Réacteurs - types |
Réacteurs : Les avions à réaction (jetliners) remplacèrent progressivement les appareils à moteurs à pistons dans les années 1950. Le premier appareil commercial mis en service fut, en 1952, le Comet 1 anglais, mais on peut citer le Tu-104 russe et les très connus B-707 et DC-8 américains. Les premiers essais d'avion à réaction avaient été faits pendant la Deuxième Guerre mondiale avec le chasseur allemand Me 262 testé en 1942 ou le Meteor anglais basé sur les travaux de Frank Whittle sur les turbines à gaz dans les années 1920, et dont le premier vol du prototype date de 1943.
Un réacteur est basé sur le principe physique de réaction par jet gazeux : Isaac Newton avait décrit en 1687 ce principe qui veut qu'à chaque action correspond une action égale et opposée. Ce principe peut être illustré par un exemple : lorsque l'on ouvre le robinet d'alimentation d'un tuyau d'arrosage, celui-ci à tendance à se déplacer dans la direction opposée au jet. Ce phénomène n'est pas dû à la pression de l'eau exercée sur l'air, on peut le vérifier avec les moteurs des fusées ou les moteurs de guidage des stations spatiales qui fonctionnent dans le vide.
Un réacteur classique est formé des mêmes éléments qu'un turbopropulseur :
– un compresseur basse et haute pression de type axial ou centrifuge pour réduire le volume de l'air admis et élever sa température. Le rapport de compression (pression d'entrée/sortie du compresseur) peut atteindre un rapport de 1 à 30. La température au niveau du dernier étage du compresseur peut aller jusqu'à 400/450°C.
– des chambres de combustion ou l'air chaud mélangé à du kérosène injecté par des gicleurs brûle, ce qui augmente encore sa température et son volume. Dans cette partie, la température peut atteindre jusqu'à 1300/1450°C.
– une turbine placée dans le flux sortant pour l'entraînement du compresseur et des annexes (pompes, générateurs,...). Dans cette partie du moteur, les gaz brûlés se détendent et se refroidissent en donnant naissance à un flux éjecté à grande vitesse du à leur augmentation de volume. Une fois le réacteur mis en route, son fonctionnement se déroule de façon autonome.
| Ecorché d'un réacteur : compresseur centrifuge, chambre de combustion annulaire, turbines. |  |
Réacteur double flux : Ce perfectionnement important permit d'abaisser la consommation et de réduire le niveau de bruit des réacteurs. Au cours d'études, des ingénieurs découvrirent qu'à condition d'augmenter le diamètre du compresseur basse pression, il était possible de prélever de l'air à sa périphérie et de l'amener au moyen de canalisations entourant le moteur au niveau de la tuyère pour le mélanger aux gaz chauds. Cette dérivation permettait d'éjecter un volume de gaz à vitesse inférieure mais de volume plus important.
Le taux de dilution est le rapport entre le débit de la turbine air froid (soufflante) et celui de turbine air chaud. Ce taux était proche de un sur les premiers moteurs de ce type comme le Pratt & Whitney JT 3D des années 1960, il atteint maintenant cinq sur les moteurs du Jumbo Jet B-747.
Postcombustion (réchauffe) : le principe de la postcombustion est de brûler du kérosène dans une partie aménagée à l'arrière du moteur. Le carburant injecté dans le flux de gaz chauds se consume en apportant une notable augmentation de poussée. Ce type de réacteur est réservé aux appareils militaires qui ont besoin d'un surcroît de puissance dans certains cas (décollage, manoeuvres), il n'a été que rarement employé sur des avions civils (supersoniques Concorde et Tu-144). L'augmentation de poussée est importante, sur le moteur SNECMA M-88 du Rafale par exemple, elle est normalement de 5.000 kgp, elle atteint 7.500 kgp avec la réchauffe. Les inconvénients sont le bruit engendré, la consommation élevée et la signature infrarouge importante.
Pulsoréacteur : le pulsoréacteur correspond au type de moteur de la bombe volante allemande V-1 de la Deuxième Guerre mondiale connue pour ses attaques sur l'Angleterre en juillet-août 1944. Ce propulseur était muni de soupapes maintenues ouvertes par des ressorts comprimés. Ces soupapes permettaient à l'air de pénétrer dans la chambre de combustion ou il était mélangé à du kérosène et brûlait. La brusque augmentation de pression fermait les soupapes d'admission et les gaz étaient éjectés à grande vitesse par la tuyère. Lorsque la pression retombait, les soupapes s'ouvraient pour entamer un nouveau cycle.
Le pulsoréacteur du V-1 émettait un bruit très caractéristique du à son fonctionnement intermittent. Ce type de moteur ne fonctionnant qu'à partir d'une certaine vitesse, la bombe volante était envoyée par l'intermédiaire d'une rampe de lancement munie d'une catapulte. Le V-1, avion sans pilote armé d'une charge de 850 kg d'explosifs pesait 2.180 kg et volait à 650 km/h.
Statoréacteur (ramjet) : à la différence des autres propulseurs, le statoréacteur n'utilise pas d'organes tournants. Son fonctionnement est lié à la forme de son conduit : le vent relatif pénètre par une prise d'air en perdant de la vitesse et en se comprimant, cet air chaud sous pression mélangé à du kérosène injecté par des gicleurs brûle, cette combustion augmente encore la pression et la température, les gaz brûlés sont ensuite éjectés à grande vitesse par la tuyère. Le dessin de la prise d'air, de la chambre de combustion et du conduit d'éjection conditionnent le fonctionnement du propulseur.
Le statoréacteur qui nécessite une vitesse initiale fut expérimenté à la fin des années 1940 sur les appareils français Leduc 010 et 021, sur le Griffon, mais aussi sur le moteur Pratt & Whitney J58 de l'appareil de reconnaissance Lockheed SR-71 qui peut atteindre Mach 3 et voler à très haute altitude. Lorsque cet appareil atteint une vitesse proche de sa vitesse maximale, son moteur, grâce à la configuration de ses tuyères d'admission et d'échappement, fonctionne plus comme un statoréacteur qu'un réacteur standard (la poussée dans ce mode ne correspond plus qu'à 18% de la poussée totale).
 |
Réacteur double flux. Compresseur axial basse pression quatre étages, compresseur axial haute pression six étages, turbine un étage pour chacun des compresseurs, un étage pour la soufflante, chambres de combustion en rouge. |
