[001 ] A presente invenção se refere a combustores em geral e, mais especificamente, a um combustor com ganho de pressão, de combustão intermitente e escoamento de saída substancialmente contínuo, para aplicação em motores de turbinas a gás em geral, em motores pulso-jato em geral e em motores de turbina a gás para propulsão aeronáutica em particular.

DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA

[002] A câmara de combustão de "pressão constante" com processo contínuo de combustão é extensivamente empregada nos motores de turbina a gás em todas as suas aplicações. Na prática, porém, os combustores de combustão contínua não apresentam pressão verdadeiramente constante, pois apresentam uma perda de pressão total que lhes é inerente. Essa característica resulta em perda de eficiência do motor de turbina a gás, mesmo para perdas moderadas de pressão. Isso é particularmente indesejável no caso das aplicações para propulsão aeronáutica, nas quais as perdas de eficiência se multiplicam em razão do peso adicional de combustível que aeronaves com motores menos eficientes precisam carregar.

[003] Em consequência, há grande interesse no desenvolvimento de tecnologias que possibilitem a realização de um combustor que seja capaz de eliminar tais perdas de pressão ou, ainda melhor, que seja capaz de apresentar um ganho efetivo de pressão. Tal interesse fica evidente diante do grande número de pesquisas existentes sobre o assunto de combustores com ganho de pressão, mais notadamente pelos programas dedicados ao fomento de pesquisas nesse sentido, como é o caso do Programa para Motores com Ciclo de Combustão a Volume Constante (Constant-Volume Combustion Cycle Engine Program - CVCCE) patrocinado pelo Glenn Research Center da NASA.

[004] Sob um aspecto do estado da técnica, as vantagens expressivas da aplicação de combustores com ganho de pressão em turbinas a gás são amplamente discutidas na literatura. Por exemplo, no documento "Ejector Enhanced Pulsejet Based Pressure Gain Combustors: An Old Idea With a New Twist" (AIAA-2005-4216), apresentado em 2005 na 41 ^â Conferência e Exposição Conjunta de Propulsão {41st Joint Propulsion Conference and Exhibit), de autoria de Daniel E. Paxson do Glenn Research Center e Kevin T. Dougherty do QSS Group, Inc., os autores afirmam que é possível obter uma melhoria de 5% no consumo específico de combustível, mesmo com ganhos de pressão mínimos apresentados no estudo, da ordem de 1 % somente.

[005] Sob outro aspecto do estado da técnica, é fato que um combustor com ganho de pressão, dependendo da sua forma de realização, tem a possibilidade de operar de forma autónoma, sem nenhum dispositivo externo para produção do escoamento do fluído de trabalho, formando um motor muito simples, representado na prática pelos motores pulso-jato, amplamente conhecidos no estado da técnica. Assim, os combustores com ganho de pressão encontram aplicação interessante também na forma de motores pulso-jato.

[006] De fato, nos estudos já divulgados para turbinas a gás, os combustores com ganho de pressão são todos baseados em processos de combustão intermitente, empregando tecnologias similares ou idênticas às dos motores pulso-jato conhecidos no estado da técnica. Porém, essas tecnologias resultam em um ganho inexpressivo de pressão estática e em um ganho relativamente pequeno de pressão total, além de apresentarem a indesejável característica de escoamento pulsado na descarga do combustor, ou seja, descarga com vazão, temperatura, pressão, etc. ciclicamente variáveis em função do tempo.

[007] Também é fato que há um grande interesse no aperfeiçoamento dos motores pulso-jato, haja vista os diversos programas de pesquisa em andamento sobre o assim chamado PDE {Pulse Detonation Engine). Essencialmente, tais motores nada mais são que motores pulso-jato dotados de uma tecnologia para obtenção de uma combustão muito rápida, conhecida tecnicamente como detonação. A detonação é uma forma muito rápida de combustão onde a frente de chama se propaga em velocidades supersônicas e resulta em um aumento significativo da pressão no combustor do pulso-jato, cuja realização convencional emprega combustão por deflagração, com propagação da frente de chama em velocidades subsônica. Porém, essa melhoria vem à custa de certa complexidade acrescentada pelos sistemas de ignição necessários para obter a transição de deflagração para detonação. Além disso, essa tecnologia não aborda os problemas associados ao escoamento de vazão variável na descarga do combustor.

[008] Assim, sob um primeiro aspecto do estado da técnica, um combustor com ganho de pressão aplicado em turbinas a gás, em teoria, poderia aumentar significativamente o rendimento do motor pelo aumento do rendimento do ciclo termodinâmico correspondente, mas, na prática, ocorre que a turbina associada a tais combustores apresenta uma perda importante de eficiência em virtude do escoamento variável da descarga do combustor, resultando em um rendimento menor do conjunto como um todo.

[009] Sob um segundo aspecto do estado da técnica, o combustor com ganho de pressão possibilita a realização de motores pulso-jato, que são máquinas extremamente simples, com um mínimo de partes móveis e de baixo custo. Porém, aqui também, essa vantagem não encontra aplicação prática em consequência dos problemas relacionados ao ruído e à vibração, ambos resultantes do escoamento variável de descarga do combustor, além do alto consumo específico e do empuxo relativamente baixo apresentado por tais motores, resultantes do ganho de pressão inexpressivo obtido com as tecnologias existentes no estado da técnica.

[010] Sob outro aspecto do estado da técnica, os combustores apresentam características complexas no que diz respeito ao ajuste do regime de potência do motor, tanto nos combustores de pressão constante quanto nos combustores com ganho de pressão. Ambos empregam o ajuste do fluxo de combustível fornecido ao combustor para esse fim, que resultam em uma alteração substancial da temperatura dos gases na descarga durante a fase de transição de regime. No caso específico dos combustores de pressão constante, isso limita a taxa de variação do regime em função do tempo a uma faixa relativamente estreita, sob pena de "apagamento" {flame ouf) ou de destruição do primeiro estágio de entrada da turbina. No caso específico dos motores pulso-jato, isso resulta em uma faixa relativamente estreita de ajuste do regime de potência e perda substancial de eficiência para regimes de operação fora do ponto de desenho.

[01 1 ] Resumidamente, diante do exposto aqui na descrição do estado da técnica, fica claro que:

(i) a única forma conhecida para obter um combustor com ganho de pressão é pelo emprego de técnicas de combustão intermitente, visto que os combustores de combustão contínua apresentam perdas inerentes de energia que se traduzem em uma perda de pressão total na descarga desses combustores;

os combustores com ganho de pressão existentes no estado da técnica apresentam escoamento de descarga com parâmetros termodinâmicos altamente variáveis;

um combustor com ganho de pressão teria o potencial para aumentar significativamente a eficiência do motor de turbina a gás, mas, na prática, esse aumento não ocorre ou é negativamente afetado em consequência dos problemas relacionados à perda de eficiência da turbina por causa do escoamento altamente variável presente na saída dos combustores com ganho de pressão existentes no estado da técnica;

o combustor com ganho de pressão permite a realização de um motor extremamente simples, representado pelos conhecidos motores pulso-jato, mas que estes também não encontram aplicação prática por causa dos problemas de ruído e vibração causados pelo escoamento altamente variável presente na saída dos combustores existentes;

os motores pulso-jato realizados com os combustores com ganho de pressão existentes no estado da técnica apresentam alto consumo específico e empuxo relativamente baixo, resultantes do ganho de pressão inexpressivo; e

o método de ajuste de potência empregado nos combustores com ganho de pressão existentes no estado da técnica limita a faixa de ajuste do regime de potência do motor, ainda com uma perda expressiva de eficiência para ajustes outros que não o de potência máxima ou do ponto de desenho.

[012] Portanto, conclui-se que, por um lado, os problemas de perda de eficiência da turbina nos motores de turbina a gás que empregam combustor de combustão intermitente e, por outro lado, os problemas relacionados ao ruído e à vibração dos motores pulso-jato são todos causados pela mesma causa-raiz, representada pelo escoamento com vazão altamente variável na descarga do combustor.

[013] Assim, para que um combustor com ganho de pressão seja efetivamente vantajoso na prática, faz-se necessário encontrar um método e dispositivo para realização de combustão intermitente que possibilite a realização de um combustor com ganho de pressão cujo escoamento de saída seja substancialmente contínuo. Também é desejável que tal combustor apresente um ganho de pressão apreciável, aumentando ainda mais a eficiência na sua aplicação em turbinas a gás e resolvendo forma efetiva e substancial os problemas de baixa eficiência e alto consumo específico dos motores pulso-jato realizados com dito combustor. Adicionalmente, tal combustor deveria apresentar meios de ajuste do regime de operação que permitissem uma faixa ampla de ajuste, sem que isto causasse prejuízos substanciais à operação do combustor ou do motor associado.

[014] Portanto, o objetivo principal da presente invenção é proporcionar um combustor com ganho de pressão, usando um processo de combustão intermitente, cujo escoamento de descarga seja substancialmente contínuo para minimizar a variação dos parâmetros termodinâmicos do fluído de trabalho e, assim, no caso da aplicação em motores de turbina a gás, eliminar a redução de eficiência termodinâmica da turbina associada e, no caso da aplicação em motores pulso-jato, resolver os problemas associados à vibração e ao ruído existentes no motor pulso-jato convencional.

[015] Outro objetivo da presente invenção é proporcionar tal combustor com ganho de pressão, de combustão intermitente e com escoamento de descarga substancialmente contínuo que apresente um ganho de pressão total substancialmente superior ao apresentado pelos combustores de combustão intermitente utilizados no estado da técnica, de forma a aumentar ainda mais a eficiência propulsora do motor associado, reduzindo assim o consumo específico de combustível, seja na aplicação em motores de turbina a gás ou em motores pulso-jato.

[016] Outro objetivo adicional da presente invenção é proporcionar tal combustor com ganho de pressão, de combustão intermitente e com escoamento de descarga substancialmente contínuo que apresente capacidade mais ampla e flexível para ajuste do regime de operação do motor associado do que os combustores existentes no estado da técnica.

[017] Mais um objetivo adicional da presente invenção é proporcionar tal combustor com ganho de pressão, de combustão intermitente e com escoamento de descarga substancialmente contínuo que possibilite escoamento de descarga em regime subsônico e/ou supersônico, seja por dimensionamento específico para um desses regimes de operação, seja por um compromisso de dimensionamento para operação em ambos os regimes ou até pela aplicação de tecnologias de geometria variável para criar condições mais favoráveis de desempenho em ambos os regimes.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [018] A descrição detalhada da presente invenção pode ser mais bem compreendida com referência às figuras em anexo que mostram suas formas realização atualmente preferidas de forma esquemática simplificada, a título de exemplo não limitativo.

[019] A figura 1 ilustra uma primeira forma de realização preferida para escoamento subsônico de descarga onde: (1 ) é a válvula; (2) é o duto ressonante primário; (3) é o duto ressonante secundário; (4) é a câmara de descarga; (5) é o bocal de descarga; (6) é um dispositivo de ignição; e (7) é um dispositivo de pulverização de combustível.

[020] A figura 2 ilustra uma segunda forma de realização preferida para escoamento supersônico de descarga, na qual: (1 ) é a válvula; (2) é o duto ressonante primário; (3) é o duto ressonante secundário; (5) é o bocal de descarga; (6) é um dispositivo de ignição; e (7) é um dispositivo de pulverização de combustível.

[021 ] A figura 3 ilustra uma terceira forma de realização preferida da presente invenção, na qual uma pluralidade de combustores idênticos ao ilustrado na figura 1 é associada para formar um combustor de maior capacidade. Tais combustores compartilham uma mesma câmara de descarga (4) e um mesmo bocal de expansão (5).

DESCRIÇÃO DETALHADA DA FORMA DE REALIZAÇÃO PREFERIDA

[022] A presente invenção será descrita a seguir em maiores detalhes, a título de exemplo não limitativo, com referência à sua forma realização atualmente preferida ilustrada na figura 1 em anexo, particularmente para escoamento subsônico de descarga. Nesta forma de realização preferida, assume-se que o combustor está dimensionado de tal forma a manter os parâmetros de escoamento interno e de amplitude de pressão das ondas acústicas abaixo dos valores para os quais a saturação acústica e o efeito Doppler começariam a representar um papel significativo, ou seja, esses efeitos não são considerados significativos nesta descrição.

[023] A válvula (1 ) é uma válvula de retenção mecânica realizada por qualquer forma conhecida no estado da técnica. Dita válvula (1 ) instalada no anteparo (2') do duto ressonante primário (2) permite o fluxo de gases no sentido de entrada do ambiente externo para o duto ressonante primário (2), mas impede a saída dos gases do dito duto.

[024] O duto ressonante primário (2) tem seção transversal circular e um comprimento L genérico, sendo fechado por anteparos em ambas as extremidades (2') e (2"), com a válvula (1 ) montada no anteparo da extremidade (2') e com o duto ressonante secundário (3) transfixando o anteparo da extremidade (2") e fixado a este em certo ponto intermediário de seu comprimento.

[025] O duto ressonante secundário (3) também tem seção transversal circular, seção esta menor que a do duto ressonante primário (2), sendo aberto em ambas as extremidades (3') e (3") e montado de forma coaxial ao duto ressonante primário (2). O duto ressonante secundário (3) tem comprimento equivalente a 3/4 (três quartos) de L, sendo posicionado de tal forma no interior do duto ressonante primário (2) que sua extremidade (3') está substancialmente próxima ao ponto médio do comprimento do duto ressonante primário (2). Assim, o duto ressonante secundário (3) fica com uma porção de seu comprimento substancialmente equivalente a L/2 na parte interna do duto ressonante primário (2) e uma porção substancialmente equivalente a L/4 na parte externa do duto ressonante primário (2). [026] A câmara de descarga (4) é um reservatório oco, cujo volume interno é determinado de acordo com as características dimensionais e operacionais do combustor, podendo assumir diversos formatos geométricos.

[027] O bocal de descarga (5) é um bocal convergente de expansão, cuja função é reduzir a pressão dos gases de descarga existentes na câmara de descarga (4) até o valor da pressão reinante no ambiente exterior ao combustor, acelerando esses gases e transformando parte da energia potencial de pressão estática dos gases em energia cinética. O bocal de descarga (5) pode ter geometria variável ou fixa, sendo a geometria variável aplicada para controlar o regime de operação do combustor.

[028] O dispositivo de ignição (6) é um dispositivo capaz de ser acionado externamente para causar o início da combustão da mistura combustível existente dentro do duto ressonante primário (2) no momento da partida do motor e em seus instantes iniciais de funcionamento. O dispositivo de ignição (6) está localizado próximo à extremidade (2') do duto ressonante primário (2), mas a certa distância dessa extremidade. Em uma forma de realização preferida do dispositivo de ignição (6), este pode ser representado por uma vela de ignição do tipo utilizado em motores a gasolina, associada a um dispositivo gerador de pulsos de alta tensão, tal como uma bobina de ignição.

[029] O dispositivo de pulverização de combustível (7) localiza-se externamente ao duto ressonante primário (2), próximo ao anteparo da extremidade (2') e junto à válvula (1 ), mas é independente da dita válvula. O dispositivo de pulverização de combustível (7) fornece uma quantidade adequada de combustível ao ar que passa por ele desde o ambiente externo e em direção à válvula (1 ), para assim formar a mistura combustível que será queimada dentro do duto ressonante primário (2). Uma forma de realização preferida do dispositivo de pulverização de combustível (7) pode ser similar a um carburador como os utilizados nos motores a gasolina mais antigos ou pode ser representado por um sistema de injeção eletrônica como nos motores mais modernos ou ainda por outro sistema de injeção qualquer.

[030] Inicialmente, o duto ressonante primário (2) é parcialmente preenchido com mistura combustível, por qualquer meio adequado, na sua porção mais próxima à extremidade (2') onde se encontra a válvula (1 ). Em seguida, o dispositivo de ignição (6) é acionado, causando a queima da mistura combustível previamente fornecida. O calor gerado pela combustão causa o aumento da pressão e do volume dos gases próximos à extremidade (2') do duto ressonante primário (2) onde se encontra a válvula (1 ). Essa perturbação de pressão e volume dos gases se propaga na velocidade do som para a outra extremidade (2") do duto ressonante primário (2), na forma de uma onda.

[031 ] Quando a perturbação de pressão se propaga da extremidade (2') para a extremidade (2") do duto ressonante primário (2), a pressão na primeira extremidade (2') do duto ressonante primário (2) se reduz a um valor inferior àquele reinante na atmosfera exterior ao duto ressonante primário (2). Essa queda de pressão faz com que a válvula (1 ) se abra e deixe entrar um novo volume de mistura combustível produzido pelo dispositivo de pulverização de combustível (7), volume esse que irá preencher novamente uma determinada porção da extremidade (2') do duto ressonante primário (2).

[032] Por outro lado, a perturbação de pressão gerada pela primeira combustão atinge a extremidade (2") fechada do duto ressonante primário (2) e, conforme ensina a física de ondas, ao atingir essa extremidade fechada (2"), a perturbação de pressão é refletida e passa a se propagar em sentido contrário dentro do duto ressonante primário (2), deslocando-se de volta à extremidade (2').

[033] Ao se aproximar da extremidade (2'), a perturbação de pressão comprime a nova mistura combustível recém-admitida através da válvula (1 ) no duto ressonante primário (2), causando o fechamento da dita válvula (1 ) e interrompendo o processo de admissão de mistura combustível. O fim do processo de admissão de mistura combustível, com a consequente estagnação dos gases da mistura, associado ainda à compressão da dita mistura e ao seu contato com os gases quentes remanescentes da combustão anterior, causam o início da combustão da nova mistura, reiniciando assim todo o processo.

[034] A repetição cíclica do processo acima descrito resulta na produção de uma onda estacionária no interior do duto ressonante primário (2), cuja frequência de oscilação Ftem comprimento de onda substancialmente correspondente ao dobro do comprimento físico L do duto ressonante primário (2), levando-se em conta a temperatura mais elevada dos gases no interior do duto para computar a velocidade do som.

[035] As curvas de aumento e diminuição de pressão em função do tempo, causadas pela combustão cíclica no interior do duto ressonante primário (2), produzem a maior parte da energia nessa frequência fundamental F. Todavia, em vista de que essas curvas de aumento e diminuição de pressão em função do tempo apresentam uma forma de onda não senoidal genérica e também pelos efeitos da não linearidade acústica resultante da grande amplitude das ondas, existe uma parcela não desprezível de energia contida em frequências representadas por valores múltiplos inteiros da frequência fundamental F, nominalmente 2F, 3F, 4F e assim por diante, chamadas de frequências harmónicas.

[036] A presença do duto ressonante secundário (3) não perturba a oscilação fundamental no duto ressonante primário (2), porque o duto ressonante secundário (3) tem uma seção transversal substancialmente menor que a do duto ressonante primário (2) e porque a extremidade aberta (3') do duto ressonante secundário (3) está localizada substancialmente coincidente com um nó de pressão da onda estacionária fundamental presente no duto ressonante primário (2). Dessa forma, a extremidade aberta (3') do duto ressonante secundário (3) não recebe excitação de pressão na frequência fundamental de oscilação do duto ressonante primário (2) e, consequentemente, não absorve energia na frequência fundamental, não perturbando a oscilação presente no duto ressonante primário (2).

[037] As frequências harmónicas de ordem ímpar, correspondentes às frequências 3F, 5F, 7F e assim por diante, comportam-se de forma similar à frequência fundamental F, apresentando um nó de pressão no ponto médio do comprimento do duto ressonante primário (2). Assim, a presença do duto ressonante secundário (3) também não absorve energia importante dessas frequências harmónicas de ordem ímpar contidas na oscilação do duto ressonante primário (2), não perturbando a oscilação no que se refere a essas harmónicas ímpares.

[038] Por outro lado, as frequências harmónicas de ordem par, correspondentes às frequências 2F, 4F, 6Fe assim por diante, comportam-se de forma diversa da frequência fundamental e de suas harmónicas ímpares. As frequências harmónicas de ordem par apresentam um ventre de pressão justamente no ponto médio do duto ressonante primário (2), em uma posição substancialmente coincidente com a posição onde se encontra a extremidade aberta (3') do duto ressonante secundário (3). Consequentemente, a extremidade (3') do duto ressonante secundário (3) é efetivamente excitada pelas frequências correspondentes às harmónicas de ordem par.

[039] No entanto, o duto ressonante secundário (3) tem um comprimento substancialmente equivalente a 3/4 de L, fazendo com que este se comporte como se fosse um ressonador com comprimento múltiplo ímpar de 1/4 de onda para todas as frequências harmónicas de ordem par. Aqueles versados na técnica sabem que os ressonadores com comprimento correspondente a múltiplos ímpares de 1/4 de onda refletem em uma das suas extremidades o inverso da impedância presente na outra extremidade multiplicado ainda pelo quadrado da impedância característica do próprio ressonador.

[040] Visto que nesta forma de realização preferida da presente invenção a extremidade aberta (3") do duto ressonante secundário (3) está diretamente conectada à câmara de descarga (4) e dita câmara de descarga (4) apresenta à extremidade (3") do duto ressonante secundário (3) uma compliância acústica com um valor substancialmente alto, resulta que a impedância acústica na extremidade (3") do duto ressonante secundário (3) se apresenta substancialmente baixa em relação à impedância característica do duto ressonante secundário (3) para as frequências consideradas. Dado que, do ponto de vista das frequências harmónicas de ordem par, o duto ressonante secundário (3) se comporta como um ressonador com comprimento equivalente a múltiplos ímpares de 7/4 de onda, conforme explicado anteriormente, a impedância refletida na extremidade (3') do duto ressonante secundário (3) será o inverso da impedância presente na extremidade (3") desse duto multiplicada pelo quadrado da impedância característica do duto ressonante secundário (3). Resulta desse cálculo que, do ponto de vista das frequências harmónicas de ordem par, a impedância apresentada na extremidade (3') do duto ressonante secundário (3) é representada por uma massa acústica de alto valor e, portanto, é uma impedância substancialmente alta. Em consequência dessa propriedade de transformação de impedância dos ressonadores com comprimento de 1/4 de onda e seus múltiplos ímpares, para as frequências harmónicas de ordem par, o duto ressonante secundário (3) apresenta uma alta impedância na sua extremidade (3'), não absorvendo energia substancial dessas frequências e não perturbando a onda estacionária do duto ressonante primário (2) também para as suas harmónicas pares.

[041 ] Assim, em resumo, o duto ressonante secundário (3), com comprimento equivalente a 3/4 de L, quando posicionado da maneira descrita nesta forma de realização preferida da presente invenção, não absorve energia substancial em nenhuma frequência do espectro característico da onda estacionária formada pela combustão cíclica dentro do duto ressonante primário (2).

[042] Sob outro aspecto da presente invenção, a válvula (1 ) se abre sempre que a pressão do gás junto ao anteparo (2') for inferior à pressão reinante no ambiente externo e se fecha sempre que a mesma pressão for superior àquela do ambiente externo. Isso possibilita que a pressão do gás nas proximidades do anteparo (2') assuma valores superiores ao da pressão reinante no ambiente externo ao duto ressonante primário (2), porém não permite que a pressão no mesmo anteparo (2') assuma valores muito inferiores à pressão externa, pois nesse último caso a válvula se abre, colocando a extremidade (2') do duto ressonante primário (2) em comunicação com o ambiente externo. Essa característica faz com que a presença da onda estacionária no interior do duto ressonante primário (2) resulte no desenvolvimento de uma pressão média substancialmente superior à pressão reinante no ambiente externo. Essa pressão média desenvolvida dentro do duto ressonante primário (2) se transfere para a câmara de descarga (4) por meio do duto ressonante secundário (3), mas, conforme explicado acima, nenhuma flutuação de pressão da onda acústica presente no duto ressonante primário (2) se transfere para a câmara de descarga (4), que apresenta então uma pressão substancialmente constante e, para vazões abaixo de certo limite, substancialmente igual à pressão média do duto ressonante primário (2).

[043] Sob outro aspecto da forma de realização preferida da presente invenção, a câmara de descarga (4) se comunica com o ambiente externo por meio do bocal de expansão (5), que permite a saída dos gases, reduzindo sua pressão adiabaticamente e aumentando sua velocidade. Para um determinado valor fixo de vazão de gás que entra na câmara de descarga (4) vindo do duto ressonante secundário (3), quanto maior a relação de expansão do bocal (5), maior será a pressão interna da câmara de descarga (4). Existe uma determinada relação de expansão do bocal (5), calculada de acordo com os demais parâmetros dimensionais e operacionais do combustor, que coloca o conjunto na sua potência máxima de saída. Qualquer relação de expansão do bocal (5) diferente dessa relação particular causa uma mudança do regime dinâmico de operação do combustor, resultando em uma diminuição da carga de mistura combustível que entra no duto ressonante primário (2) durante a fase de admissão e, consequentemente, reduz a potência de saída. [044] Assim, pela variação da relação de expansão do bocal (5), que pode ser obtida mediante modificação da geometria do bocal (5), pode-se variar o fluxo e a pressão dos gases no interior do combustor, variando assim sua potência de saída.

[045] Assim, a presente invenção proporciona um combustor com ganho de pressão que usa um processo de combustão intermitente, cujo escoamento de descarga é substancialmente contínuo, minimizando a variação dos parâmetros termodinâmicos do fluído de trabalho na descarga do dito combustor. Em comparação com os combustores existentes no estado da técnica, a presente invenção tem a vantagem de eliminar a redução de eficiência termodinâmica da turbina associada, no caso da aplicação em motores de turbina a gás, e também resolver os problemas associados de vibração e ruído no motor pulso-jato convencional, no caso da aplicação do combustor nesse tipo de motor. Adicionalmente, o combustor objeto da presente invenção apresenta um ganho de pressão estática e de pressão total substancialmente maior do que os combustores existentes no estado da técnica, resultando em uma operação mais eficiente do combustor e do motor associado a este.

[046] Aqueles versados na técnica perceberão imediatamente que a presente invenção pode ser realizada de diversas outras formas diferentes da forma de realização preferida aqui descrita em maiores detalhes, mas apresentando a mesma essência técnica desta.

[047] Sob um aspecto particular da presente invenção, adicionalmente à forma de realização para regime subsônico ilustrada na figura 1 e explicada acima em maiores detalhes, dependendo do dimensionamento e das características do duto ressonante primário (2) e do duto ressonante secundário (3), a câmara de descarga (4) pode ser removida e o bocal de expansão (5) pode ser construído com geometria convergente-divergente para proporcionar apenas escoamento supersonico de descarga, conforme ilustrado na figura 2.

[048] Quanto à construção, a forma de realização para escoamento supersonico apresentada na figura 2 é similar à forma de realização preferida para regime subsônico apresentada na figura 1 , particularmente no que diz respeito à válvula (1 ), ao duto ressonante primário (2), ao dispositivo de ignição (6) e ao dispositivo de pulverização de combustível (7), apenas com as diferenças descritas a seguir.

[049] O duto ressonante secundário (3) tem seu comprimento total reduzido a L/2 e sua extremidade (3") fica coincidente com o anteparo da extremidade (2") do duto ressonante primário (2). Adicionalmente, o duto ressonante secundário (3) tem sua seção transversal interna reduzida a partir de um ponto substancialmente próximo à sua extremidade (3"), de tal forma a causar um estrangulamento do escoamento para que este atinja velocidade sónica no ponto mais estreito da redução de seção transversal do duto ressonante secundário (3).

[050] Quanto à operação, no que se refere à partida, à combustão e à operação do duto ressonante primário (1 ), a forma de realização preferida da presente invenção para escoamento supersonico apresentada na figura 2 opera similarmente à forma de realização preferida descrita anteriormente e apresentada na figura 1 . As diferenças de operação se resumem às propriedades do duto ressonante secundário (2), à remoção da câmara de descarga (4) e à geometria do bocal de expansão (5).

[051 ] Embora por razões técnicas ligeiramente diferentes, na forma de realização apresentada na figura 2, o duto ressonante secundário (3), com comprimento equivalente a 1/2 de L, quando posicionado da maneira descrita nesta forma de realização da presente invenção, não absorve energia substancial em nenhuma frequência do espectro característico da onda estacionária formada pela combustão cíclica dentro do duto ressonante primário (2), assim como é o caso na forma de realização preferida para escoamento subsônico. Assim, tal forma de realização ilustrada na figura 2 também atendo aos objetivos principais da presente invenção, apresentando escoamento de descarga substancialmente contínuo, embora em regime supersônico.

[052] Em outra forma de realização da presente invenção, uma pluralidade de combustores similares àqueles da forma de realização preferida ilustrada na figura 1 podem ser associados para a realização de um combustor de maior capacidade, conforme ilustrado na figura 3 em anexo. Nessa forma de realização, os combustores compartilham uma mesma câmara de descarga (4) e um mesmo bocal de expansão (5). A figura 3 mostra a associação de dois combustores, a título de exemplo não limitativo, mas fica claro que é possível associar um número qualquer de combustores da mesma forma mostrada para o caso particular de dois combustores. Cada um dos combustores constituintes desta forma de realização funciona similarmente ao combustor individual descrito na forma de realização preferida ilustrada na figura 1 .

[053] Adicionalmente, ainda em referência à forma de realização ilustrada na figura 3, tais combustores associados podem operar de forma independente ou sincronizada. Na forma de operação sincronizada, os combustores podem operar em fase, ou seja, com a combustão de todos os combustores ocorrendo de forma simultânea, ou ainda em defasagem, com a combustão ocorrendo de forma intercalada, para proporcionar uma amplitude de variação de pressão ainda menor na câmara de descarga e, consequentemente, uma vazão ainda mais constante no bocal de descarga. [054] Na forma de operação sincronizada, a sincronização pode ser obtida, por exemplo, por meios acústicos, acoplando os dutos ressonantes primários dos diversos combustores por meio de dutos de dimensões menores. As extremidades dos ditos dutos de sincronização seriam posicionadas de forma adequada nos diferentes dutos ressonantes primários (2), sendo capazes de transferir uma pequena parte da energia acústica do duto ressonante primário (2) de um combustor para o duto ressonante primário (2) do outro combustor, para obter assim a sincronização com a relação de fase desejada.

[055] Outras formas de sincronização podem ser obtidas por outros meios externos, por exemplo, pela sincronização da ignição de cada duto ressonante primário (2) por meio do dispositivos de ignição (6), pela sincronização da injeção de combustível dos dispositivos de pulverização de combustível (7) e por meios de outros sensores, transdutores e atuadores adicionais equipados em cada combustor e no motor associado, todos devidamente conectados a uma central eletrônica de controle para proporcionar controle eletrônico dos parâmetros de operação e obtendo assim a relação de fase desejada.

[056] Sob outro aspecto da presente invenção, adicionalmente às formas de realização de geometria fixa descritas acima e otimizadas para regime subsônico ou supersônico, o combustor pode ser dotado de componentes de geometria variável para acomodar os diferentes regimes de escoamento de descarga em um mesmo combustor.

[057] Em outras formas de realização da presente invenção, o duto ressonante primário (2) e o duto ressonante secundário (3) podem apresentar seções transversais diferentes da circular, sem que isso altere os objetivos principais da presente invenção. [058] Sob outro aspecto, o duto ressonante primário (2) e o duto ressonante secundário (3) podem ter outras relações de comprimento entre si ou podem estar posicionados de forma diferente entre si, por exemplo, para levar em conta os resultados do efeito Doppler causado pelo fluxo contínuo no duto ressonante primário (2) e no duto ressonante secundário (3) sem modificar os objetivos principais da presente invenção ou seus resultados.

[059] Em outra forma de realização da presente invenção, o duto ressonante primário (2) e o duto ressonante secundário (3) podem apresentar seções transversais variáveis ao longo do seu comprimento, de forma a proporcionar melhor controle da velocidade de escoamento, redução das perdas viscosas, redução das perdas causadas por escoamento em regime turbulento e melhor controle dos fenómenos acústicos não lineares, como aqueles relacionados à saturação acústica. Particularmente, o duto ressonante secundário (3) pode apresentar seção transversal variável ao longo do comprimento, integrando assim a função de um difusor que proporcione recuperação da energia cinética de escoamento dos gases, transformando-a em pressão na câmara de descarga (4).

[060] Em outra forma de realização da presente invenção, particularmente na sua forma de realização preferida para regime subsônico, a câmara de descarga (4) pode ser completamente removida e o bocal de expansão (5) pode ser colocado diretamente na extremidade (3") duto ressonante secundário (3). Nesse caso, também dependendo das características e do regime de operação do combustor, o bocal (5) pode ser convergente para proporcionar escoamento subsônico ou sônico de descarga ou pode ser convergente-divergente para proporcionar escoamento supersônico, conforme descrito em detalhes para a forma de realização preferida ilustrada na figura 2, ou pode ainda apresentar geometria variável para acomodar os diversos regimes de escoamento em um mesmo combustor.

[061 ] Em outra forma de realização da presente invenção, os ressonadores apresentados aqui na forma de dutos ressonantes com parâmetros distribuídos, conforme foi descrito para a forma de realização preferida da presente invenção, podem ser substituídos por outros tipos de ressonadores, por exemplo, realizados por meio da associação de elementos acústicos individuais de parâmetros concentrados, a saber, inertâncias e compliâncias acústicas, que também são capazes de realizar as funções de filtragem e isolação de fluxos, aqui realizadas pelos ressonadores em forma de duto.

[062] Em qualquer uma das formas de realização da presente invenção, mais particularmente na aplicação como combustor para motores de turbina a gás, o bocal de descarga (5) pode não ser um componente do combustor em si, sendo representado, por exemplo, pelo total do conjunto representado pelas aletas fixas e móveis de todos os estágios da turbina, incluindo ainda o bocal de expansão da dita turbina, sem que isso altere de qualquer forma os objetivos da presente invenção.

[063] Adicionalmente, em qualquer uma das formas de realização da presente invenção, a ignição da mistura combustível pode ser realizada por meios externos, permitindo sua realização no momento mais conveniente para melhor operação do combustor individual. Assim, fica claro que a combustão auto-sustentada, conforme apresentada aqui nas formas de realização preferidas, não é indispensável para a realização da presente invenção.

[064] Sob outro aspecto da presente invenção, o dispositivo de pulverização de combustível (7) pode ser posicionado internamente ao duto ressonante primário (2), após a válvula (1 ), para proporcionar injeção direta de combustível no momento mais adequado e na quantidade mais apropriada à operação do combustor, ou posicionado externamente ao dito combustor em uma câmara de admissão destinada somente a um combustor individual ou que seja comum a uma pluralidade de combustores.

[065] Sob outro aspecto da presente invenção, o duto ressonante primário (2) pode ser dotado de um duto adicional de dimensões menores posicionado internamente ao duto ressonante primário (2), sendo esse duto adicional associado a um dispositivo de pulverização de combustível que pulveriza combustível diretamente no interior ou no exterior desse duto adicional, possibilitando o controle da quantidade de ar efetivamente utilizada no processo de combustão, mas sem alterar as características de oscilação do restante do ar contido no duto ressonante primário (2).

[066] Ainda sob outro aspecto da presente invenção, o dispositivo de ignição (6), o dispositivo de pulverização de combustível (7) e outros sensores, transdutores e atuadores adicionais equipados no combustor e no motor associado podem ser conectados a uma central eletrônica de controle para proporcionar controle eletrônico dos parâmetros de operação, ajustando cada parâmetro para criar condições mais favoráveis a cada regime de operação do combustor.

[067] Sob outro aspecto da presente invenção, a aplicação de métodos ou dispositivos de aceleração da frente de chama da combustão e de métodos ou dispositivos para transição de deflagração para detonação, similarmente aos empregados nos motores PDE mencionados na descrição do estado da técnica, não modifica ou prejudica os objetivos da presente invenção, embora o emprego de tais métodos ou dispositivos possa melhorar ainda mais a eficiência do combustor objeto da presente invenção.

[068] Assim, em qualquer de suas formas de realização preferidas ou qualquer de suas variações aqui descritas, a presente invenção proporciona um COMBUSTOR COM GANHO DE PRESSÃO, DE COMBUSTÃO INTERMITENTE E COM ESCOAMENTO DE DESCARGA SUBSTANCIALMENTE CONTÍNUO

para aplicação em motores de turbinas a gás em geral, em motores pulso-jato em geral e em motores de turbina a gás para propulsão aeronáutica em particular, caracterizado por apresentar um fluxo de descarga de gases substancialmente contínuo, a despeito da combustão intermitente, reduzindo as variações dos parâmetros termodinâmicos do fluído na descarga, com ganho de pressão substancialmente maior do que os combustores existentes no estado da técnica, representado pela associação de uma pluralidade de elementos acústicos (2) (3) e (4), destinados a criar o fluxo oscilante para realização da combustão intermitente e, simultaneamente, isolar o fluxo oscilante produzido pela combustão intermitente do fluxo substancialmente contínuo de descarga presente no bocal de expansão (5), apresentando adicionalmente uma válvula (1 ) de direcionamento de fluxo, realizada de forma mecânica, acústica, aerodinâmica ou outra forma qualquer, para favorecer o fluxo de gases em uma única direção e com um sistema de ajuste do regime de operação por meio da alteração das características acústicas, termodinâmicas e/ou aerodinâmicas dos condutos de admissão ou dos condutos de descarga ou pela variação do fluxo de alimentação de combustível, ou ainda por uma combinação dos ditos sistemas de ajuste, podendo apresentar condutos de admissão e/ou descarga com geometria fixa, dimensionados para proporcionar condições mais favoráveis a um determinado regime de operação, seja subsonico ou supersonico, ou ainda apresentar tais dutos com geometria variável para operação tanto em regime subsonico como em regime supersonico.