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Title:
JET ENGINE, IN PARTICULAR FOR AN AIRCRAFT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/113523
Kind Code:
A1
Abstract:
According to the invention, the jet engine (1) includes at least one vaporization duct (5) arranged on the outer wall (2a) of a combustion chamber of the jet engine (1) and extending over the entire length thereof between an ejection valve (4) and an injection valve (3) arranged at at least one inlet (6) and at least one outlet (8) of said at least one combustion chamber. Said ejection valve (4) includes an injection means (17) suitable for, in at least one position of said ejection valve (4), injecting a fluid into said at least one vaporization duct (5) at a first longitudinal end of said duct (5), and the injection valve (3) comprises exhaust means (11) suitable for, in at least one position of said injection valve (3), conveying said fluid outside said at least one vaporization duct (5), at a second longitudinal end of said duct (5), into said at least one combustion chamber.

Inventors:
AGUILAR MICHEL (FR)
Application Number:
PCT/EP2012/000685
Publication Date:
August 30, 2012
Filing Date:
February 16, 2012
Export Citation:
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Assignee:
AGUILAR MICHEL (FR)
International Classes:
F02C5/12; F02C3/30; F02K7/02
Foreign References:
FR2945316A12010-11-12
FR2941496A12010-07-30
FR2945316A12010-11-12
Attorney, Agent or Firm:
JUNCA, Eric (FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

1 - Réacteur (1 ), notamment réacteur d'aéronef, comprenant :

- au moins une chambre de combustion (2) adaptée pour y réaliser une combustion lors d'une étape de combustion, et étant reliée à :

- au moins une entrée de gaz (6, 7) permettant d'alimenter ladite au moins une chambre de combustion (2) en mélange air-carburant comprimé, lors d'une étape de remplissage, et

- au moins une sortie de gaz (8), par laquelle les gaz brûlés sont aptes à être éjectés hors de ladite au moins une chambre de combustion (2), lors d'une étape de détente ;

- une valve d'injection (3) et une valve d'éjection (4) agencées respectivement au niveau de ladite au moins une entrée (6, 7) et au niveau de ladite au moins une sortie (8) de ladite au moins une chambre de combustion (2) ;

chaque valve (3 ; 4) comprenant respectivement deux pièces (9 ; 12) montées rotatives l'une par rapport à l'autre, étant agencées dans un logement de réception (10 ; 13) correspondant, et étant configurées pour réaliser un cycle de rotation coordonnée au cours duquel lesdites deux pièces rotatives (9 ;12) de chaque valve (3 ; 4) sont respectivement aptes à adopter au moins une première position angulaire, dite position de fermeture de la valve (3 ;4), dans laquelle elles sont sensiblement en contact l'une par rapport à l'autre, et au moins une deuxième position angulaire, dite position d'ouverture de la valve (3 ;4), dans laquelle elles définissent entre elles un passage de circulation de gaz ;

lesdites valves d'injection (3) et d'éjection (4) étant configurées pour, alternativement, être maintenue en position d'ouverture pendant plusieurs étapes de combustion-détente successives, puis réaliser un cycle de rotation coordonnée de façon à alterner plusieurs cycles successifs de combustion-détente durant lesquels les valves d'injection (3) et d'éjection (4) sont en position de fermeture en phase de combustion et en position d'ouverture en phase de détente ;

caractérisé en ce que :

- le réacteur (1 ) comprend en outre au moins un conduit de vaporisation (5) agencé sur la paroi extérieure (2a) de ladite au moins une chambre de combustion (2) et s'étendant sur toute la longueur de celle-ci entre ladite valve d'éjection (4) et ladite valve d'injection (3) ;

- ladite valve d'éjection (4) comprend des moyens d'injection (17) aptes, dans au moins une position de cette valve d'éjection (4), à injecter un fluide à l'intérieur dudit au moins un conduit de vaporisation (5), au niveau d'une première extrémité longitudinale (5a) de ce conduit (5), et

- ladite valve d'injection (3) comprend des moyens d'échappement (1 1 ) aptes, dans au moins une position de ladite valve d'injection (3), à permettre l'écoulement dudit fluide hors dudit au moins un conduit de vaporisation (5), au niveau de la deuxième extrémité longitudinale (5b) de ce conduit (5), jusque dans ladite au moins une chambre de combustion (2).

2 - Réacteur (1) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ladite valve d'éjection (4) comprend en outre des moyens de refroidissement (14, 15, 16) reliés auxdits moyens d'injection (17).

3 - Réacteur (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens d'approvisionnement en fluide reliés audits moyens de refroidissement (14, 15, 16).

4 - Réacteur (1 ) selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de refroidissement (14, 15, 16) comprennent :

- une cavité (14) aménagée dans l'axe de rotation d'au moins une des pièces rotatives (9) de la valve d'injection (3), et dans laquelle un fluide provenant desdits moyens d'approvisionnement est apte à circuler ;

- un passage évidé (15) s'étendant axialement de part et d'autre de ladite au moins une pièce rotative (9), et

- au moins une hélice (16) montée de manière concentrique à ladite cavité axiale (14) et étant solidaire de celle-ci.

5 - Réacteur (1 ) selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens d'approvisionnement en fluide comprennent un réservoir d'eau en phase liquide et un conduit d'acheminement de cette eau jusqu'auxdits moyens de refroidissement (14, 15, 16).

6 - Réacteur (1 ) selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deux extrémités axiales de ladite cavité (14) sont reliées au réservoir d'eau de manière à créer un circuit fermé d'alimentation en eau.

7 - Réacteur (1) selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens d'injection comprennent au moins une canule (17) étant apte, dans au moins une position de ladite valve d'éjection (4), à relier ladite cavité (14) à la première extrémité (5a) dudit au moins un conduit de vaporisation (5), cette canule s'étendant radialement de cette cavité (14) jusqu'à deux bords diamétralement opposés du logement de réception (13) de ladite au moins une pièce rotative (12) de ladite valve d'éjection (4).

8 - Réacteur (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens d'échappement comprennent une ouverture (11 ) aménagée dans un anneau périphérique (11 ') agencé de manière concentrique autour d'au moins une desdites pièces rotatives (9) de ladite valve d'injection (3) ; cette ouverture (11) étant apte, dans au moins une position de ladite valve d'injection (3), à communiquer avec la deuxième extrémité (5b) dudit au moins un conduit de vaporisation (5).

9 - Réacteur (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens d'échappement comprennent deux ouvertures (11 ) diamétralement opposées, agencées dans ledit anneau périphérique (11 ') de chacune des pièces rotatives (9) de ladite valve d'injection (3).

10 - Réacteur (1) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que lesdits moyens d'injection (17) et lesdits moyens d'échappement (1 1 ) sont configurés de telle sorte que :

- ledit au moins un conduit de vaporisation (5) est apte à être alimenté en fluide par lesdits moyens d'injection (17) lorsque ladite valve d'injection (3) est dans une position dans laquelle les moyens d'échappement (1 1) ne sont pas aptes à permettre l'écoulement dudit fluide hors dudit au moins un conduit de vaporisation (5) jusque dans ladite au moins une chambre de combustion (2) ;

- ladite au moins une chambre de combustion (2) est apte à recevoir ledit fluide vaporisé lorsque ladite valve d'éjection (4) est dans une position dans laquelle les moyens d'injection (17) ne sont pas aptes à injecter ledit fluide à l'intérieur dudit au moins un conduit de vaporisation (5).

1 1 - Réacteur (1 ) selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce lesdits moyens d'injection (17) et lesdits moyens d'échappement (1 1 ) sont agencés de sorte que le fluide provenant dudit au moins un conduit de vaporisation (5) peut être injecté dans ladite au moins une chambre de combustion (2) dans une position angulaire des pièces rotatives des valves d'injection (3) et d'éjection (4) correspondant à une étape de détente où précisément la poussée atteint son niveau maximal.

12 - Réacteur (1) selon l'une des revendications 1 à 11 , caractérisé en ce que :

- le réacteur (1) comprend quatre conduits de vaporisation (5) aménagés par paires et symétriquement de part et d'autre de ladite au moins une chambre de combustion (2) ; - chacune des deux pièces rotatives (12) de la valve d'éjection (4) comprend des moyens de refroidissement (14, 15, 16), et des moyens d'injection (17) aménagés de part et d'autre de chacune ce ces pièces rotatives (12) ;

- chacune des deux pièces rotatives (9) de la valve d'injection (3) comprend des moyens d'échappement (1 1) aménagés de part et d'autre de chacune de ces pièces rotatives (9).

13 - Réacteur (1 ) selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que chaque pièce rotative (12) de ladite valve d'éjection (4) comprend deux portions (20) en forme d'arc de cercle, diamétralement opposées par rapport à l'axe de rotation de la pièce rotative correspondante, de telle sorte que soient définies deux parois latérales (21) diamétralement opposées, chacune desdites parois latérales (21) comprenant une portion convexe (22) et une portion concave (23) aménagées de telle sorte qu'une première portion (20a) en forme d'arc de cercle est reliée à une première paroi latérale (21) par une première portion convexe (22a), elle-même reliée à une première portion concave (23a), cette première portion concave (23a) étant ensuite reliée à la deuxième portion (20b) en forme d'arc de cercle ; puis, cette deuxième portion (20b) en forme d'arc de cercle est reliée à la deuxième paroi latérale (21 ) par une deuxième portion convexe (22b), elle-même reliée à une deuxième portion concave (23b), cette deuxième portion concave (23b) étant finalement reliée à la première portion (20a) en forme d'arc de cercle.

14 - Réacteur (1) selon la revendication 13, caractérisé en ce que chaque portion (20) en forme d'arc de cercle comprend un évidemment (25) réalisé de telle sorte que sa partie externe (26) présente une épaisseur appropriée lui conférant un degré de flexibilité prédéterminé, et que sa partie interne (27) présente une épaisseur appropriée lui conférant une rigidité recherchée, les parties externes flexibles (26) des deux pièces rotatives (12) de la valve d'éjection (4) étant configurées de sorte que chaque partie externe flexible (26) d'une première pièce rotative est apte à entrer et rester en contact mécanique avec une partie externe flexible (26) correspondante de la deuxième pièce rotative, lors d'une étape de combustion, de manière à augmenter l'étanchéité de la chambre de combustion (2).

Description:
Réacteur, notamment un réacteur pour aéronef.

La présente invention concerne un réacteur, notamment un réacteur pour aéronef.

Les réacteurs conventionnels utilisés en aéronautique, appelés communément turbomachines, fonctionnent selon un cycle thermodynamique dit de Joule-Brayton par combustion à pression constante d'un mélange d'air comprimé et de carburant. Les gaz issus de cette combustion sont ensuite éjectés à grande vitesse dans l'atmosphère au travers d'une tuyère, produisant ainsi une force propulsive.

Ces turbomachines ont fait l'objet depuis plus de soixante ans de nombreux efforts de recherche et arrivent actuellement à un degré de développement élevé. Leur potentiel d'amélioration est aujourd'hui limité. Or, face à la pression environnementale et à l'augmentation du prix du carburant, l'industrie aéronautique doit trouver des nouvelles solutions technologiques pour améliorer les performances des réacteurs.

L'utilisation de réacteurs fonctionnant selon un cycle thermodynamique dit de Humphrey semble être une voie prometteuse. Contrairement aux turbomachines traditionnelles, la combustion se fait non plus à pression constante mais à volume constant. Le potentiel théorique de tels réacteurs est connu depuis très longtemps mais sa réalisation se heurte à des difficultés technologiques. En particulier, les réacteurs à combustion à volume constant actuels présentent un risque d'usure important sur les surfaces soumises à des fluctuations de pression et de température.

Le document FR 2 945 316 décrit un réacteur permettant de remédier à ces inconvénients. A cet effet, il divulgue une valve d'injection et une valve d'éjection agencées respectivement au niveau d'au moins une entrée et au niveau d'au moins une sortie d'une chambre de combustion d'un réacteur, chaque valve comprenant respectivement deux pièces montées rotatives l'une par rapport à l'autre, étant agencées dans un logement de réception correspondant, et étant configurées pour réaliser un cycle de rotation coordonnée au cours duquel lesdites deux pièces rotatives de chaque valve sont respectivement aptes à adopter au moins une première position angulaire, dite position de fermeture de la valve, dans laquelle elles sont sensiblement en contact l'une par rapport à l'autre, et au moins une deuxième position angulaire, dite position d'ouverture de la valve, dans laquelle elles définissent entre elles un passage de circulation de gaz.

Par ailleurs, lesdites valves d'injection et d'éjection sont configurées pour, alternativement, être maintenue en position d'ouverture pendant plusieurs étapes de combustion-détente successives, puis réaliser un cycle de rotation coordonnée de façon à alterner plusieurs cycles successifs de combustion-détente durant lesquels les valves d'injection et d'éjection sont en position de fermeture en phase de combustion puis en position d'ouverture en phase de détente.

Ainsi, lorsque les valves d'injection et d'éjection sont maintenues et fixes en position d'ouverture, le réacteur a un mode de fonctionnement continu comme une turbomachine à combustion à pression constante classique. Ce mode de fonctionnement en continu est parfois préférable, notamment lors des phases de décollage et d'atterrissage de l'aéronef.

Le réacteur décrit dans ce document antérieur peut donc autoriser un fonctionnement en combustion continue à pression constante, par exemple, lors du décollage d'un aéronef, suivi d'un fonctionnement en combustion puisée à volume constant, notamment lors de la phase de croisière de cet aéronef.

Ce réacteur donne satisfaction mais présente toutefois plusieurs inconvénients. En effet, lors d'un fonctionnement puisé, c'est-à-dire lorsque les valves d'injection et d'éjection réalisent un cycle de rotation coordonnée, la poussée maximale fournie par le réacteur est atteinte pour une pression de gaz à l'intérieur de la chambre de combustion qui est en phase largement décroissante. Par conséquent, la poussée fournie par le réacteur décroît fortement et rapidement après avoir atteint son maximum.

II en résulte que la phase d'éjection des gaz brûlés hors de la chambre de combustion n'est pas optimale, ce qui nuit à la performance propulsive du réacteur.

Par ailleurs, les pièces rotatives constitutives de la valve d'injection et de la valve d'éjection présentent une géométrie ne permettant pas une éjection complète des gaz hors du moteur lors d'une phase de détente, notamment dans le cas où lesdites pièces rotatives ont une vitesse de rotation constante.

La présente invention a pour objectif de remédier à ces inconvénients.

Le réacteur concerné comprend, de manière connue en soi :

- au moins une chambre de combustion adaptée pour y réaliser une combustion lors d'une étape de combustion, et étant reliée à : - au moins une entrée de gaz permettant d'alimenter ladite au moins une chambre de combustion en mélange air-carburant comprimé, lors d'une étape de remplissage, et

- au moins une sortie de gaz, par laquelle les gaz brûlés sont aptes à être éjectés hors de ladite au moins une chambre de combustion, lors d'une étape de détente ;

- une valve d'injection et une valve d'éjection agencées respectivement au niveau de ladite au moins une entrée et au niveau de ladite au moins une sortie de ladite au moins une chambre de combustion ;

chaque valve comprenant respectivement deux pièces montées rotatives l'une par rapport à l'autre, étant agencées dans un logement de réception correspondant, et étant configurées pour réaliser un cycle de rotation coordonnée au cours duquel lesdites deux pièces rotatives de chaque valve sont respectivement aptes à adopter au moins une première position angulaire, dite position de fermeture de la valve, dans laquelle elles sont sensiblement en contact l'une par rapport à l'autre, et au moins une deuxième position angulaire, dite position d'ouverture de la valve, dans laquelle elles définissent entre elles un passage de circulation de gaz ;

lesdites valves d'injection et d'éjection étant configurées pour, alternativement, être maintenue en position d'ouverture pendant plusieurs étapes de combustion- détente successives, puis réaliser un cycle de rotation coordonnée de façon à alterner plusieurs cycles successifs de combustion-détente durant lesquels les valves d'injection et d'éjection sont en position de fermeture en phase de combustion puis en position d'ouverture en phase de détente.

Selon l'invention :

- le réacteur comprend en outre au moins un conduit de vaporisation agencé sur la paroi extérieure de ladite au moins une chambre de combustion et s'étendant sur toute la longueur de celle-ci entre ladite valve d'éjection et ladite valve d'injection ;

- ladite valve d'éjection comprend des moyens d'injection aptes, dans au moins une position de cette valve d'éjection, à injecter un fluide à l'intérieur dudit au moins un conduit de vaporisation, au niveau d'une première extrémité longitudinale de ce conduit, et

- ladite valve d'injection comprend des moyens d'échappement aptes, dans au moins une position de ladite valve d'injection, à permettre l'écoulement dudit fluide hors dudit au moins un conduit de vaporisation, au niveau de la deuxième extrémité longitudinale de ce conduit, jusque dans ladite au moins une chambre de combustion. Le réacteur selon l'invention permet ainsi d'injecter un fluide dans un conduit de vaporisation de manière à vaporiser et à mettre sous pression ce fluide à l'intérieur dudit conduit. La vaporisation du fluide est réalisée par conduction et rayonnement étant donné que le conduit de vaporisation est en contact avec la chambre de combustion dont la température moyenne intérieure est de l'ordre de 700-800°C.

Grâce à cette vaporisation, le fluide vaporisé sous pression ainsi obtenu peut s'écouler jusque dans une chambre de combustion du réacteur dès lors que la pression à l'intérieur de cette chambre diminue, de manière à maintenir une poussée élevée pendant une durée la plus longue possible compatible avec le temps du cycle thermodynamique de Humphrey. Le volume des gaz brûlés (ainsi que des gaz vaporisés) pouvant être éjectés hors de la chambre de combustion est par conséquent considérablement substantiellement augmenté, ce qui permet d'allonger la durée de la phase pendant laquelle la poussée est à son maximum, et ainsi d'augmenter notablement la poussée moyenne du réacteur.

Par ailleurs, la conception relativement simple du réacteur selon l'invention évite d'avoir recours à des mécanismes tels que des soupapes, des clapets, des papillons, des injecteurs, des pompes, etc. qui présentent des durées de service relativement courtes dans des conditions de fluctuations de pression importantes et de température élevée, et alourdissent le poids du réacteur.

De préférence, ladite valve d'éjection comprend en outre des moyens de refroidissement reliés auxdits moyens d'injection.

De préférence encore, ledit réacteur comprend en outre des moyens d'approvisionnement en fluide reliés audits moyens de refroidissement.

Avantageusement dans ce cas, lesdits moyens de refroidissement comprennent :

- une cavité aménagée dans l'axe de rotation d'au moins une des pièces rotatives de la valve d'injection, et dans laquelle un fluide provenant desdits moyens d'approvisionnement est apte à circuler ;

- un passage évidé s'étendant axialement de part et d'autre de ladite au moins une pièce rotative, et

- au moins une hélice montée de manière concentrique à ladite cavité axiale et étant solidaire de celle-ci.

Avantageusement, lesdits moyens d'approvisionnement en fluide comprennent un réservoir d'eau en phase liquide et un conduit d'acheminement de cette eau jusqu'auxdits moyens de refroidissement. Le fait d'utiliser un fluide tel que de l'eau, en particulier en phase liquide, présente de nombreux avantages :

- l'eau sous forme liquide est facile à stocker ;

- il n'est pas nécessaire d'avoir recours à des carburants fossiles ou à des biocarburants qui sont chers et génèrent des produits de combustion polluants ;

- en circulant dans les moyens de refroidissement que comprend la valve d'éjection, l'eau permet de refroidir efficacement cette valve ;

- étant données les hautes températures auxquelles est soumise la valve d'éjection, l'eau atteint au moins sa température d'ébullition en sortie des moyens de refroidissement, de sorte qu'elle est introduite dans le conduit de vaporisation sous forme quasi gazeuse par les moyens d'injection ;

- l'eau ainsi injectée dans le conduit de vaporisation est surchauffée par conduction et rayonnement, ce qui permet d'obtenir des pressions relativement élevées lors de son introduction dans la chambre de combustion. En effet, lorsque la température de l'eau est comprise entre 100°C et 200°C, celle-ci suit la loi physique de Duperray selon laquelle :

P(vapeur surchauffée) = P(vapeur injectée) χ[θ/100] 4 , où P représente la pression et Θ représente la température à laquelle la vapeur est surchauffée en degrés Celsius. Ainsi, si la vapeur d'eau est injectée dans le conduit de vaporisation à une température de 100°C et qu'elle est introduite dans la chambre de combustion à une température d'au moins 200°C, sa pression est environ 16 fois plus élevée lors de son introduction dans la chambre de combustion. Bien que la loi de Duperray ne soit pas applicable pour des températures supérieures à 200°C, il apparaît qu'avec une température à l'intérieur de la chambre de combustion de l'ordre de 700-800°C lors d'une étape de combustion, la vapeur d'eau peut être surchauffée dans le conduit de vaporisation à des températures supérieures à 600°C, de sorte que sa pression sera d'autant plus élevée.

Par conséquent, le réacteur selon la présente forme de réalisation permet de prolonger la durée pendant laquelle la poussée est maximale, sans consommer de carburant supplémentaire, contrairement au procédé connu de post-combustion qui, certes, permet d'augmenter la poussée, mais entraîne une forte augmentation de la consommation de carburant.

Avantageusement, les deux extrémités axiales de ladite cavité sont reliées au réservoir d'eau de manière à créer un circuit fermé d'alimentation en eau. Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, lesdits moyens d'injection comprennent au moins une canule étant apte, dans au moins une position de ladite valve d'éjection, à relier ladite cavité à la première extrémité dudit au moins un conduit de vaporisation, cette canule s'étendant radialement de cette cavité jusqu'à deux bords diamétralement opposés du logement de réception de ladite au moins une pièce rotative de ladite valve d'éjection.

Lesdits moyens d'échappement peuvent notamment comprendre une ouverture aménagée dans un anneau périphérique agencé de manière concentrique et rotative autour d'au moins une desdites pièces rotatives de ladite valve d'injection ; cette ouverture étant apte, dans au moins une position de ladite valve d'injection, à communiquer avec la deuxième extrémité dudit au moins un conduit de vaporisation.

Avantageusement dans ce cas, lesdits moyens d'échappement comprennent deux ouvertures diamétralement opposées, agencées dans ledit anneau périphérique de chacune des pièces rotatives de ladite valve d'injection.

De préférence, lesdits moyens d'injection et lesdits moyens d'échappement sont configurés de telle sorte que :

- ledit au moins un conduit de vaporisation est apte à être alimenté en fluide par lesdits moyens d'injection lorsque ladite valve d'injection est dans une position dans laquelle les moyens d'échappement ne sont pas aptes à permettre l'écoulement dudit fluide hors dudit au moins un conduit de vaporisation jusque dans ladite au moins une chambre de combustion ;

- ladite au moins une chambre de combustion est apte à recevoir ledit fluide vaporisé lorsque ladite valve d'éjection est dans une position dans laquelle les moyens d'injection ne sont pas aptes à injecter ledit fluide à l'intérieur dudit au moins un conduit de vaporisation.

De préférence, lesdits moyens d'injection et lesdits moyens d'échappement sont agencés de sorte que le fluide provenant dudit au moins un conduit de vaporisation peut être injecté dans ladite au moins une chambre de combustion dans une position angulaire des pièces rotatives des valves d'injection et d'éjection correspondant à une étape de détente où précisément la poussée atteint son niveau maximal.

Selon une forme de réalisation préférée de l'invention :

- le réacteur comprend quatre conduits de vaporisation aménagés par paires et symétriquement de part et d'autre de ladite au moins une chambre de combustion ; - chacune des deux pièces rotatives de la valve d'éjection comprend des moyens de refroidissement, et des moyens d'injection aménagés de part et d'autre de chacune ce ces pièces rotatives ;

- chacune des deux pièces rotatives de la valve d'injection comprend des moyens d'échappement aménagés de part et d'autre de chacune de ces pièces rotatives.

De préférence, chaque pièce rotative de ladite valve d'éjection comprend deux portions en forme d'arc de cercle, diamétralement opposées par rapport à l'axe de rotation de la pièce rotative correspondante, de telle sorte que soient définies deux parois latérales diamétralement opposées, chacune desdites parois latérales comprenant une portion convexe et une portion concave aménagées de telle sorte qu'une première portion en forme d'arc de cercle est reliée à une première paroi latérale par une première portion convexe, elle-même reliée à une première portion concave, cette première portion concave étant ensuite reliée à la deuxième portion en forme d'arc de cercle ; puis, cette deuxième portion en forme d'arc de cercle est reliée à la deuxième paroi latérale par une deuxième portion convexe, elle-même reliée à une deuxième portion concave, cette deuxième portion concave étant finalement reliée à la première portion en forme d'arc de cercle.

Ainsi, cet agencement des portions en forme d'arc de cercle assurent l'étanchéité de la chambre de combustion lorsque les deux pièces rotatives de la valve d'éjection roulent l'une sur l'autre durant toute la phase de combustion, tandis que les deux parois latérales permettent, grâce à leur partie convexe, d'atteindre une poussée à son niveau maximal pendant une durée significative et, grâce à leur partie concave, de réaliser une évacuation des gaz accélérée et compatible avec le cycle de fonctionnement du réacteur. La géométrie de la valve d'éjection selon cette forme de réalisation permet donc de remédier aux inconvénients de la valve d'éjection selon l'art antérieur.

De préférence dans ce cas, chaque portion en forme d'arc de cercle comprend un évidemment réalisé de telle sorte que sa partie externe présente une épaisseur appropriée lui conférant un degré de flexibilité prédéterminé, et que sa partie interne présente une épaisseur appropriée lui conférant une rigidité recherchée, les parties externes flexibles des deux pièces rotatives de la valve d'éjection étant configurées de sorte que chaque partie externe flexible d'une première pièce rotative est apte à entrer et rester en contact mécanique avec une partie externe flexible correspondante de la deuxième pièce rotative, lors d'une étape de combustion, de manière à augmenter l'étanchéité de la chambre de combustion.

Lesdites parties externes flexibles ayant le même rôle que des segments dans un moteur à piston, la conception de la valve d'éjection selon cette forme de réalisation permet d'augmenter efficacement l'étanchéité de la chambre de combustion sans avoir recours à des éléments additionnels qui viendraient réduire la fiabilité du réacteur.

L'invention sera bien comprise, et d'autres caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront, en référence au dessin schématique annexé, représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation préférée du réacteur qu'elle concerne.

La figure 1 en est une vue en coupe prise transversalement à une paire de conduits de vaporisation agencés d'un même côté de ce réacteur ;

la figure 2 est une vue schématique partielle de la chambre de combustion de ce réacteur, en coupe passant par le centre de cette chambre de combustion ;

la figure 3 est une vue agrandie et en perspective d'une pièce rotative de la valve d'éjection, des moyens de refroidissement et d'injection qu'elle comprend, ainsi que d'une portion de deux conduits de vaporisation, selon une forme de réalisation préférée de l'invention ;

la figure 4 est une vue en perspective agrandie d'une pièce rotative de la valve d'éjection représentant notamment les parties externes flexibles de cette pièce ;

la figure 5 est une vue schématique en coupe d'une pièce rotative de la valve d'injection, d'une pièce rotative de la valve d'éjection et d'un conduit de vaporisation, lors de l'injection d'eau dans ce conduit de vaporisation au cours d'une étape de combustion et de début de détente ;

la figure 6 est une vue en coupe similaire à la figure 5, lorsque la pression à l'intérieur du conduit de vaporisation atteint son maximum ;

la figure 7 est une vue en coupe similaire à la figure 5, lorsque le fluide sous pression dans le conduit de vaporisation est introduit dans la chambre de combustion ;

la figure 8 est une vue en coupe similaire à la figure 5, lorsque l'étape de détente et terminée et qu'une étape de remplissage recommence ;

les figures 9 à 11 sont des vues en coupe des pièces rotatives de la valve d'éjection lors de différentes étapes d'un cycle de combustion. Par simplification, les parties ou éléments d'une forme de réalisation qui se retrouvent de manière identique ou similaire dans une autre forme de réalisation seront identifiés par les mêmes références numériques et ne seront pas à nouveau décrits.

Les figures 1 à 11 représentent un réacteur 1 d'aéronef comprenant une chambre de combustion 2, une valve d'injection 3, une valve d'éjection 4 et quatre conduits de vaporisation 5 aménagés sur une paroi extérieure 2a de la chambre de combustion 2.

Le fonctionnement du réacteur 1 décrit par la suite est un fonctionnement en mode puisé, à volume constant, c'est-à-dire lorsque les valves d'injection 3 et d'éjection 4 réalisent des cycles de rotation coordonnée.

En référence à la figure 1 , la chambre de combustion 2 est alimentée en mélange air-carburant comprimé par une première entrée de gaz 6 au niveau de laquelle est aménagée la valve d'injection 3. Les moyens de compression du mélange air-carburant et les moyens d'allumage pour enflammer ce mélange étant bien connus de la personne du métier, ils ne seront pas décrits dans la présente demande de brevet. Les gaz brûlés sont destinés à être éjectés hors de la chambre de combustion 2 par une sortie de gaz 8 au niveau de laquelle est aménagée la valve d'éjection 4.

La valve d'injection 3 comprend deux pièces rotatives d'injection 9 agencées symétriquement par rapport à l'axe longitudinal de la chambre de combustion 2. Chaque pièce d'injection 9 est agencée de manière rotative dans un logement de réception 10 correspondant.

Deux ouvertures 11 diamétralement opposées sont agencées dans un anneau périphérique (11 ') agencé de manière concentrique et rotative autour de chacune des pièces rotatives d'injection 9 (cf. figure 1 et figures 5 à 8).

La valve d'éjection 4 comprend deux pièces rotatives d'éjection 12 agencées symétriquement par rapport à l'axe longitudinal de la chambre de combustion 2. Chaque pièce d'éjection 12 est agencée de manière rotative dans un logement de réception 13 correspondant.

En référence désormais à la figure 3, chaque pièce rotative d'éjection 12 comprend une cavité 14, un passage évidé 15, deux hélices 16 et deux canules 17. La cavité 14 est aménagée dans l'axe de rotation d'une pièce rotative d'éjection 12 correspondante, de sorte qu'un fluide tel que de l'eau sous forme liquide puisse y circuler afin d'être chauffé.

Le passage évidé 15 s'étend axialement de part et d'autre d'une pièce rotative d'éjection 12 correspondante, de sorte que de l'air ambiant puisse traverser cette pièce afin de la refroidir.

La circulation de l'air au travers de ce passage évidé 15 est facilitée par deux hélices 16 montées de manière concentrique à la cavité 14 et étant solidaires de celle-ci. Les hélices 16 sont disposées de part et d'autre de la pièce rotative d'éjection 12 dans laquelle elles sont aménagées.

Les deux canules 17 dont disposées de part et d'autre d'une pièce rotative d'éjection 12 correspondante et font saillie de celle-ci axialement hors de la chambre de combustion. Chaque canule 17 s'étend radialement de la cavité 14 jusqu'à deux bords diamétralement opposés du logement de réception 13 correspondant.

Comme cela apparaît sur la figure 2 et selon une forme de réalisation préférée de l'invention, une deuxième entrée de gaz 7 est aménagée dans chacune des parois latérales de la chambre de combustion 2 et débouche au niveau du logement de réception 10 de chaque pièce rotative d'injection 9 de la valve d'injection 3. Sur cette figure, les flèches épaisses de couleur foncée indiquent la circulation des gaz, de l'introduction du mélange air-carburant à l'intérieur de la chambre de combustion 2 par les entrées 6, 7, jusqu'à l'expulsion des gaz hors de cette chambre 2 par la sortie de gaz 8. Les flèches de couleur claire situées à coté de chacune des pièces rotatives d'injection 9 et d'éjection 12 indiquent le sens de rotation de ces pièces.

La deuxième entrée 7 permet un remplissage plus efficace de la chambre de combustion 2 et permet ainsi de conserver une vitesse de rotation constante des pièces rotatives d'injection 9, ce qui évite d'avoir recours à un mécanisme additionnel de régulation de leur vitesse de rotation par rapport à la vitesse de rotation des pièces rotatives d'éjection 12.

En référence aux figures 1 et 3, les conduits de vaporisation 5 sont aménagés par paires et symétriquement de part et d'autre de la chambre de combustion 2. Chaque conduit de vaporisation 5 s'étend sur toute la longueur de la chambre de combustion 2 entre la valve d'éjection 4 et la valve d'injection 3.

Comme cela apparaît sur la figure 3, des plaques de redressement 19 sont aménagées de manière superposée dans les conduits de vaporisation 5, au niveau de leur extrémité longitudinale 5a située à proximité d'une valve d'éjection 4 correspondante. Ces plaques 19, de faible épaisseur, s'étendent sur toute la largeur des conduits de vaporisation 5.

En référence à la figure 4, chaque pièce rotative d'éjection 12 comprend deux portions 20 en forme d'arc de cercle, diamétralement opposées par rapport à l'axe de rotation de la pièce rotative correspondante, de telle sorte que soient définies deux parois latérales 21 diamétralement opposées. Chaque paroi latérale 21 comprend une portion convexe 22 et une portion concave 23 aménagées de telle sorte qu'une première portion 20a en forme d'arc de cercle est reliée à une première paroi latérale 21 par une première portion convexe 22a, elle-même reliée à une première portion concave 23a, cette première portion concave 23a étant ensuite reliée à la deuxième portion 20b en forme d'arc de cercle ; puis, cette deuxième portion 20b en forme d'arc de cercle est reliée à la deuxième paroi latérale 21 par une deuxième portion convexe 22b, elle-même reliée à une deuxième portion concave 23b, cette deuxième portion concave 23b étant finalement reliée à la première portion 20a en forme d'arc de cercle.

Par ailleurs, chaque portion 20 en forme d'arc de cercle comprend un évidemment 25 réalisé de telle sorte que sa partie externe 26 présente une épaisseur appropriée lui conférant un degré de flexibilité prédéterminé, et que sa partie interne 27 présente une épaisseur appropriée lui conférant une rigidité recherchée.

La forme et la géométrie des pièces rotatives d'injection 9 et d'éjection 12 peuvent être sensiblement similaires. De préférence toutefois, les pièces rotatives d'injection 9 présentent une structure telle que représentée schématiquement sur la figure 2. Les parois latérales 30 de chaque pièce rotative d'injection 9 sont ainsi symétriques l'une par rapport à l'autre et présentent une portion concave 31 reliée à une portion convexe 32, elle-même reliée à une portion concave 33.

De la même manière que les pièces rotatives d'éjection 12, les pièces rotatives d'injection 9 peuvent également comprendre un évidemment 35 agencé dans leurs portions 36 en forme d'arc de cercle. Ces pièces rotatives d'injection 9 peuvent également comprendre des moyens de refroidissement comprenant une cavité, un passage évidé et deux hélices, tels que décrits ci-dessus.

La vitesse de rotation des pièces rotatives d'éjection 12 est environ deux fois supérieure à celle des pièces rotatives d'injection 9.

Le fonctionnement en mode puisé, notamment la rotation coordonnée de la valve d'éjection 4 par rapport à la valve d'injection 3 lors d'un cycle de combustion- détente, est similaire à celui décrit dans le document FR 2 945 316. Les différentes étapes, de l'admission du mélange air-carburant dans la chambre de combustion 2 jusqu'à l'expulsion des gaz hors de cette chambre 2 ne seront donc pas décrites à nouveau dans la présente demande de brevet.

Le fonctionnement des conduits de vaporisation selon la présente invention est détaillé ci-dessous en référence aux figures 5 à 8.

En référence à la figure 5, chaque canule 17 que comprend chacune des pièces rotatives d'éjection 12 est configurée de telle sorte que de l'eau est injectée par centrifugation dans un conduit de vaporisation 5 correspondant, pendant toute la durée de déplacement de la canule 17 entre une position angulaire A et une position angulaire B. Cette injection d'eau a lieu au cours d'une étape de combustion, lors du début de la détente, et dure environ 4 ms. L'eau provient d'un réservoir d'eau sous forme liquide, relié en circuit fermé par des conduits d'acheminement (non représentés) aux deux extrémités axiales de la cavité 14 de la pièce d'éjection 12. Étant données les hautes températures auxquelles est soumise la valve d'éjection 4, l'eau atteint au moins sa température d'ébullition lorsqu'elle quitte la cavité 14 pour être introduite dans le conduit de vaporisation par l'intermédiaire des canules 17. Les plaques de redressement 19 permettent de répartir l'eau injectée sur toute la largeur du conduit de vaporisation 5, et ainsi d'éviter que toute l'eau se concentre uniquement contre la paroi intérieure supérieure de ce conduit 5.

En référence à la figure 6, pendant toute la durée (environ 4 ms) de déplacement de la canule 17 entre une position angulaire B et une position angulaire C, l'eau est vaporisée et surchauffée tout au long de son parcours dans le conduit de vaporisation 5 entre l'extrémité 5a et l'extrémité 5b de ce conduit. Le conduit de vaporisation 5 étant agencé sur la paroi extérieure 2a de la chambre de combustion 2, la température atteinte à l'intérieure du conduit 5 dépasse les 600°C. Dans la position angulaire C de la canule 17, la pression atteinte à l'intérieure du conduit de vaporisation 5 est maximale.

En référence à la figure 7, pendant toute la durée de déplacement de la canule 17 entre une position angulaire C et une position angulaire D, une ouverture 1 1 de la pièce d'injection 9 correspondante est en communication avec le conduit de vaporisation 5. Par conséquent l'eau sous pression peut s'écouler hors du conduit 5 jusque dans la chambre de combustion 2 du réacteur. L'agencement des ouvertures 1 1 dans l'anneau périphérique 11 ' est réalisé de telle sorte que le moment où l'eau sous pression est introduite dans la chambre de combustion 2 correspond au moment où la pression à l'intérieur de cette chambre diminue. L'étape d'écoulement d'eau sous pression dans la chambre de combustion dure environ 3 ms et permet de maintenir la poussée du réacteur 1 à son niveau maximal.

En référence à la figure 8, l'étape de détente des gaz brûlés et des gaz vaporisés est achevée. Une nouvelle étape de remplissage de la chambre de combustion en mélange air-carburant peut donc avoir lieu. Cette étape de remplissage, qui dure environ 7ms, est réalisée pendant toute la durée de déplacement de la canule 7 entre une position angulaire D et une position angulaire E. Lorsque cette étape de remplissage est terminée, une extrémité de la canule 17 est à nouveau prête à injecter de l'eau dans le conduit de vaporisation 5, de sorte qu'un nouveau cycle de vaporisation peut commencer (position A représentée sur la figure 8).

Les figures 9 à 11 représentent les deux pièces rotatives 12 de la valve d'éjection 4 lors de différentes étapes d'un cycle de combustion.

La figure 9 représente les deux pièces rotatives d'éjection 12 juste avant que qu'elles n'entrent en contact l'une avec l'autre pour adopter leur position de fermeture correspondant au début de l'étape de combustion. A cet instant, ces deux pièces 12 présentent un jeu maximal J d'environ 0,1 mm entre elles. Leurs parties externes flexibles 26 font saillie des pièces 12 d'environ 0, 1 mm.

La figure 10 représente les deux pièces rotatives d'éjection 12 lorsque la combustion dans la chambre de combustion 2 a commencé. Les pièces d'éjection 12 viennent en contact l'une contre l'autre au niveau de l'une de leurs parties externes flexibles 26. L'étanchéité de la chambre de combustion est donc totale, ce qui permet d'obtenir une pression à l'intérieur de celle-ci continuant à croître.

Enfin, la figure 11 représente les deux pièces rotatives d'éjection 12 juste avant l'ouverture de la valve d'éjection 4. L'étanchéité de la chambre de combustion 2 est quasi parfaite et la pression à l'intérieur de la chambre 2 atteint son niveau maximal. Par conséquent, lorsque la valve 4 va commencer à s'ouvrir, cette ouverture va laisser d'échapper à grande vitesse les gaz brûlés et les gaz vaporisés hors de la chambre 2.

Comme cela apparaît de ce qui précède, l'invention fournit un réacteur 1 permettant d'optimiser la phase d'éjection des gaz hors de la chambre de combustion 2 de ce réacteur 1 lors d'un fonctionnement à volume constant, remédiant ainsi aux inconvénients des réacteurs homologues de la technique antérieure.

L'invention a été décrite ci-dessus en référence à des formes de réalisation fournies à titre d'exemple. Il va de soi qu'elle n'est pas limitée à ces formes de réalisation mais qu'elle s'étend à toutes les autres formes de réalisations couvertes par les revendications ci-annexées.