Thermogénération - Deuxième Génération

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Une 2e génération de Thermoréacteur (« Thermoréacteur » est une marque déposée n° 07 3 523 336 du 10 septembre 2007) présentait ensuite une chambre composée de 2 bi valves en chacune de ses extrémités tournant à la même vitesse mais d’une forme, bien évidemment, différente puisque que pendant que la valve d’échappement est ouverte pour l’éjection des gaz brûlés à haute pression, les bi valves de remplissage doivent être fermées suffisamment longtemps pour assurer la poussée moyenne recherchée (l’effet ballon de baudruche que l’on lâche après l’avoir gonflé).

Et c’est sur ce modèle conceptuel que nombre de simulations ont été menées pour vérifier le concept, certes, mais aussi et surtout, pour réduire les incertitudes technologiques dans la perspective d’une expérimentation échelle 1 !

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Simulations numériques TR2G


 

Résultats de simulations numériques

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La poussée est calculée pour une largeur de Chambre de 1 mètre. Sur cette planche, 2 essais ont été menés en rotation directe et rotation contra rotatif. La poussée moyenne reste quasi identique. Par contre, pour le moment exercé sur la valve d’échappement, les conséquences sont très différentes…

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Cette planche indique bien un moment très important exercé sur la valve d’échappement, alors que celui sur la valve de remplissage est nettement plus faible.

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En contra rotatif, la somme des moments devient très faible calculée sur les 2 bi valves de remplissage et d’échappement.

Cycle Thermodynamique TR2G

Breveté en 2009 sous le n° FR0900330 et déposé le 12 août 2009 par Michel Aguilar, le TR2G réalise cette fameuse CVC, mais selon une technologie totalement inédite comme le révèle le rapport de recherche qui n’associe que des brevets en catégorie « A », c’est-à-dire seulement mentionnée comme fonds technologique, et donc en relation très éloignée d’avec le TR2G.

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La rupture ? Désormais avec le TR2G plus aucun mouvement alternatif, et qu’il soit rotatif (type « papillon ») ou linéaire (type soupape) dont chacun sait que dans un environnement présentant un stress thermique et mécanique des plus violent rend tous ces mécanismes sinon très complexe par l’assistance complémentaire (lubrification, matériaux hautement résistants, maintenance…) indispensable, tout du moins très fragiles dès lors qu’ils doivent ouvrir et fermer une chambre de combustion selon une fréquence élevée (plusieurs dizaines de Hz). Ainsi, pour s’affranchir de ces conséquences très pénalisantes, la seule solution acceptable dans son principe réside dans un mouvement d’ouverture/fermeture selon un mouvement CONTINU ! Et c’est ce que propose le TR2G: Des valves en rotation continue

Et c’est donc sur ce principe qu’a été réalisé le TR2G dans le cadre d’un consortium composé de Turbomeca, Comat Aerospace et le laboratoire P Prime chargé de l’expérimentation, du système d’allumage électrique, des mesures et surtout de leur interprétation ; quant à Comat, cette PME était en charge du design Thermo-Mécanique, pendant que Turbomeca avait pour mission de réaliser les simulations 2D/3D, de définir la géométrie de la chambre de combustion, de réaliser un modèle théorique Aéro-Thermodynamique, et de manager l’interprétation globale des résultats. Ce consortium était donc autorisé à œuvrer sur la technologie décrite par Michel Aguilar et son brevet cité supra. Des accords de consortium étaient alors établis, réglant ainsi les différentes applications dédiées à chacun des partenaires : Xplorair via Michel Aguilar se réservait toute application relative à l’aviation légère, drone y comprit, ainsi que l’application propulsion spatiale ; Comat se consacrerait à l’application co-génération civile et militaire, et Turbomeca toutes autres applications aéronautiques, dont hélicoptère en priorité.

La durée de cette validation comme première mondiale s’est étendue de janvier 2011 à mars 2014 pour un montant total du programme de 1,5 million d’euros. Officiellement par la Convention DGCIS n° 102906194 signée le 27 décembre 2010 et intitulée « THERMOREACTEUR »

Expérimentation / Réalisation
Avant de commenter les résultats expérimentaux du TR2G, il est utile de rappeler quelques éléments concernant la combustion pulsée. En effet, si tous les moteurs thermiques fonctionnant sur la technologie du piston-cylindre se rapproche de la combustion à volume constant, mais s’en rapproche seulement, car le piston est toujours en mouvement, et donc ne produisent que de la PUISSANCE, les seules turbomachines à produire de la Poussée selon une combustion pulsée est sans conteste le Pulsoréacteur le bien nommé, et en particulier le fameux V1 allemand ! Un schéma simplifié de son fonctionnement est repris ci-après :

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Constatons dès à présent que la combustion ne peut pas s’effectuer à volume constant attendu que seuls les « volets mobiles » ouvrent et ferment alternativement l’entrée de cette chambre de combustion pendant que l’autre section de cette chambre reste totalement ouverte pour donner directement sur la « tuyère d’éjection » On comprendra aisément que le mécanisme des volets était le point d’achoppement de cette turbomachine.

ACG-Aviation-Xplorair-Thermoreacteur-2eme-GenerationAinsi, par conception même, la pression en fin de combustion ne peut que rester très limitée dans son intensité puisque les gaz brûlés vont se détendre très rapidement dans la tuyère. Il en résulte alors un rendement thermodynamique très faible et donc une consommation spécifique des plus élevée atteignant parfois les 3 kg/daN/h ! Mais en ces temps fort troublés où les Pulsoréacteurs semaient la terreur en Grande-Bretagne, la consommation en carburant n’était pas la priorité des belligérants…

Cependant, cette turbomachine fonctionnait au mieux de la technologie d’alors, et sa durée de vie n’en était aussi que très limitée.

Une évolution de la pression dans le temps de cette combustion pulsée est reprise sur la figure ci-contre en nous souvenant que : 1 bar = 14,5 psi. À noter aussi que la dépression qui suit l’échappement est une conséquence de l’inertie des gaz brûlés éjectés à grande vitesse dans la tuyère, ce qui permet par ailleurs aux volets de s’ouvrir rapidement, et aidé en cela par la pression dynamique due à la vitesse de croisière de ce Pulsoréacteur.

Revenons alors au TR2G qui réalise une réelle CVC selon la technologie brevetée décrite supra.

ACG-Aviation-Xplorair-Thermoreacteur-2eme-Génération-9Réalisé donc par Comat Aerospace, et installé dans les locaux de P Prime à Poitiers CNRS/ENSMA pour expérimentation, voici quelques illustrations du prototype et du banc d’essais :
Ces différentes illustrations montrent bien l’installation sur le banc d’essais, la complexité du système dont la priorité était de le concevoir le plus robuste possible attendu que nous partions dans l’inconnu, avec absolument aucun recul, et que ce prototype devait résister, en termes mécaniques, à tout excès de surpression !

Le Thermoréacteur 2G au centre d’essais de P PRIME/CNRS/Poitiers :
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Les premiers résultats
Les tous premiers résultats (tronqués pour des raisons de confidentialité…), après que les problèmes d’allumage aient été solutionnés, sont les suivants repris sur cette planche où sont indiqués les évolutions de la pression dans la chambre de combustion, ainsi que la pression d’admission des gaz frais dans cette même chambre. L‘évolution de la section présentée par les valves d’admission et d’échappement est aussi représentée.
À l’évidence, cette expérimentation était bien une première mondiale, ce qui indiquait que nous n’avions aucun recul sur ce type de combustion, contrairement aux turboréacteurs qui équipent tous nos avions de par le monde qui bénéficient de près de 70 ans de perfectionnements en innovations ! Mais les premiers résultats étaient plus qu’encourageant, et notamment en terme de pression de fin de combustion : paramètre le plus accessible et le plus représentatif du phénomène des plus complexe que peut être la combustion.
Ce qu’il nous est possible de révéler est que la pression atteinte pour une faible pression de remplissage représentait près de 70% de la pression théorique selon les expressions de Laplace !
Voici le seul résultat possible sur la pression d’injection et la pression de fin de combustion que nous ne commenterons pas :

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Ces résultats ont été obtenus en mars 2014 grâce à l’accompagnement de la DGA (Direction Générale de l’Armement) et son programme RAPID qui permettait alors d’activer un consortium composé, entres autres, de Turbomeca, n°1 mondial pour les turbines à gaz d’hélicoptères.