Sommaire
Le Turbofan
Turboréacteur : turbine à gaz fournissant directement, par éjection à grande vitesse de gaz chauds, la poussée nécessaire pour faire voler un avion.
Analyse fonctionnelle d'un turboréacteur |
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I. Les avantages du turbofan : |
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| Turboréacteur (classique) | Turbofan |
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Le flux qui traverse tout le moteur s'appelle flux primaire, le flux qui contourne une partie du compresseur, la ou les chambre(s), et la turbine, s'appelle flux secondaire.
Dans un turboréacteur classique, la quasi totalité de l'air venant du compresseur passe dans la chambre de combustion. Une faible partie passe autour de la chambre à fins de refroidissement et de redilution. Les gaz éjectés par de tels turboréacteurs sont extrêmement rapides, et produisent énormément de bruit. La mise au point du turboréacteur à double flux (turbofan) a eu lieu dans les années 60 et fut un perfectionnement important du turboréacteur. Des ingénieurs découvrirent qu'en augmentant le diamètre du compresseur à basse pression, il était possible de prélever l'air circulant a la périphérie des ailettes du compresseur, de le faire contourner le turbomoteur (chambre de combustion plus turbines) et de l'amener au niveau de la tuyère pour le mélanger aux gaz chauds éjectés.
De plus, le turbofan est un turboréacteur auquel on a rajouté une soufflante à l'avant. Au départ le taux de dilution (rapport entre le volume d'air qui contourne le turbomoteur et le volume d'air qui rentre dans le turbomoteur) était inférieur à un ; Aujourd'hui les réacteurs équipant les Boeing 747 Jumbo Jet ont un taux de dilution supérieur a 5.
Sur un réacteur double flux, le débit est grandement augmenté, ainsi que le rendement. L'air "froid" du flux secondaire ne se mélangera que très peu aux gaz très chauds du flux primaire, et, par conséquent, le jet de gaz très chaud et très rapide (flux primaire) sera "gainé" par le flux secondaire plus lent assurant un niveau de bruit nettement plus faible ( l'air ambiant ne sera pas en contact direct avec les gaz rapides mais avec la "gaine" du flux secondaire ).
L'accélération d'une masse d'air engendre une force. En augmentant soit la quantité, soit l'accélération de l'air, on augmente cette force. Ainsi pour un turboréacteur à double flux, les gaz sortant des tuyères ont une vitesse plus faible qu'à la sortie du turboréacteur mais la quantité d'air déplacée est supérieure à celle d'un réacteur normal. Seule une partie de l'air est utilisée comme comburant, le reste est dévié à l'arrière du réacteur. Ainsi le flux secondaire procure jusqu'à 40 % de la poussée du moteur.
La soufflante apporte une grande quantité d'air et augmente la poussée. Les gaz d'échappement étant noyés dans le flux d'air secondaire, le bruit de la combustion est réduit. On entend désormais les bruits internes du moteur, jadis masqués par le bruit du jet. Cet avantage le rend presque obligatoire sur les avions de ligne.
En résumé, l'emploi du turbofan augmente le rendement de propulsion, diminue le bruit et la consommation de carburant.
II. Le fonctionnement d'un turbofan : |
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étape 1 : La soufflante aspire le flux primaire d'air dans le propulseur. Cet air est comprimé par les ailettes du compresseur.
étape 2 : Les pompes expulsent le carburant par les gicleurs pour former un mélange avec l'air dans la chambre de combustion. Ce mélange entre en combustion et propulse des gaz en expansion rapide.
étape 3 : La poussée vient en partie de la pression exercée par les gaz de sortie sur la paroi avant du propulseur. Mais le gros de la poussée provient, dans un turbofan, de la soufflante.
étape 4 : Les gaz de sortie font tourner une turbine qui entraîne la soufflante et le compresseur par l’intermédiaire d’un arbre.
étape 5 : Le flux secondaire, (80% pour un taux de dilution de 8) est aspiré par la soufflante et contourne le turbomoteur. Cette dernière se comporte donc comme une hélice, produisant un effort de poussée.
III. Les turboréacteurs mono, double ou triple corps : |
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Le compresseur assure un débit au point fixe, procure de l'énergie cinétique à l'air qui le traverse et transforme cette énergie cinétique en pression. À l'inverse, la turbine prélève dans le fluide de l'énergie de pression, qu'elle transforme en énergie cinétique, puis en puissance sur l'arbre. On appelle corps un ensemble compresseur-turbine accouplés sur un même arbre et tournant donc à la même vitesse. Un turboréacteur peut être mono-, double ou triple corps.
IV. Les spécificités de la turbine : |
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Grille : ensemble d'aubes identiques disposées sur un même rayon à des intervalles angulaires 2p/n égaux (n : nombre d'aubes).
Paramètres caractéristiques d'une grille d'aubes
Les turbines axiales sont constituées d'étages successifs comprenant une grille fixe suivie d'une grille mobile ; la grille fixe transforme la pression du fluide en vitesse et la grille mobile transforme cette vitesse en travail recueilli sur l'arbre de la roue. L'évolution des vitesses axiales est obtenue par la loi des sections de passage du fluide, qui augmentent progressivement.
Les turbines axiales sont constituées d'étages successifs comprenant une grille fixe suivie d'une grille mobile ; la grille fixe transforme la pression du fluide en vitesse et la grille mobile transforme cette vitesse en travail recueilli sur l'arbre de la roue. L'évolution des vitesses axiales est obtenue par la loi des sections de passage du fluide, qui augmentent progressivement.
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