Le turboréacteur
Parmi les moteurs qui fonctionnent dans l’air, les turboréacteurs sont les plus utilisés. Après l’admission de l’air dans le moteur, un ou plusieurs compresseurs, axiaux ou centrifuges, augmentent la pression de l’air, puis ce dernier pénètre dans la chambre de combustion , où il est mélangé avec le combustible vaporisé et ensuite brûlé. L’énergie nécessaire au fonctionnement du compresseur est fournie par une turbine placée entre la chambre de combustion et la tuyère.
En sortant de la chambre de combustion, les gaz atteignent les aubes d’une ou de plusieurs turbines et sont alors ralentis. Ils sont ensuite détendus essentiellement dans la tuyère terminale, ce qui engendre une poussée propulsant l’avion.
La température à l’entrée de la turbine limite actuellement les performances d’un turboréacteur. En effet, elle ne doit pas excéder 1 100°C en raison des caractéristiques thermiques des matériaux. Pour réduire cette température, seule une partie de l’air comprimé est brûlé. Le volume d’air est donc fractionné à l’entrée de la chambre de combustion. Une partie de l’air est mélangée avec le combustible et enflammée!; le reste est utilisé pour refroidir la turbine.
Un moteur de turboréacteur à l’arrêt ne peut pas démarrer directement!; il doit d’abord être lancé par un moteur de démarrage externe. Le combustible est alors enflammé par une bougie chauffée. Une fois que le moteur est en marche, la combustion peut avoir lieu sans l’aide de bougies à étincelles.
Lorsque la température de l’air ambiant augmente, la densité de l’air chaud et donc le flux massique dans le moteur diminuent. La poussée fournie par le réacteur décroît alors. Dans les périodes chaudes, la poussée au décollage peut être augmentée en injectant de l’eau à l’entrée du compresseur, ce qui permet de refroidir l’air par évaporation de l’eau.
Dans les moteurs militaires, des vitesses ou poussées plus importantes pour le décollage et l’ascension peuvent être atteintes par postcombustion, à l’aide d’un second brûleur installé entre la turbine et la tuyère. Lors de la postcombustion, une quantité supplémentaire de combustible est ajoutée au flux d’échappement pour brûler l’oxygène qui n’a pas été utilisé dans la chambre de combustion. Ce procédé augmente à la fois le volume d’air et la vitesse du flux. La postcombustion a toutefois un faible rendement, ce qui restreint son utilisation à des situations qui nécessitent une brusque accélération.
Le turbofan ou turboréacteur à double flux
Le réacteur à turbofan est une version améliorée du turboréacteur. Seule une partie de l’air qui pénètre dans le moteur est comprimée et ensuite détournée vers une enveloppe extérieure. Cet air est ensuite mélangé avec les gaz très chauds sortant de la turbine, avant d’atteindre la tuyère. Un turbofan a une plus grande poussée pour le décollage et l’ascension, et une efficacité accrue!; la dérivation refroidit le moteur et diminue son niveau sonore.
Dans certains de ces réacteurs, l’air dérivé n’est pas réintégré dans le réacteur, mais est directement expulsé. Dans ce type de moteur, seul un sixième de l’air utilisé passe dans le réacteur!; les cinq sixièmes restants sont comprimés uniquement dans le premier compresseur avant d’être expulsés. Des vitesses différentes de rotation sont requises pour les parties du réacteur à haute et à basse pression.
On obtient cette différence en utilisant deux combinaisons séparées turbine-compresseur, qui fonctionnent avec deux poussées concentriques. Deux étages de turbine à haute pression commandent les onze sections de compresseur à haute pression montées sur l’arbre extérieur. Quatre étages de turbine fournissent l’énergie pour le ventilateur.
La recherche actuelle sur les turboréacteurs à simple et à double flux est consacrée pour une grande part à l’application plus efficace des compresseurs et des turbines, à l’invention de systèmes spécifiques de refroidissement à aubes qui permettraient des températures plus élevées à l’entrée de la turbine, et à la réduction du bruit du réacteur.
Le turbopropulseur
Il a globalement la même constitution que le turboréacteur et l’air y subit à peu près le même cycle thermodynamique. Le turbopropulseur utilise cependant une hélice pour fournir l’énergie de propulsion. Environ 90% de l’énergie des gaz détendus est absorbée dans la partie de la turbine à gaz qui commande l’hélice ; 10% sont utilisés pour accélérer le flux d’éjection. Ce dernier contribue donc seulement pour une petite partie à la poussée globale de propulsion.
Les turbopropulseurs sont efficaces pour les avions de petite taille et de taille moyenne qui volent à des vitesses inférieures à 750 km/h. Ces réacteurs ne peuvent toutefois pas rivaliser avec les turboréacteurs à simple ou à double flux pour les grands avions et pour les vitesses supérieures.
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