les Pulsoréacteurs Snecma

texte à rajouter

Le principe de fonctionnement des pulsoréacteurs est la résonance auto-entretenue d'une colonne gazeuse dans un tube dont les proportions de longueur par rapport au diamètre sont bien déterminées.

La configuration des formes internes est telle que l'onde de surpression, liée à la combustion du mélange air-carburant, se propage préférentiellement vers la tuyère d'éjection, ce qui engendre une onde de dépression en amont de la zone de combustion. Le processus d'aspiration d'air frais par l'avant peut donc se poursuivre à la fréquence propre de vibration de la colonne de gaz et de son système d'ondes de pression pulsatoire.

L'origine des travaux qui ont abouti aux pulsoréacteurs Snecma remonte à 1943, date à laquelle de premières recherches sont effectuées par l'ingénieur Bertin sous la direction de Mr Marchal, nommé par la suite Directeur du Groupe Technique de Suresnes (1). Orientées dès l'origine vers un type de « pulso » sans organes mobiles sans clapets (2), elles aboutissent en 1948 à un premier fonctionnement stable et en mars 1950 à la définition de la première version d'un pulsoréacteur.

(1) L’ingénieur Général R. Marchal fut le premier Directeur Technique de la SNECMA de 1945 à 1950.

(2) Le pulsoréacteur allemand Argus-Schmidt qui propulsait la bombe volante V1 était équipé de clapets

Comment fonctionne un pulsoréacteur ?

Un pulsoréacteur ne comporte aucun organe mobile et aucun clapet venant périodiquement obturer l'entrée d'air.

Comment fonctionne cet appareil au circuit ouvert, à résistance dissymétrique ? Selon les mêmes principes que les pulsoréacteurs antérieurement réalisés mais avec des moyens légèrement différents.

Historique

C'est à HYUGENS que remonte la découverte d 'un phénomène de base du fonctionnement des pulsoréacteurs courants : la dépression qui fait suite à la vidange d'une capacité brusquement ouverte (ce qu'on a appelé parfois "effet Kadenacy" dans les moteurs à pistons).

Et HUYGENS lui-même décrivait sur ce principe une machine motrice à poudre à canon.

Mais il faut attendre l'aube du 20 ème siècle pour voir apparaître les premières idées et réalisations de chambres de combustion pulsatoire. Ces appareils utilisent l'effet de dépression découvert par HUYGENS comme un accessoire qui permet les remplissages successifs d'une chambre réalisant une approximation de combustion à volume constant.

Il faut souligner que la caractéristique importante, c'est ce phénomène de combustion à volume constant. A ce titre, les pulsoréacteurs sont en filiation directe des moteurs à pistons et différents des turboréacteurs et statoréacteurs dans lesquels une combustion continue s'effectue à pression sensiblement constante.

Il existe une autre catégorie, peu connue, de réacteurs des moteurs à pistons dont on utilise seulement l'énergie d'échappement et les pertes calorifiques dans une tuyère à réaction, l'embiellage ne servant qu'à assurer le remplissage et une pré-compression. Ce système proposé par LORIN dès 1908, a été étudié sérieusement pendant la dernière guerre, puis abandonné.

Les pulso-réacteurs n'en diffèrent que par leur remplissage automatique et l'absence de compression préalable, qui permettent une très grande simplicité de construction. Du fait de cette simplicité, de nombreux chercheurs s'y sont intéressés.

HOLZWARTH dès 1908 commençait l'étude d'une chambre à soupapes automatiques pour l'alimentation d'une turbine à gaz. MARCONNET, en 1909, proposait déjà des modèles. CARAVODINE, en1910, réalisait une turbine à gaz actionnée par une chambre sans compression préalable, avec un rendement qui ne serait pas ridicule même actuellement. ESNAULT-PELTERIE lui-même apporta une contribution importante à ces études.

Avant 1914, les principes de base de la combustion pulsatoire et même les principaux appareillages spéciaux comme les grilles de clapets, étaient mis au point, la FRANCE étant à l'avant-garde de cette technique. De tels essais furent repris vers les années 1930, en divers pays et, souvent sans aucun lien avec les précédents.

Seuls ceux de Paul SCHMIDT aboutirent à un modèle utilisable : le propulseur ARGUS de la bombe volante V1.

Processus du fonctionnement

Voici un passage d'un mémoire de Paul SCHMIDT. La figure 1 représente schématiquement la construction d'un pulsoréacteur et les diverses phases du fonctionnement à l'intérieur. Le tube est pourvu d'une soupape d'admission pour l'air de combustion (à gauche sur la figure). Cette soupape représentée par un double trait, permet l'entrée d'un flux d'air frais qui est enrichi d'essence mais elle empêche un retour des gaz de combustion après l'allumage du mélange, c'est-à-dire lors de la surpression à l'intérieur du tube. Sur le schéma du haut est représenté le tube rempli au début d'un cycle : au voisinage de la soupape d'admission se trouve une charge de mélange frais. Dans le reste du tube. il y a des gaz brulés de la combustion précédente, et même de l'air près de l'orifice de sortie.

Le deuxième schéma montre l'état du fonctionnement aussitôt après l'allumage. Les petites flèches montrent l'effet de la pression due à la combustion. Cet effet se propage très rapidement de sorte que toute la colonne, gazeuse dans le tube est poussée vers l'arrière (schémas 3 à 6). Ce mouvement d'ensemble continue même après que la surpression motrice soit annulée, de sorte que de l'air est aspiré à travers le clapet d'admission. La dépression qui règne maintenant dans le tube, surtout à proximité de la soupape attire alors de nouveau la colonne gazeuse dans le tube, ce qui est indiqué par les flèches des schémas 7, 8 et 1. Par suite de ce mouvement de retour, de l'air pénètre dans le tube par l'orifice d'échappement, et il sera chassé de nouveau au cycle suivant. Ainsi le tube fonctionne à une fréquence déterminée qui est sa fréquence sonore. De même que l'admission automatique de l'air frais, il y a aussi un allumage automatique à grande vitesse de combustion. Il est à noter cependant, que l'on n'a pas d'explosion à proprement parler : il s'agit seulement d'une combustion à une vitesse de l'ordre de 30 m/s

Cycle thermodynamique

Le cycle thermodynamique est le cycle Lenoir : celui que réalisait Lenoir dans son moteur à gaz sans compression préalable, avec allumage au cours de la période d'aspiration. Représenté sur la figure 2, ce cyle comporte une montée en pression très importante, à volume constant, suivie d'une détente adiabatique jusqu'à la pression d'admission. On calcule que la pression maximum peut atteindre 7 fois la pression initiale P0 et le rendement dans ces conditions est de 28 % théoriquement.

En réalité, dans un pulsoréacteur la pression atteinte est bien moins importante du fait de la grandeur des orifices de la chambre de combustion et du remplissage incomplet de celle-ci, la combustion étant relativement lente. Cette pression est en moyenne de l'ordre de 2 hpz, et même bien moins au ralenti.

Rendement de propulsion

Le rendement thermodynamique d'un pulsoréacteur est donc extrêmement bas. Mais un phénomène particulier lui permet de tenir pourtant sa place en tant que propulseur : son rendement de propulsion est assez élevé. On entend par là le rendement de la transformation en énergie utile, de l'énergie produite par les phénomènes thermodynamiques esquissés plus haut. Ce bon rendement résulte d'une aspiration d'air atmosphérique par l'orifice d'échappement après chaque vidange. Cette masse d'air supplémentaire est expulsée à chaque explosion avec les gaz brulés. Cette circonstance permet d'appliquer à une plus grande masse de fluide l'énergie cinétique produite par les combustions successives aux dépens de la vitesse d'éjection. La quantité de mouvement totale est augmentée et en conséquence la poussée produite également.