Par exemple, ledit fond transversal mobile peut coulisser par rapport audit tube entre les deux dites positions et/ou il peut tourner par rapport audit tube entre les deux positions.
Ledit fond transversal peut présenter avantageusement la forme d'un piston à paroi transversale tournée vers ladite chambre et à jupe latérale coopérant avec la paroi dudit tube pour obturer ladite ouverture d'alimentation dans la première position dudit fond, et lesdits moyens de verrouillage libérables comportent alors un bloc interne logé dans ledit piston de façon coulissante et traversant sa paroi transversale pour débou- cher dans ladite chambre de combustion, ainsi qu'au moins un galet de verrouillage soumis au déplacement dudit bloc et pouvant traverser radia- lement la jupe latérale dudit piston pour s'engager dans un logement de réception dudit tube et bloquer ledit fond.
En variante, ledit fond transversal mobile peut être monté rotatif sur un piston disposé dans ledit tube de flamme et être pourvu de tenons de verrouillage périphériques aptes à coopérer, dans ladite première position, avec des logements de verrouillage, pratiqués dans ledit tube de flamme et en communication avec ladite chambre de combustion, et, sous l'effet d'une détonation, ledit fond transversal mobile peut tourner par rapport audit piston, inhibant la coopération des tenons de verrouillage et des logements de verrouillage et permettant audit piston de prendre ladite seconde position.
Par ailleurs, dans ledit tube, est prévue une butée interne pour marquer la première position dudit fond mobile. De préférence, ladite bu- tée interne se présente sous la forme d'un épaulement annulaire interne issu de la paroi latérale dudit tube et contre lequel s'applique le piston dudit fond mobile dans sa première position.
Selon une autre caractéristique, des moyens élastiques de rappel sont prévus dans ledit tube pour ramener ledit fond mobile de sa seconde position vers sa première position. Ces moyens élastiques de rappel comportent par exemple au moins un ressort agissant sur le bloc interne dudit fond mobile.
De plus, ladite ouverture latérale d'alimentation est de préférence agencée de façon adjacente à ladite butée interne.
Par ailleurs, le moteur peut comporter un dispositif d'allumage qui, avantageusement, utilise le mouvement de va-et-vient dudit fond transversal mobile pour amorcer cycliquement la charge combustible.
Dans un mode préféré de réalisation, quoique non exclusif, ledit dispositif d'allumage est du type piézo-électrique et comporte, par exemple, une masselotte mobile liée audit fond transversal mobile, un dispositif de retenue apte à maintenir en position armée ladite masselotte, un élément élastique de rappel de ladite masselotte en position de percussion par suite de la libération dudit dispositif de retenue, et un organe piézo- électrique engendrant un courant électrique pour amorcer ladite charge combustible quand ladite masselotte vient en position de percussion.
Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un premier exemple de réalisation du moteur à détonations puisées conforme à l'invention, montrant le fond mobile dans la première position.
La figure 2 est une vue analogue à la précédente montrant le fond mobile dudit moteur dans sa seconde position. La figure 3 montre schématiquement, en coupe et perspective, l'intérieur du tube de flamme d'un second exemple de réalisation de la présente invention. Les figures 4 et 5 montrent, schématiquement et respectivement, les première et seconde positions du fond transversal mobile du tube de flamme de la figure 3.
La figure 6 est une vue schématique d'un dispositif d'allumage du- dit moteur, représentant selon deux demi-coupes inférieure et supérieure, ses deux positions extrêmes de fonctionnement.
Le moteur à détonations puisées I, représenté schématiquement et partiellement sur les figures 1 et 2, comprend un tube de flamme 2 cylindrique à axe longitudinal A, et un fond transversal 3 logé avec ajustement à l'intérieur du tube de flamme 2. Ce fond transversal 3 délimite, avec la paroi latérale 4 du tube 2, une chambre de combustion 5 en partie illustrée, apte à recevoir cycliquement une charge combustible issue d'un dispositif d'alimentation symbolisé en 6 par un rectangle, fournissant le mélange carburant-comburant. Le fond transversal 3 définit le mur de pous- sée contre lequel s'appliquent les produits de détonation de la charge combustible pour engendrer la poussée.
Selon l'invention, le fond transversal 3 est monté mobile par rapport au tube de flamme 2 du moteur I et peut se déplacer entre deux positions limites distinctes, une première position (figure 1 ) isolant la cham- bre de combustion 5 du dispositif d'alimentation 6, correspondant à la phase de détonation de la charge combustible, et une seconde position (figure 2) mettant en communication fluidique le dispositif d'alimentation et la chambre de combustion, correspondant à la phase d'alimentation de la chambre par la charge combustible. Pour cela, des ouvertures 7 pour l'admission de la charge combustible, à partir du dispositif d'alimentation 6, dans la chambre 5 sont ménagées dans la paroi latérale 4 du tube de flamme, lesquelles ouvertures 7 sont obturées quand le fond transversal mobile 3 est dans sa première position, et dégagées lorsqu'il occupe sa seconde position. Ainsi, le fond mobile 3 permet de séparer et de mettre en communication l'entrée du mélange de la chambre de combustion 5 à la manière des vannes de l'art antérieur, contrôlant le dispositif d'alimentation.
Comme le montrent les deux figures, le déplacement du fond transversal 3 entre ses deux positions est, dans ce mode préféré de réalisation, du type coulissant, selon l'axe longitudinal A, mais il pourrait être du type rotatif, voire hélicoïdal. Ainsi, pour marquer la première position du fond coulissant 3, un épaulement annulaire interne 8 est prévu dans la paroi latérale 4 du tube, de sorte que le fond s'applique contre celui-ci 8 par leurs bords chanf reines à chaque cycle de fonctionnement du moteur, en définissant son «point mort haut». Et pour maintenir le fond coulissant
3 dans cette première position durant la phase de détonation du moteur, des moyens de verrouillage libérables 9 sont prévus pour associer temporairement le fond transversal coulissant 3 au tube 4. Dans la réalisation illustrée, le fond transversal 3 se présente structurellement sous la forme d'un piston 10 composé, de façon usuelle, d'une paroi transversale 1 1 tournée vers la chambre de combustion et d'une jupe latérale 12 qui coopère, avec ajustement, avec la paroi latérale
4 du tube 2. De cette façon, sur la figure 1 , la jupe latérale 12 du piston obture les ouvertures d'admission ou d'alimentation 7 en mélange combustible, lesquelles sont ménagées dans le tube 2 de façon adjacente à l'épaulement annulaire interne 8.
A l'intérieur du piston 10 se trouve un bloc ou corps interne 14 cylindrique coopérant avec la jupe latérale 12 du piston et dont une ex- trémité 15 est conique pour s'engager dans un trou axial 16 correspondant ménagé au centre de la paroi transversale 1 1 du piston et déboucher ainsi dans la chambre de combustion 5. On comprend donc que ce bloc est axialement déplaçable par rapport au piston sous l'action des gaz de détonation. Par ailleurs, comme le montre la figure 1 , des galets ou billes de verrouillage 1 7 sont reçus dans des passages radiaux 1 8 de la jupe latérale du piston et s'engagent en partie, sous l'action d'un épaulement conique 1 9 formant rampe, prévu à la périphérie du bloc 1 4, dans des logements de réception 20 ménagés en correspondance dans la paroi latérale 4 du tube 2. Deux galets 1 7 sont représentés sur la figure 1 mais leur nombre pourrait être différent. L'ensemble formé par le bloc interne 14 et les galets 1 7 définit les moyens de verrouillage 9 pour immobiliser le piston 10, c'est-à-dire le fond transversal 3, dans sa première position.
En outre, des moyens élastiques de rappel 21 sont prévus entre le fond transversal mobile 3 et le tube 2, du côté opposé à la chambre 5, pour ramener spontanément ledit fond de sa seconde position (figure 2) vers sa première position (figure 1 ) verrouillée. Par exemple, ces moyens sont simplement définis par un ressort de compression 22 disposé entre l'extrémité 23 du bloc, opposée à l'extrémité conique 1 5, et un appui transversal 24 prévu dans le tube 2. De façon usuelle, une tige de guidage 25 du ressort, issue de l'extrémité 23 dudit bloc, peut être associée audit ressort.
Le cycle de fonctionnement d'un tel moteur à détonations puisées décrit ci-dessus est le suivant. Tout d'abord, on suppose que le moteur I se trouve dans la configuration illustrée sur la figure 1 pour laquelle le fond transversal mobile 3 est dans sa première position, c'est-à-dire :
- est en appui contre l'épaulement annulaire interne 8 du tube 2, sous l'action du ressort 22, et assure l'étanchéité de la chambre de combus- tion 5 par la coopération des bords chanfreinés du piston 1 0 et de l'épaulement 8 ;
- obture les ouvertures d'admission 7 du tube par la jupe latérale 1 2 du piston 1 0, de sorte que la chambre de combustion 5 est séparée de l'entrée du mélange issu du dispositif d'alimentation 6 ; et - est verrouillé dans cette position par les galets de verrouillage 1 7 traversant partiellement sa jupe latérale 1 2 et engagés dans les logements de réception 20 du tube, grâce à l'action de la rampe conique 1 9 du bloc 1 4 poussé par le ressort 22 et obturant, par son extrémité 1 5, le trou 1 6.
Lorsque la détonation du mélange combustible comprimé dans la chambre 5 se produit, par l'intermédiaire d'un dispositif d'allumage qui sera décrit en regard de la figure 3, la pression augmente fortement dans la chambre, mais le piston 10 du fond 3, formant le mur de poussée, est bloqué en position par les galets de verrouillage 1 7, et ne peut donc reculer. En revanche, les gaz de détonation sont au contact de l'extrémité conique 1 5 du bloc interne 14, qui débouche dans la chambre 5 à travers le trou central 1 6 de la paroi transversale 1 1 du piston, et agissent sur le bloc qui, par la pression engendrée, recule et commence à comprimer le ressort 22. Durant son mouvement axial de recul, les galets de verrouillage 1 7 suivent la rampe conique 1 9 du bloc 14 et quittent ainsi les logements 20 du tube de flamme 2 pour être reçus dans les passages radiaux 1 8 du piston.
La pression dans la chambre de combustion 5 est provisoirement tombée sous l'effet de la détente arrière des produits de détonation et, comme le fond mobile 3 n'est plus verrouillé, il peut donc reculer librement, avec le bloc interne 14, vers la gauche sur la figure 1 à encontre du ressort, sous l'effet de la surpression résiduelle qui règne dans la chambre. Simultanément, la jupe latérale 1 2 du piston 1 0 découvre les ouvertures d'admission 7 du tube 2 et le fond mobile 3 atteint alors sa seconde position illustrée sur la figure 2, comprimant le ressort 22 disposé entre l'appui 24 du tube et l'extrémité 23 du bloc.
Les ouvertures d'admission 7 du tube de flamme 2 sont entièrement dégagées lors de la phase de dépression provoquée par la sur-expan- sion des produits de détonation. Et un phénomène d'auto-aspiration permet en conséquence le remplissage autonome de la chambre de combustion 5 du moteur en mélange carburant-oxydant du dispositif d'alimentation. Puis, sous l'action du ressort de compression 22, le bloc interne
14 et le piston mobile 10 sont renvoyés vers la chambre, le piston obturant les ouvertures d'admission 7 et venant en butée axiale contre l'épaulement 8 du tube, tandis que les galets de verrouillage 17, sous l'action de la rampe conique 1 9, se réengagent dans les logements 20 du tube en immobilisant le fond 3 dans sa première position.
Un nouveau cycle de fonctionnement du moteur I peut débuter. Dans le mode de réalisation II des figures 3, 4 et 5, le fond transversal immobile 3 du tube de flamme 2 est monté rotatif sur un piston 40 disposé dans ce dernier, par exemple au moyen d'un arbre axial 41 chargé élastiquement (de façon connue non représentée). A sa périphérie, le fond transversal mobile 3 est pourvu de tenons de verrouillage 42, aptes à coopérer, dans ladite première position (figure 4), avec des logements de verrouillage 43 pratiqués dans l'épaisseur dudit tube de flamme 2. Chaque logement de verrouillage 43 présente la forme d'un L avec une branche axiale 43A et une branche transversale 43T. Chaque branche transversale
43T est en communication avec la chambre de combustion 5 par un conduit 44, débouchant en 45 du côté de cette dernière.
La séquence de fonctionnement du moteur II des figures 3 à 5 est la suivante : - l'ensemble du fond transversal mobile 3 et du piston 40 étant dans la première position (figure 4), les tenons de verrouillage 42 sont en appui dans les branches transversales 43T des logements de verrouillage 43 sous l'action de la charge élastique dudit arbre axial 41 et les ouvertures d'alimentation 7 sont obturées ; - lorsque la détonation de la charge combustible présente dans la chambre de combustion 5 est amorcée, la pression augmente fortement dans ladite chambre, mais le fond transversal mobile 3 et le piston 40 sont bloqués par les tenons de verrouillage 42 et ne peuvent reculer ; - cependant, lorsque la détonation qui balaie la chambre de combustion 5 arrive à la hauteur des orifices 45 des conduits 44, une partie des gaz sous pression est captée et dirigée vers les logements de verrouillage 43 ;
- sous l'action de la surpression dans lesdits logements de verrouillage 43, les tenons 42 sont chassés latéralement hors des branches transversales 43T à encontre de l'action de la charge élastique de l'arbre axial 41 , de sorte que le fond transversal mobile 3 tourne par rapport au piston 40 et déverrouille ce dernier ;
- l'ensemble du fond transversal mobile 3 et du piston 40 peut donc reculer librement sous l'effet de la surpression résiduelle pour prendre ladite seconde position et dévoiler les ouvertures d'alimentation 7, lesdits tenons 42 suivant les branches axiales 43A des logements 43 ;
- lesdites ouvertures d'alimentation 7 sont entièrement ouvertes lors de la phase de dépression causée par la sur-expansion des produits de dé- tonation, le phénomène d'auto-aspiration permettant le remplissage autonome de la chambre de combustion 5 en mélange carburant-oxydant ;
- sous l'action du ressort de rappel 21 (non représenté sur les figures 3 à 5), l'ensemble du fond mobile 3 et du piston 40 est renvoyé vers l'avant, les tenons de verrouillage 42 suivent les branches axiales 43A des logements 43 et, arrivés en butée avant, pénètrent dans les branches transversales 43 sous l'action de la charge élastique de l'arbre axial 41 faisant tourner le fond 3 de façon limitée.
Le moteur II est donc alors de nouveau dans sa première position, prêt pour un nouveau cycle. En plus des avantages préalablement mentionnés conférés par le fond mobile (alimentation et découplage chambre de combustion - entrée d'air), le mouvement alternatif du mur de poussée peut être également exploité pour produire de l'énergie utilisable pour assurer l'amorçage de la charge combustible ou pour couvrir en partie les besoins électriques de l'engin motorisé.
Tel est notamment le cas du dispositif d'allumage 30 représenté sur la figure 3, qui utilise, par des moyens 31 , 32, 33, 34, le mouvement alternatif du fond mobile transversal 3 pour amorcer cycliquement la charge combustible.
Dans la réalisation illustrée, ce dispositif 30 est du type piézoélectrique mais il pourrait être par bobine d'induction ou autre. Structurelle- ment, les moyens du dispositif comprennent une masselotte mobile 31 , un dispositif de retenue 32 tel que, dans cet exemple, un électro-aimant, un élément élastique 33 et un organe piézo-électrique 34.
La masselotte 31 est munie d'un ergot 35 pour sa liaison avec le fond mobile 3 (non représenté), et elle est disposée entre l'électro-aimant 32 et l'organe piézo-électrique 34 pour son déplacement alternatif parallèlement à l'axe A entre deux positions respectives. La première position de la masselotte 31 correspond à la demi-vue inférieure de la figure 3 pour laquelle la masselotte 31 , amenée par le recul du fond mobile via l'ergot 35, est armée et liée à l'électro-aimant 32 grâce au courant d'alimentation circulant dans celui-ci. Dans cette position armée pour laquelle le fond mobile est dans sa seconde position (figure 2), l'élément élastique 33 tel qu'un ressort de compression, situé entre l'électro-aimant et la masselotte, est comprimé et la masselotte est éloignée de l'organe piézo-électrique. Dans cet exemple, le dispositif de retenue 32 de la masselotte est du type électrique mais il pourrait être du type mécanique. La seconde position de la masselotte 31 correspond à la demi-vue supérieure de la figure 3 pour laquelle la masselotte est libérée du dispositif de retenue et vient percuter le cristal de l'organe piézo-électrique 34, par suite de la rupture du courant d'alimentation de l'électro-aimant 32 et de l'action de l'élément élastique 33. Son contact avec l'organe piézoélectrique 34 engendre un courant haute tension utilisé pour l'allumage du moteur, c'est-à-dire l'amorçage de la charge combustible, quand le fond mobile 3 est dans sa première position (figure 1 ).
Par ailleurs, la demanderesse a constaté que le mur de poussée mobile permet aussi un meilleur contrôle de la poussée en lissant le caractère impulsionnel de la détonation et en atténuant l'environnement vibratoire susceptible d'être engendré par un tel moteur, ce qui ne peut que faciliter l'intégration de ce type de moteur dans des cellules aéronautiques.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Moteur à détonations puisées alimenté cycliquement par une charge combustible amenée dans la chambre de combustion (5) d'un tube de flamme (2) à fond transversal (3) par un dispositif d'alimentation (6), caractérisé :
- en ce que ledit fond transversal (3) du tube de flamme (2) est monté mobile par rapport à celui-ci pour pouvoir occuper deux positions limites, une première position correspondant à la phase de détonation de la charge combustible dans la chambre de combustion (5) dudit tube et une seconde position correspondant à la phase d'alimentation de la charge combustible dans ladite chambre ;
- en ce que, dans la paroi latérale (4) dudit tube, au moins une ouverture d'alimentation (7) de ladite charge combustible est prévue, qui est obturée et séparée de ladite chambre de combustion (5) par ledit fond mo- bile (3), quand ce dernier occupe sa première position, et qui est en communication fluidique avec ladite chambre (5), quand ledit fond mobile (3) occupe sa seconde position ; et
- en ce que, dans ladite première position, ledit fond transversal mobile (3) est solidarisé dudit tube (2) par des moyens de verrouillage libéra- blés (9 ; 42, 43).
2. Moteur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit fond transversal mobile (3) coulisse par rapport audit tube (2) entre les première et seconde positions.
3. Moteur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit fond transversal mobile (3) tourne par rapport audit tube (2) entre les première et seconde positions.
4. Moteur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit fond transversal mobile (3) présente la forme d'un piston (1 0) à paroi transversale (1 1 ) tournée vers ladite chambre et à jupe latérale (1 2) coopérant avec la paroi (4) dudit tube pour obturer ladite ouverture d'alimentation (7) dans la première position dudit fond, et en ce que lesdits moyens de verrouillage libérables (9) comportent un bloc interne (14) logé dans ledit piston (1 0) de façon coulissante et traversant sa paroi transversale (1 1 ) pour déboucher dans ladite chambre de combustion
(5), ainsi qu'au moins un galet de verrouillage (1 7) soumis au déplacement dudit bloc et pouvant traverser radialement la jupe latérale (1 2) dudit piston pour s'engager dans un logement de réception (20) dudit tube et bloquer ledit fond.
5. Moteur selon les revendications 1 , 2 et 3, caractérisé en ce que ledit fond transversal mobile (3) est monté rotatif sur un piston (40) disposé dans ledit tube de flamme (2) et est pourvu de tenons de verrouillage périphériques (42) aptes à coopérer, dans ladite première position, avec des logements de verrouillage (43), pratiqués dans ledit tube de flamme et en communication avec ladite chambre de combustion (5), et en ce que, sous l'effet d'une détonation, ledit fond transversal mobile (3) tourne par rapport audit piston (40), inhibant la coopération des tenons de verrouillage (42) et des logements de verrouillage (43) et permettant audit piston (40) de prendre ladite seconde posi- tion.
6. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, dans ledit tube (2), est prévue une butée interne (8) pour marquer la première position dudit fond mobile.
7. Moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite butée interne se présente sous la forme d'un épaulement annulaire interne (8) issu de la paroi latérale (4) dudit tube (2) et contre lequel s'applique le piston dudit fond mobile (3) dans sa première position.
8. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que des moyens élastiques de rappel (21 ) sont prévus dans ledit tube (2) pour ramener ledit fond mobile (3) de sa seconde position vers sa première position.
9. Moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens élastiques de rappel (21 ) comportent au moins un ressort (22) agissant sur le bloc dudit corps mobile (3).
10. Moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite ouverture latérale d'alimentation (7) est agen- cée de façon adjacente à ladite butée interne (8).
1 1. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, du type comportant un dispositif d'allumage, caractérisé en ce que ledit dispositif d'allumage (30) comprend des moyens (31 , 32, 33, 34) pour utiliser le mouvement de va-et-vient dudit fond transversal mobile (3) et amorcer cycliquement la charge combusti- . ble.
1 2. Moteur selon la revendication 1 1 , caractérisé en ce que ledit dispositif d'allumage (30) est du type piézoélectrique et comporte une masselotte mobile (31 ) liée audit fond trans- versai mobile, un dispositif de retenue (32) apte à maintenir en position armée ladite masselotte, un élément élastique (33) de rappel de ladite masselotte en position de percussion par suite de la libération dudit dispositif de retenue, et un organe piézo-électrique (34) engendrant un courant électrique pour amorcer ladite charge combustible quand ladite masselotte vient en position de percussion.
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