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Une turbine à gaz aussi appelé "turbine à combustion" est un moteur thermodynamique à combustion interne à flux continu dont le rôle est de produire de l'énergie mécanique sous la forme de la rotation d'un arbre, directement à partir de l'énergie cinétique des gaz produits par la combustion d'un hydrocarbure qui subissent une détente dans une turbine. Le générateur auxiliaire de puissance (APU) est une petite turbine à gaz qui fournit l'énergie électrique à bord d'un avion de ligne. Une turbine à gaz avec un ou plusieurs compresseurs et une chambre de combustion interne forme la base du turboréacteur.
Une turbine à gaz avec un compresseur, mais liée à une hélice par lintermédiaire d'un réducteur est lélément moteur du turbopropulseur.
Les turbomoteurs sont utilisés pour les hélicoptères monomoteurs et bimoteurs.
Il existe deux types de turbines à gaz :
- turbine simple arbre dont le compresseur et l'ensemble des étages de détente sont regroupés sur le même arbre entrainant également lorgane récepteur.
- turbine double arbre dont la turbine haute pression est raccordée au compresseur et lentraine. La deuxième turbine est mécanique et n'est pas reliée à la turbine haute pression, elle entraine une hélice ou un générateur.
Une turbine à gaz est composé de :
- une manche à air qui capte l'air afin que lécoulement avant la soufflante soit régulier
- une soufflante appelée aussi "fan" qui assure la compression initiale de l'air entrant dans la turbine à gaz en flux primaire et second'aire.
- un compresseur centrifuge ou axiale qui aspire et comprime l'air pour lamener à des vitesses, pressions et températures optimales à l'entrée de la chambre de combustion.
- un circuit de refroidissement qui assure le refroidissement de la chambre de combustion
- daccessoires tels que les générateurs électriques, régulateurs du débit carburant, pompes à huile, démarreur, épurateurs et les pompes carburant, hydrauliques et pneumatiques.
- une chambre de combustion qui chauffe l'air qui sort du dernier eÌtage du compresseur haute pression afin de lui apporter leÌnergie neÌcessaire aÌ€ faire mouvoir la ou les turbines et aÌ€ donner suffisamment de pousseÌe aÌ€ la tuyeÌ€re.
- une turbine qui récupère une partie de l'énergie issue de la combustion des gaz pour le fonctionnement de la soufflante, du compresseur et des accessoires.
- de paliers qui guident et supportent les arbres de transmissions.
- d'un inverseur de poussée qui diminue la distance de freinage en redirigeant vers lavant au moins une partie de la poussée générée.
- d'une tuyère qui évacue les gaz chauds sous pression sortant des turbines pour obtenir le maximum de vitesse et poussée.
Fonctionnement d'une turbine à gaz :
- L'air est aspiré à la pression et à la température ambiante, puis comprimé à une pression comprise entre 10 et 30 bars. Cette compression peut à première vue être supposée adiabatique c'est à dire si elle est effectuée sans quaucun transfert thermique nintervienne entre le système étudié et le milieu extérieur mais pas isentropique, compte tenu des irréversibilités qui prennent place dans le compresseur. Pour atteindre des taux de compression de 20 ou 30 bars, le compresseur est multiétagé, avec parfois une réfrigération intermédiaire destinée à réduire le travail consommé. Les rotors axiaux sont constitués d'un empilage de disques, soit montés sur un moyeu central, soit assemblés en tambour sur leur périphérie. A la différence du cycle utilisé dans les centrales à vapeur et dans lequel le travail de compression est faible devant le travail de détente, une partie significative (60 à 70 %) du travail récupéré sur larbre de la turbine sert à entraîner le compresseur.
- L'air sous pression est ensuite dirigé vers la chambre de combustion, où il brûle avec un combustible. Il faut aussi bien noter que la turbine met en jeu plusieurs fluides : de l'air dont le débit-masse est pris égal à l'unité, un combustible dont le débit-masse est calculé par la chambre de combustion, et les gaz brûlés dont on déduit le débit-masse par bilan conservatif.
- Les gaz brûlés sont ensuite détendus dans une turbine de rendement isentropique jusqu'à la pression atmosphérique via une tuyère
Les turbomoteurs
Un turbomoteur est composé d'une turbine à gaz identique à celle d'un turboréacteur simple flux sur laquelle a été rajoutée une turbine basse pression à un ou plusieurs étages qui entraîne par lintermédiaire d'un réducteur les rotors d un hélicoptère.
Le générateur auxiliaire de puissance (APU)
APU est une turbine à gaz ou turbogénérateur destiné à produire de l'énergie à bord des avions pour permettre dalimenter au sol les différents systèmes de bord (électrique, pneumatique, hydraulique, et air conditionné) quand les moteurs sont arrêtés afin déconomiser le carburant. Les APU sont généralement positionnés à l'arrière de l'avion, dans le cône de queue et alimentés par le kérosène des réservoirs de l'avion et protéger par une enveloppe de protection acoustique ignifuge.
LAPU est surveillée et contrôlée par un contrôleur électronique. La protection d'arrêt automatique est prévu en cas de feu ou quand certaines limites sont dépassées.
Un APU est composé de :
- un générateur de puissance qui génère le gaz.
- un compresseur d'air monté sur l'axe principal du générateur de puissance qui fournit toute la puissance pneumatique nécessaire à l'avion.
- un régulateur dadmission qui ajuste le débit d'air du compresseur.
- un boîtier dengrenages ou boitier de transfert de puissance qui transmet la puissance de larbre turbine aux équipements mécaniques avec adaptation des vitesses de rotation.
- une vanne de décharge qui par un échappement d'air asservi évite le pompage aérodynamique de la partie turbine à gaz.
- une protection d'arrêt automatique qui est prévu en cas de basse pression dhuile, faute de système, de survitesse, de surchauffe ou dincendie.
Les turbopropulseurs
Un turbopropulseur est une turbine à gaz dont la poussée principale est obtenue par la rotation d'une hélice multi-pales.
Il est adapté aux avions dont la vitesse de croisière est comprise entre 300 et 800 km/h. Au-delà de cette vitesse, la baisse du rendement aérodynamique de lhélice, lié à lécoulement transsonique ou supersonique en bout de pale, conduit à préférer le turboréacteur. Il doit produire le maximum de poussée à la vitesse la plus élevée possible par la tuyère ainsi que la mise en rotation d'un arbre moteur tout en perdant le minimum d'énergie dans les gaz déchappement. Etant donné que la vitesse de rotation (vitesse angul'aire) de la turbine est trop rapide pour alimenter lhélice, il faut un réducteur pour diminuer cette vitesse.
Les turboréacteurs
Le turboréacteur est une turbine à gaz dont une action est opposé à une force de réaction thermodynamique. Ce type de moteur est essentiellement utilisé sur les avions de ligne ou militaire.
Afin déjecter une quantité d'air suffisante en masse, un accroissement de la pression à vitesse constante est assurée par le compresseur dentrée. Un important dégagement d'énergie est ensuite provoqué par la combustion d'un carburant, généralement du kérosène, dans loxygène de l'air qui traverse le turboréacteur.
Fonctionnement d'un turboréacteur :
- Admission d'une masse d'air importante entrant dans le réacteur.
- Aspiration par le fan ou soufflante pour les moteurs équipés puis comprimé via un compresseur axial ou centrifuge.
- Combustion de l'air comprimé et réchauffé en partie à travers la chambre de combustion ou il est mélangé avec du kérosène pulvérisé qui senflamme spontanément.
- Détente d'une partie des gaz brûlés dans la turbine à gaz entraine le compresseur, le fan et des accessoires nécessaires au fonctionnement du réacteur. Le reste des gaz brûlés est transformé en énergie de pression derrière la turbine puis en énergie cinétique par effet Venturi dans la tuyère dont la section peut être variable en fonction du domaine de vol afin de réaliser la poussée de l'avion.
Les statoréacteurs
Le statoréacteur est un moteur à réaction, dont la poussée est produite par éjection de gaz issus de la combustion d'un carburant, généralement le kérosène. Il n'est constitué que d'un tube et ne comporte aucune pièce mobile, d'où le terme "stato" pour statique.
Bien quentre Mach 3 et mach 5, le statoréacteur soit le moteur à réaction le plus efficace, son impossibilité dassurer la propulsion à vitesse nulle le contraint à céder sa place aux turboréacteurs. Par la suite, des statoréacteurs à combustion supersonique, ou superstatoréacteur, ont été développés pour dépasser les vitesses maximales du statoreacteur comprises entre Mach 5 et 6.
Fonctionnement d'un statoréacteur:
- Admission via un tube ouvert aux deux extrémités dans lequel on injecte un carburant qui se mélange à l'air senflamme grâce à un système d'allumage.
- Combustion qui produit des gazs chauds en grande quantité, qui saccélèrent en se détendant dans la tuyère et provoque une poussée significative.
Les pulsoréacteurs
Le pulsoréacteur est un moteur à réaction cyclique développé spécialement pour la bombe volante allemande V1 durant la Seconde Guerre mondiale. Relativement simple à fabriquer et peu coûteux mais bruyant on le trouve sur des petits avions radiocommandés de loisir.
Fonctionnement d'un pulsoréacteur :
- Admission de l'air dans la chambre de combustion à travers les clapets. En avant de la chambre, du carburant est pulvérisé dans le flux d'air.
- Combustion lorsque la chambre de combustion est froide, les bougies provoquent la combustion du mélange avant qu'il ne sorte de la chambre. Lorsque la chambre de combustion est chaude, les bougies ne sont plus nécessaires et le cycle de combustion sauto-entretient. La pression engendrée étant supérieure à la pression exercée par l'air extérieur sur les clapets, ceux-ci se ferment.
- Détente des gaz de combustion qui séchappent par la tuyère, où leur détente provoque la poussée. Quand la pression dans la chambre de combustion retombe en dessous de la pression exercée par l'air sur les clapets, ceux-ci souvrent pour commencer un nouveau cycle. Un cycle a une durée d'autant plus courte que la vitesse est élevée.
Les moteur-fusée
Le moteur-fusée est un type de moteurs à réaction qui projette un fluide vers l'arrière. Le moteur-fusée présente la particularité dexpulser une matière qui est entièrement stockée dans le corps de laéronef. Ce type de moteur est en particulier utilisé par les fusées car étant autosuffisant il peut fonctionner dans un milieu dépourvu datmosphère mais également par les missiles car il permet datteindre des vitesses très importantes.
Fonctionnement d'un moteur fusée :
Généralement deux ergols brûlent dans une chambre de combustion et sont accélérés par une tuyère de Laval et sont éjectés à grande vitesse par une tuyère. Il existe de nombreuses catégories de moteurs-fusées, les principales sont les moteurs-fusées à ergols solides et à ergols liquides qui sont des substances homogènes employées seule ou en association avec d'autres substances et destinée à fournir de l'énergie.
Ergols solides sont composé d'un bloc de poudre percé par un canal longitudinal qui sert de chambre de combustion. Lorsque le propulseur est allumé la surface du bloc de poudre côté canal se met à brûler en produisant des gaz de combustion sous haute pression qui sont expulsés par la tuyère.
Ergols liquides sont stockés dans des réservoirs séparés, qui sont injectés dans une chambre de combustion puis éjectés par la tuyère, générant la poussée. Beaucoup plus performants que les modèles à ergols solides, ils sont néanmoins complexes à concevoir, à fabriquer et à utiliser.
encore desole si une reponse entraine une autre question, car je sais qu'un avion est une machine complexe, je pense donc ouvrir d'autres posts car j'ai d'autres questions a vous posez.
