Théorie du vol & météo
Turboréacteurs et turbopropulseurs
Le fonctionnement d'un turboréacteur, le double flux et le taux de dilution, le turbopropulseur, la postcombustion et le statoréacteur, les inverseurs de poussée, le FADEC, l'APU et la RAT.
S'entraîner sur ce thèmeÀ retenir
- Trajet de l'air : compresseur, chambre de combustion, turbine, tuyère.
- Taux de dilution : rapport du débit massique du flux secondaire (froid) sur celui du flux primaire (chaud).
- Sur un double flux moderne, la soufflante produit environ 70 à 80 % de la poussée ou davantage.
- Turbopropulseur : la turbine entraîne presque entièrement une hélice.
- FADEC : Full Authority Digital Engine Control, la régulation numérique du moteur.
- APU : Auxiliary Power Unit ; RAT : Ram Air Turbine, petite éolienne de secours.
Le turboréacteur
L'air traverse successivement le compresseur, la chambre de combustion, la turbine et la tuyère. Le compresseur augmente la pression de l'air : dans un compresseur axial, les aubes mobiles (rotor) accélèrent l'air, et les aubes fixes (stator) transforment cette vitesse en pression. Dans la chambre de combustion, le carburant brûle et chauffe les gaz. La turbine récupère une partie de leur énergie pour entraîner le compresseur, et la tuyère accélère les gaz pour créer la poussée.
Le contrôle actif des jeux (active clearance control) ajuste en permanence l'écart entre le bout des aubes et le carter pour améliorer le rendement. L'air de la cabine est prélevé sur les compresseurs des réacteurs (sauf sur le Boeing 787).
Depuis les années 1960, la consommation de carburant par passager-kilomètre a baissé d'environ 70 à 80 %.
- Ordre des éléments
- compresseur, chambre, turbine, tuyère
- Stator du compresseur
- vitesse transformée en pression
- Chambre de combustion
- chauffe les gaz
- Air de la cabine
- prélevé sur les compresseurs
Double flux et turbopropulseur
Dans un turboréacteur à double flux (turbofan), une grande soufflante (fan) envoie une partie de l'air autour du cœur du moteur : c'est le flux secondaire, froid. Le taux de dilution est le rapport du débit massique de ce flux secondaire sur celui du flux primaire, chaud, qui traverse le cœur.
Sur les moteurs modernes à fort taux de dilution, le flux secondaire fournit la majeure partie de la poussée, environ 70 à 80 % et souvent davantage. Il refroidit aussi les parties chaudes et réduit le bruit, mais ce n'est pas lui qui fait tourner le moteur. Le double flux consomme moins que le simple flux.
Le turbopropulseur se distingue du turboréacteur par son hélice : la quasi-totalité de l'énergie de la turbine sert à l'entraîner, à travers un réducteur.
- Taux de dilution
- flux froid / flux chaud (en masse)
- Poussée du flux secondaire
- 70 à 80 % et plus
- Avantage du double flux
- consommation réduite
- Turbopropulseur
- turbine qui entraîne une hélice
Postcombustion, statoréacteur et inverseurs
La postcombustion injecte du carburant en aval de la turbine : elle augmente fortement la poussée et la vitesse pendant une durée assez courte, au prix d'une consommation très élevée. Le statoréacteur, sans pièce tournante, ne fonctionne qu'à grande vitesse : il ne permet pas de décoller par ses propres moyens.
Les inverseurs de poussée (reverses) dévient le flux d'air vers l'avant après l'atterrissage pour aider au freinage, surtout sur piste mouillée ou contaminée.
- Postcombustion
- poussée accrue, courte durée
- Statoréacteur
- ne peut pas décoller seul
- Reverses
- inversent le flux d'air
Régulation et sources d'énergie
Le FADEC (Full Authority Digital Engine Control) est le calculateur qui régule automatiquement le moteur ; il fait l'interface entre le cockpit et le moteur. Il commande le FMU (Fuel Metering Unit), équipement hydromécanique qui dose le carburant. L'automanette (autothrottle) régule automatiquement la poussée.
L'APU (Auxiliary Power Unit), petite turbine généralement logée dans la queue, fournit de l'électricité et de l'air comprimé quand les moteurs sont arrêtés.
La RAT (Ram Air Turbine) est une petite éolienne qui sort automatiquement en cas de perte des moteurs et de l'APU : elle produit assez d'énergie pour alimenter les commandes de vol essentielles.
- FADEC
- Full Authority Digital Engine Control
- FMU
- dosage du carburant
- APU
- Auxiliary Power Unit
- RAT
- éolienne de secours
Pièges fréquents
- La chambre de combustion est entre le compresseur et la turbine, pas après la turbine.
- Le taux de dilution est un rapport de débits massiques, pas de poussées ni de pressions.
- Le flux secondaire ne fait pas tourner le moteur.
- L'APU n'assure pas la propulsion ; la RAT ne donne pas de poussée.
- Le turbopropulseur a bien une turbine : c'est l'hélice qui le distingue.
Sources
- fr.wikipedia.org/wiki/Turbor%C3%A9acteur
- fr.wikipedia.org/wiki/Turbor%C3%A9acteur_%C3%A0_double_flux
- fr.wikipedia.org/wiki/Turbopropulseur
- fr.wikipedia.org/wiki/Full_Authority_Digital_Engine_Control
- fr.wikipedia.org/wiki/Groupe_auxiliaire_de_puissance
- fr.wikipedia.org/wiki/Ram_air_turbine
- lavionnaire.fr/MotorElements.php