FR2657921A1 - - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une commande active (3) pour contrôler les instabilités dues à la combustion dans une chambre de combustion (17) comportant des moyens pour fournir du carburant atomisé montés dans la chambre. La commande active comprend un moyen de transducteur de pression (43) afin de mesurer les fluctuations de la pression dans la chambre de combustion et un moyen de servovanne (53) afin de moduler la quantité du carburant entrant dans les moyens fournissant le carburant atomisé. Un moyen de déphasage (47) relie le transducteur de pression à la servovanne. Le déphasage est ajusté de façon que la quantité du carburant fourni pour combustion pendant les pointes de la pression soit réduite dans le but de diminuer les fluctuations de la pression dans la chambre de combustion. Application aux moteurs à réaction.The invention relates to an active control (3) for controlling instabilities due to combustion in a combustion chamber (17) having means for supplying atomized fuel mounted in the chamber. The active control includes pressure transducer means (43) for measuring pressure fluctuations in the combustion chamber and servo valve means (53) for modulating the amount of fuel entering the atomized fuel supply means. A phase shift means (47) connects the pressure transducer to the servo valve. The phase shift is adjusted so that the amount of fuel supplied for combustion during pressure peaks is reduced in order to decrease pressure fluctuations in the combustion chamber. Application to jet engines.
Description
-l La présente invention concerne une commande active pour supprimer lesThe present invention relates to an active command to suppress the
instabilités à basse fréquence provoquées par une combustion dans les moteurs, les chambres de low-frequency instabilities caused by combustion in the engines, the chambers of
combustion et les chambres de post-combustion. combustion and afterburner chambers.
La plupart des moteurs d'avions, de leurs chambres de post-combustion et des chambres de combustion fixées au sol alimentées par un gaz et un liquide présentent dans certaines conditions de fonctionnement, une instabilité d'un type ou d'un autre, laquelle est provoquée par la combustion Les instabilités dans les moteurs principaux des avions et des chambres de combustion fixées au sol sont généralement dans la gamme des basses fréquences alors que celles qu'on rencontre dans les chambres de post-combustion sont des Most aircraft engines, their afterburner chambers, and gas and liquid-fueled ground-based combustion chambers exhibit, under certain operating conditions, instability of some type or other, which is caused by combustion The instabilities in the main engines of airplanes and combustion chambers attached to the ground are generally in the low frequency range whereas those encountered in the afterburner chambers are
oscillations tant de basse fréquence que de haute fréquence. oscillations of both low frequency and high frequency.
Il est classique que les instabilités dans la gamme des hautes fréquences soient susceptibles d'un traitement passif par des garnitures acoustiques et par d'autres moyens de ce genre Cependant, ces dispositifs ne sont pas très efficaces pour la suppression des oscillations dans la gamme des basses It is conventional that instabilities in the high frequency range are susceptible to passive processing by acoustic gaskets and other such means. However, these devices are not very effective in suppressing oscillations in the range of frequencies. low
fréquences.frequencies.
Les chambres de combustion des moteurs principaux des avions et leurs chambres de post-combustion ainsi que les chambres de combustion des turbines présentent dans certaines conditions des oscillations provoquées par une combustion instable à la suite du couplage d'oscillations instables dues au dégagement de la chaleur et des fluctuations de la pression acoustique De telles oscillations, si elles ne sont pas supprimées, peuvent dans les cas extrêmes devenir très importantes et se traduire par une désintégration physique du matériel Au pire, de telles oscillations se traduisent par The combustion chambers of the main aircraft engines and their afterburner chambers as well as the combustion chambers of the turbines present under certain conditions oscillations caused by unstable combustion following the coupling of unstable oscillations due to the release of heat. and fluctuations in the sound pressure Such oscillations, if not suppressed, can in extreme cases become very important and result in a physical disintegration of the material At worst, such oscillations result in
une fatigue inacceptable du métal et sont donc indésirables. an unacceptable fatigue of the metal and are therefore undesirable.
Les moyens classiques permettant de supprimer de telles oscillations dans des systèmes pratiques sont limités aux dispositifs passifs tels que les garnitures acoustiques ou les résonateurs de Helmotz La plupart des dispositifs de ce Conventional means for suppressing such oscillations in practical systems are limited to passive devices such as acoustic gaskets or Helmotz resonators.
type sont relativement inefficaces pour supprimer les oscil- type are relatively ineffective in suppressing
lations de basse fréquence ( 500 Hz ou moins) Les dispositifs low frequency (500 Hz or less) devices
courants sont limités quant à leur enveloppe de fonctionne- currents are limited in terms of their operating envelope.
ment et n'agissent pas à leur optimum pour éviter les and do not act at their optimum to avoid
oscillations potentiellement néfastes. potentially harmful oscillations.
On a exécuté des travaux de recherche en laboratoire sur les commandes actives en utilisant des hauts-parleurs Laboratory research on active controls was done using loudspeakers
comme moyen d'actionnement permettant de modifier les condi- as an actuating means for modifying the conditions
tions acoustiques limites dans les chambres de combustion. acoustic limits in the combustion chambers.
Les procédés de commande active basés sur des hauts-parleurs, bien que très attrayants comme outils de recherche, ne constituent pas un moyen pratique pour la suppression des instabilités dans la gamme des hautes fréquences à cause de l'énergie de sortie relativement faible des hautsparleurs et Active speaker-based control methods, while very attractive as search tools, are not a practical means for suppressing instabilities in the high frequency range because of the relatively low output energy of the speakers. and
de leurs grandes dimensions physiques. of their large physical dimensions.
On a effectué des travaux dans lesquels des commandes actives ont été mises en oeuvre en modulant un certain pourcentage de l'écoulement du carburant gazeux à un endroit très proche du stabilisateur de flammes On a rapporté une réduction du niveau sonore atteignant 1 Od B dans une chambre de combustion à l'échelle du laboratoire en modulant le débit gazeux par utilisation d'actionneurs du type marche-arrêt dans un mode à réaction Cependant, l'emploi d'un carburant gazeux est limité aux chambres de combustion des turbines à gaz, et pour la plupart des dispositifs pratiques dont les chambres de combustion et les chambres de post-combustion pour avion utilisant un carburant liquide, on ne connait aucune étude d'application des procédés de commande active pour supprimer les oscillations provoquées par la combustion utilisant la modulation du débit du carburant La présente invention peut s'appliquer tant aux chambres de combustion principales qu'aux chambres de post-combustion dans des Work has been carried out in which active controls have been implemented by modulating a certain percentage of the gaseous fuel flow at a location very close to the flame stabilizer. A noise reduction of up to 1 Od B has been reported in a laboratory-scale combustion chamber by modulating the gas flow by using on-off actuators in a jet mode However, the use of a gaseous fuel is limited to the combustion chambers of gas turbines, and for most practical devices including combustion chambers and afterburner for aircraft using a liquid fuel, there is no known study of application of active control methods to suppress oscillations caused by combustion using modulation The present invention is applicable to both main and post-combustion chambers. mbustion in
moteurs d'avion et dans des chambres de combustion principa- aircraft engines and in main combustion chambers
les alimentées en carburant liquide installées au sol Dans de tels dispositifs, le carburant est généralement injecté juste en amont du stabilisateur de la flamme sous forme d'une In such devices, the fuel is generally injected just upstream of the flame stabilizer in the form of a fuel.
pulvérisation de liquide avec une certaine sorte d'atomisa- spraying liquid with some sort of atomisa-
tion à base de tourbillons d'air La flamme est stabilisée dans l'onde de remise en circulation ou tourbillons en aval The flame is stabilized in the recirculation wave or downstream vortices
du stabilisateur de flamme.flame stabilizer.
La présente invention a pour objet une commande active pour supprimer les instabilités dans la gamme des basses fréquences provoquées par la combustion dans des moteurs, chambres de combustion et chambres de postcombustion sans The present invention is an active control to suppress instabilities in the low frequency range caused by combustion in engines, combustion chambers and afterburners without
altérer les performances.impair performance.
Selon un aspect de la présente invention, on prévoit According to one aspect of the present invention, provision is made
une commande active pour contrôler les instabilités provo- active control to control the instabilities caused by
quées par la combustion dans une chambre de combustion avec un moyen fournissant du carburant atomisé situé dans la chambre de combustion La commande active comporte un moyen de transducteur de pression afin de mesurer les fluctuations de la pression dans la chambre de combustion et un moyen de servovanne pour moduler la quantité du carburant transmis au moyen fournissant le carburant atomisé Un moyen de déphasage relie le transducteur de pression à la servovanne Le déphasage est réglé de façon que la quantité du carburant fourni pour la combustion pendant les pointes de pression soit réduite de manière à abaisser les fluctuations de la The active control comprises pressure transducer means for measuring the fluctuations of the pressure in the combustion chamber and a servo valve means. for modulating the amount of fuel supplied to the means providing the atomized fuel A phase shift means connects the pressure transducer to the servo valve The phase shift is adjusted so that the amount of fuel supplied for combustion during the pressure peaks is reduced so as to lower the fluctuations of the
pression dans la chambre de combustion. pressure in the combustion chamber.
La suite de la description se réfère aux figures The following description refers to the figures
4 - annexées qui représentent respectivement figure 1, une vue en coupe d'un moteur à réaction, donné à titre d'exemple, avec une commande active pour supprimer les instabilités provoquées par la combustion dans la gamme des basses fréquences dans la chambre de combustion, selon un mode de réalisation de la présente invention; figure 2, une vue en coupe d'un moteur à réaction, donné à titre représentatif, avec une commande active pour supprimer les instabilités provoquées par la combustion dans 4 - appended which represent respectively Figure 1, a sectional view of a jet engine, given by way of example, with an active command to suppress the instabilities caused by combustion in the low frequency range in the combustion chamber according to an embodiment of the present invention; FIG. 2 is a sectional view of a reaction engine, given as a representative, with active control to eliminate instabilities caused by combustion in
la gamme des basses fréquences dans la chambre de post- the range of low frequencies in the post-chamber
combustion, selon un autre mode de réalisation de la présente invention; la figure 3 est un graphe du spectre de puissance mesuré sur une échelle logarithmique en volts par un combustion, according to another embodiment of the present invention; FIG. 3 is a graph of the power spectrum measured on a logarithmic scale in volts by a
transducteur de pression dynamique en fonction de la fré- dynamic pressure transducer according to the frequency
quence dans une chambre de post-combustion simulée, un mode de réalisation de la commande active de la présente invention étant hors- service; et figure 4, un graphe du spectre de puissance mesuré sur une échelle logarithmique en volts par un transducteur de pression dynamique en fonction de la fréquence dans une chambre de post-combustion simulée, un mode de réalisation de quence in a simulated post-combustion chamber, an embodiment of the active control of the present invention being out of service; and FIG. 4, a graph of the power spectrum measured on a logarithmic scale in volts by a dynamic pressure transducer as a function of frequency in a simulated afterburner chamber, an embodiment of FIG.
la commande active de la présente invention étant en marche. the active control of the present invention being in operation.
On se reportera maintenant aux dessins dans lesquels les mêmes numéros de référence représentent des éléments identiques et en particulier à la figure 1, dans laquelle on a représenté un moteur à réaction 1 muni d'une commande active modulant l'écoulement du carburant fourni à l'un des injecteurs 5 de carburant de la chambre de combustion Le moteur 1 comprend un logement 7 généralement cylindrique, ouvert à ses deux extrémités Un compresseur 11 comporte un rotor sur un arbre commun avec le rotor d'une turbine 13 Le compresseur et la turbine sont situés dans le logement De Reference will now be made to the drawings in which the same reference numerals represent identical elements and in particular to FIG. 1, in which a jet engine 1 with an active control modulating the flow of the fuel supplied to the engine is shown. One of the fuel injectors 5 of the combustion chamber The engine 1 comprises a generally cylindrical housing 7 open at both ends A compressor 11 comprises a rotor on a common shaft with the rotor of a turbine 13 The compressor and the turbine are located in the housing From
l'air est introduit dans un orifice d'admission du compres- air is introduced into an intake port of the compres-
seur par l'intermédiaire d'un diffuseur d'admission et d'un - through an admission diffuser and a -
système de tuyauterie 15 situés à une extrémité du logement. pipe system 15 located at one end of the housing.
L'air est alors comprimé par le compresseur dynamique 11 et introduit dans une chambre de combustion 17 de forme annulaire Une multitude d'injecteurs de carburant 5, situés chacun au centre d'une coupe 21 de tourbillonnement intro- duisent du carburant devant être mélangé à l'air et brûlé En aval de la chambre de combustion, l'air chauffé se détend dans la turbine pour obtenir de la puissance afin d'entraîner le compresseur L'air peut en outre être chauffé par la combustion supplémentaire d'une plus grande quantité de carburant dans une chambre de combustion appelée chambre de post-combustion 23 La chambre de post- combustion est située à proximité de l'autre extrémité du logement et comprend un cône 25 formant diffuseur, une multitude de barres 27 de pulvérisation de carburant s'étendant vers l'intérieur du logement Un premier jeu de barres de pulvérisation entoure le diffuseur cÈnique 25; un autre jeu de barres de pulvérisation s'étend radialement vers l'intérieur, plus en aval Les barres de pulvérisation comportent chacune des orifices perpendiculaires à l'écoulement d'air, ce qui provoque l'atomisation du carburant et sa vaporisation par le courant d'air lorsque le carburant sort de la barre de pulvérisation A une courte distance en aval du carburant sortant du premier jeu de barres de pulvérisation se trouve un premier stabilisteur annulaire de flamme 31 ayant une section transversale en forme de V, qu'on appelle également gouttière en V Le sommet du V est pointé vers l'amont La flèche 33 donne une indication du sens de l'écoulement de l'air Un second stabilisateur annulaire de flamme 35 ayant une section transversale en forme de V est en aval du premier stabilisateur de flamme, à une courte distance en aval du The air is then compressed by the dynamic compressor 11 and introduced into an annular combustion chamber 17. A multitude of fuel injectors 5, each located in the center of a swirl section 21, introduce fuel to be mixed. In the air and burned Downstream of the combustion chamber, the heated air expands in the turbine to obtain power to drive the compressor Air can be further heated by the additional combustion of a more The post-combustion chamber is located near the other end of the housing and comprises a diffuser cone 25, a multitude of fuel spray rods 27 and a large amount of fuel in a combustion chamber called an afterburner. extending to the interior of the housing A first set of spray bars surround the conical diffuser 25; another set of spray rods extends radially inwards, further downstream The spray bars each have orifices perpendicular to the air flow, which causes the atomization of the fuel and its vaporization by the current When the fuel exits the spray bar A short distance downstream of the fuel leaving the first set of spray bars is a first flame retardant stabilizer 31 having a V-shaped cross-section, so-called Also V-shaped gutter The top of the V is pointed upstream The boom 33 gives an indication of the direction of the air flow A second annular flame stabilizer 35 having a V-shaped cross section is downstream of the first flame stabilizer, a short distance downstream of the
carburant sortant du second jeu de barres de pulvérisation. fuel leaving the second set of spray bars.
Le second stabilisateur de flamme est maintenu par des éléments de support 37 à partir du logement Le premier stabilisateur de flamme est maintenu par des éléments de 6 - The second flame stabilizer is held by support members 37 from the housing. The first flame stabilizer is held in place by elements of the flame.
support 41 à partir du second stabilisateur. support 41 from the second stabilizer.
Une commande active comprenant un transducteur 43 de pression dynamique est situé dans la chambre de combustion en aval de l'injecteur de pulvérisation 5 afin de mesurer les fluctuations de la pression Le signal électrique fourni par le transducteur de pression est appliqué à un filtre et à un pré-amplificateur représentés dans un bloc 45 Le filtre élimine la composante à courant continu du signal ainsi que le bruit de haute fréquence Le signal amplifié et filtré est appliqué à un déphaseur représenté dans un bloc 47 qui est ajusté en matière du retard introduit par la position du capteur par rapport à l'injecteur de carburant, du retard provoqué par la servovanne et du retard dû à l'évaporation du carburant et à sa combustion Le réglage du déphaseur peut s'effectuer en ajustant la valeur du déphasage nécessaire pendant le fonctionnement réel ou bien on peut utiliser une commande adaptative qui fournit le déphasage approprié aux différentes fréquences Le signal déphasé est fourni par l'intermédiaire d'un amplificateur représenté dans un bloc 51 à une servovanne 53 qui est reliée à une conduite de An active control comprising a dynamic pressure transducer 43 is located in the combustion chamber downstream of the spray nozzle 5 to measure pressure fluctuations. The electrical signal supplied by the pressure transducer is applied to a filter and to a a pre-amplifier shown in a block 45 The filter eliminates the DC component of the signal as well as the high frequency noise The amplified and filtered signal is applied to a phase shifter represented in a block 47 which is adjusted with respect to the delay introduced by the position of the sensor with respect to the fuel injector, the delay caused by the servovalve and the delay due to the evaporation of the fuel and its combustion The adjustment of the phase-shifter can be carried out by adjusting the value of the phase shift required during the actual operation or an adaptive control can be used which provides the appropriate phase shift at different frequencies The phase-shifted signal is provided via an amplifier shown in a block 51 to a servo-valve 53 which is connected to a control line.
carburant 55 alimentant l'un des injecteurs de carburant 5. fuel 55 supplying one of the fuel injectors 5.
La servovanne 53 module une partie de l'écoulement du carburant fourni par son intermédiaire La réponse de la commande à réaction est limitée principalement par celle de la servovanne 53 On peut se procurer une servovanne avec une réponse de 150 Hz, par exemple, dans la série 73 fabriquée par la société dite Moog Inc, East Aurora, New York, par The servovalve 53 modulates a part of the flow of the fuel supplied through it The response of the reaction control is limited mainly by that of the servovalve 53. A servovalve with a response of 150 Hz can be obtained, for example, in the 73 series manufactured by Moog Inc., East Aurora, New York, by
exemple.example.
On pense que le mécanisme principal responsable des instabilités dans la gamme des hautes fréquences réside l'interaction entre des oscillations instables dues à la chaleur et les fluctuations de la pression acoustique et dans le fait que l'interaction résultante représente un équilibre très délicat entre l'apport d'énergie au système et l'énergie qu'il perd Lord Rayleigh fut le premier à faire ressortir le -7- The main mechanism responsible for instabilities in the high frequency range is thought to be the interaction between unstable oscillations due to heat and fluctuations in sound pressure and the fact that the resulting interaction represents a very delicate balance between energy supply to the system and the energy it loses Lord Rayleigh was the first to bring out -7-
fait que, pour que l'instabilité d'une combustion se main- for the instability of combustion to continue
tienne d'elle-même, le dégagement de chaleur instable et la pression instable doivent être en moyenne "en phase" au cours d'un cycle La plupart des chambres de combustion pratiques sont très légèrement amorties et l'équilibre entre l'apport d'énergie au système à la suite de la mise en phase du dégagement instable de chaleur et de la pression et la perte d'énergie par le système provoquée par les pertes acoustiques et autres pertes visqueuses est très délicat Un déphasage minimum du dégagement de chaleur instable vis-à-vis des oscillations de la pression acoustique dans le bon sens peut, par conséquent, être suffisant pour contrarier cet équilibre délicat et supprimer de telles oscillations La commande active module l'écoulement du carburant (et par conséquent le dégagement instable de chaleur) suivant un faible pourcentage dans un mode à réaction pour se traduire dans un déphasage suffisant entre le dégagement instable de chaleur et les fluctuations de la pression instable pour les désaccoupler In itself, unstable heat generation and unstable pressure must be on average "in phase" during a cycle. Most practical combustion chambers are very lightly damped and the balance between energy to the system as a result of phasing unstable heat and pressure release and energy loss through the system caused by acoustic losses and other viscous losses is very delicate A minimal phase shift of unstable heat release against the oscillations of sound pressure in the right direction can, therefore, be sufficient to counteract this delicate balance and remove such oscillations The active control modulates the flow of fuel (and consequently the unstable release of heat ) following a small percentage in a reaction mode to result in a sufficient phase shift between the unstable release of heat and the fluctuations of the unstable pressure to uncouple them
effectivement et donc supprimer les oscillations Les modula- effectively and thus suppress oscillations Modula-
tions de l'écoulement du carburant par la servovanne rédui- flow of fuel through the reduced servo-
sent l'écoulement du carburant dont on dispose pour la the flow of fuel available for the
combustion pendant les pointes de pression. burning during pressure peaks.
En liaison maintenant avec la figure 2, on a repré- Now in conjunction with FIG. 2, there is shown
senté un moteur à réaction 1 du type illustré en figure 1 ainsi qu'une commande active 3 Un transducteur de pression dynamique 43 n'est pas placé dans la chambre de combustion 17 A jet engine 1 of the type illustrated in FIG. 1 as well as an active control unit 3 is shown. A dynamic pressure transducer 43 is not placed in the combustion chamber 17
comme auparavant, mais se trouve dans la chambre de post- as before, but is in the post-chamber
combustion 23 Une servovanne 53 module l'écoulement du carburant fourni aux barres de pulvérisation 27 et non à l'injecteur de carburant 5 En marche, du carburant liquide est injecté dans le courant d'air chaud à coécoulement par l'intermédiaire de petits orifices ménagés dans les barres de pulvérisation de carburant juste en amont des stabilisateurs de flamme 31 et 35 (dans ce cas, des gouttières en V) Le carburant se mélange alors à l'air chaud et est atomisé et 8 - vaporisé alors qu'il se propage vers l'aval Alors que le mélange carburant-air partiellement pré-mélangé circule sur les lèvres des stabilistateurs de flamme, des tourbillons sont provoqués dans le sens de l'envergure Les tourbillons ont un axe de rotation perpendiculaire au sens de l'écoule- ment Les tourbillons se propagent alors vers l'aval, entraînent les produits chauds en circulation, s'accouplent et croissent, et après un certain laps de temps (en fonction de la vitesse du carburant, etc) brûlent et libèrent de la chaleur qui modifie alors le champ de pression dynamique dans 23 A servo-valve 53 modulates the flow of fuel supplied to the spray bars 27 and not to the fuel injector. 5 In operation, liquid fuel is injected into the co-ordinated hot air stream through small orifices. in the fuel spray bars just upstream of the flame stabilizers 31 and 35 (in this case, V-shaped gutters). The fuel then mixes with the hot air and is atomized and 8-vaporized while downstream propagation While the partially premixed fuel-air mixture circulates on the lips of the flame stabilizers, vortices are caused in the span direction. The vortices have an axis of rotation perpendicular to the direction of flow. Vortices then propagate downstream, entrain hot circulating products, mate and grow, and after a certain period of time (depending on the speed of the fuel, etc.) br blow and release heat which then changes the dynamic pressure field in
la chambre de post-combustion 23 Les fluctuations résul- the afterburner chamber 23 The resulting fluctuations
tantes de la pression au droit des lèvres de la gouttière en V provoquent à leur tour un autre jeu de tourbillons et le processus se répète Si la fréquence à laquelle ce processus se produit est appariée au mode de résonance acoustique de la chambre de post-combustion (en fonction de la géométrie), un couplage a lieu et il se développe des instabilités dans la gamme des hautes fréquences Les tourbillons ont pour objet de mélanger les réactifs relativement plus froids aux produits chauds en circulation et par conséquent jouent un rôle déterminant dans le maintien de la flamme Cependant, les mêmes tourbillons se traduisent par des oscillations provoquées par une combustion instable se maintenant, même si le carburant est injecté en amont du stabilisateur de flamme pressure of the lip of the V-shaped gutter in turn causes another set of vortices and the process repeats itself If the frequency with which this process occurs is paired with the acoustic resonance mode of the post-combustion chamber (depending on the geometry), a coupling takes place and instabilities develop in the range of the high frequencies The aim of the vortices is to mix the reagents relatively colder with the hot products in circulation and consequently play a determining role in the Flame Retention However, the same vortices result in oscillations caused by unstable combustion now, even if the fuel is injected upstream of the flame stabilizer
de façon stable.stably.
La commande additive 3 module le carburant injecté en amont du stabilisateur de flamme suivant une petite quantité avec le déphasage approprié de façon que les tourbillons qui brûlent en phase avec les oscillations de la pression contiennent un peu moins de carburant (et par conséquent libèrent une énergie plus faible) que les tourbillons qui sont déphasés Cette solution se traduit par un dégagement de la chaleur qui est suffisamment "déphasé" par rapport aux oscillations de la pression, "en moyenne" pour se traduire par la suppression des oscillations Cependant, le déphasage 9 - approprié qui est nécessaire ne peut être calculé a priori car les retards ne sont pas connus; par conséquent, la The additive control 3 modulates the fuel injected upstream of the flame stabilizer in a small amount with the appropriate phase shift so that the vortices that burn in phase with the oscillations of pressure contain a little less fuel (and therefore release some energy. weaker) than the vortices which are out of phase This solution results in a release of the heat which is sufficiently "out of phase" with respect to the oscillations of the pressure, "on average" to result in the suppression of oscillations However, the phase shift 9 - appropriate that is necessary can not be calculated a priori because the delays are not known; therefore, the
commande fonctionne dans un mode à réaction. control operates in a jet mode.
On a utilisé une chambre de combustion de 7,5 x 7,5 cm présentant des instabilités dans la gamme des hautes fré- A 7.5 x 7.5 cm combustion chamber with instabilities in the high frequency range was used.
quences pour simuler un fonctionnement avec post-combustion. quences to simulate post-combustion operation.
Le stabilisateur de flamme était du type à gouttière en V (blocage de 33 %) et le carburant était injecté à une distance de 15 cm en amont du stabilisateur de flamme en utilisant un injecteur d'atomisation classique à tourbillons L'air était The flame stabilizer was of the V-channel type (33% lock) and the fuel was injected at a distance of 15 cm upstream of the flame stabilizer using a conventional vortex atomization injector.
préchauffé à une température d'environ 3150 C par un disposi- preheated to a temperature of about 3150 C by a device
tif électrique de préchauffage pour aider à l'atomisation du carburant liquide (kérosène) En l'absence de commande tif electric preheating to help the atomization of liquid fuel (kerosene) In the absence of command
active, la chambre de combustion présentait un mode d'insta- active, the combustion chamber presented a mode of insta-
bilité quart d'onde longitudinale avec une fréquence domi- longitudinal quarter wave with a dominant frequency
nante de 130 Hz La figure 3 représente le spectre de puissance mesuré par un transducteur de pression dynamique 130 Hz Figure 3 shows the power spectrum measured by a dynamic pressure transducer
situé 60 cm en amont du stabilisateur de flamme. located 60 cm upstream of the flame stabilizer.
La boucle de réaction de la commande active était The feedback loop of the active command was
constituée d'un transducteur situé 60 cm en amont du stabili- consisting of a transducer 60 cm upstream of the stabilizer
sateur de flamme qu'on utilisait en capteur, d'un filtre à bande passante d'ordre élevé du type dit Kronhite, d'un amplificateur de la société Tektronix, d'un amplificateur de blocage PAR comme déphaseur, et d'une servovanne dite Moog commandée électroniquement comme actionneur La servovanne modulait l'écoulement du carburant en réponse au signal d'entrée traité Avec une amplification appropriée et une valeur convenable pour le déphasage dans la boucle de réaction, on a observé une réduction importante de l'activité dynamique dans la chambre de combustion La figure 4 représente le spectre mesuré de la puissance au même emplacement dans la chambre de combustion alors que le système de commande active est en marche Comme on le voit dans la figure, il y a une chute considérable de l'activité dynamique à la fréquence dominante des oscillations Le - niveau de la pression sonore d'ensemble dans la chambre de combustion s'est avéré être réduit d'environ 4 d B lorsque le système de commande active est "en marche" Il y a un apport minimal d'énergie supplémentaire pour le système et on a estimé que l'écoulement du carburant était modulé de seule- ment 5 % du débit moyen du carburant Il apparaît aussi que des modes de rang plus élevé ont été sensiblement réduits même si ceux-ci se trouvent à l'extérieur de la largeur de flame tester which was used as a sensor, a high-order bandwidth filter of the Kronhite type, an amplifier of Tektronix, a blocking amplifier PAR as a phase-shifter, and a servovalve so-called Moog electronically controlled as an actuator The servo valve modulated fuel flow in response to the processed input signal With a suitable amplification and a suitable value for the phase shift in the feedback loop, a significant reduction in dynamic activity was observed Figure 4 shows the measured spectrum of power at the same location in the combustion chamber while the active control system is running As seen in the figure, there is a considerable drop in the dynamic activity at the dominant frequency of the oscillations The level of the overall sound pressure in the combustion chamber has been found to be reduced by about 4 dB If the active control system is "running" There is a minimal additional energy input for the system and it has been estimated that the fuel flow was modulated by only 5% of the average fuel flow. that higher-order modes have been significantly reduced even though they are outside the width of
bande de l'actionneur.actuator band.
Les commande de réaction représentées en figure 1 et en figure 2 peuvent être mises en oeuvre sous forme de circuits numériques et analogiques Alors qu'on a représenté The reaction control shown in FIG. 1 and in FIG. 2 can be implemented in the form of digital and analog circuits.
seulement un injecteur de carburant qui reçoit une alimenta- only a fuel injector that receives a fuel
tion modulée en carburant, le carburant fourni à plusieurs injecteurs peut être modulé D'une façon similaire, le carburant fourni à plusieurs barres de projection peut the fuel supplied to several injectors can be modulated In a similar way, the fuel supplied to several
également être modulé.also be modulated.
La description précédente a porté sur une commande The above description related to an order
active pour supprimer les instabilités dues à la combustion en basse fréquence dans des moteurs, chambres de combustion active to suppress instabilities due to low frequency combustion in engines, combustion chambers
et chambres de combustion sans altérer les performances. and combustion chambers without impairing performance.
il -he -
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