Les moteurs à turbine à gaz ont parcouru un long chemin depuis 1903. C’était la première année où une turbine à gaz produisait suffisamment de puissance pour continuer à fonctionner. La conception a été réalisée par l’inventeur norvégien Aegidus Elling, et elle produisait 11 chevaux, ce qui était un exploit énorme à l’époque.
De nos jours, les moteurs à turbine à gaz sont de toutes formes et tailles, et la plupart d’entre eux produisent beaucoup plus de 11 chevaux. Voici les 4 principaux types de moteurs à turbine, ainsi que les avantages et les inconvénients de chacun.
1)Turboréacteur
Heinkel He 178, le premier avion à turboréacteur au monde
Les turboréacteurs ont été le premier type de moteur à turbine à gaz inventé. Et même s’ils sont complètement différents du moteur alternatif de votre voiture ou de votre avion, ils fonctionnent selon la même théorie: admission, compression, puissance, échappement.
Comment Fonctionne Un Turboréacteur ?
Les turboréacteurs fonctionnent en faisant passer de l’air à travers 5 sections primaires du moteur :
Étape 1: Prise d’air
L’entrée d’air est essentiellement un tube devant le moteur. La prise d’air peut sembler simple, mais elle est incroyablement importante. Le travail de l’admission consiste à diriger en douceur l’air dans les aubes du compresseur. À basse vitesse, il doit minimiser la perte de flux d’air dans le moteur, et à des vitesses supersoniques, il doit ralentir le flux d’air en dessous de Mach 1 (l’air circulant dans un turboréacteur doit être subsonique, quelle que soit la vitesse de vol de l’avion).
Étape 2: Compresseur
Le compresseur est entraîné par la turbine située à l’arrière du moteur et son travail consiste à comprimer l’air entrant, ce qui augmente considérablement la pression de l’air. Le compresseur est une série de « ventilateurs », chacun avec des pales de plus en plus petites. Au fur et à mesure que l’air traverse chaque étage de compresseur, il devient plus comprimé.
Étape 3: Chambre de combustion
Ensuite, c’est la chambre de combustion, où la magie commence vraiment à se produire. L’air à haute pression est combiné avec du carburant et le mélange est enflammé. Lorsque le mélange carburant / air brûle, il continue à travers le moteur vers la turbine. Les turboréacteurs fonctionnent très maigres, avec environ 50 parties d’air pour chaque partie de carburant (la plupart des moteurs alternatifs fonctionnent de 6 à 1 à 18 à 1). L’une des principales raisons pour lesquelles les turbines fonctionnent à ce régime est qu’un flux d’air supplémentaire est nécessaire pour garder un turboréacteur au frais.
Étape 4: Turbine
La turbine est une autre série de « ventilateurs », qui fonctionnent comme un moulin à vent, absorbant l’énergie de l’air à grande vitesse qui la traverse. Les aubes de turbine sont reliées et tournent à un arbre, qui est également relié aux aubes de compresseur à l’avant du moteur. Le « cercle de vie » du turbjet est presque terminé.
Étape 5: Échappement (alias « Je suis sorti d’ici! »)
Le mélange carburant / air brûlé à grande vitesse sort du moteur par une buse d’échappement. Lorsque l’air à grande vitesse sort de l’arrière du moteur, il produit une poussée et pousse l’avion (ou tout ce à quoi il est attaché) vers l’avant.
Turboréacteur à emporter:
- Avantages:
- Conception relativement simple
- Capable de très grandes vitesses
- Prend peu de place
- Inconvénients:
- Consommation de carburant élevée
- Fort
- Performances médiocres à basse vitesse
- Avantages:
- Très économe en carburant
- Le plus efficace à moyenne vitesse entre 250-400 nœuds
- Les plus efficaces à des altitudes moyennes de 18 000 à 30 000 pieds
- Contre:
- Vitesse anémométrique limitée
- Les systèmes d’engrenages sont lourds et peuvent se décomposer
- Avantages:
- Économes en carburant
- Plus silencieux que les turboréacteurs
- Ils ont l’air géniaux
- Inconvénients:
- Plus lourd que les turboréacteurs
- Plus grande surface frontale que les turboréacteurs
- Inefficace à très haute altitude
- Avantages:
- Rapport puissance / poids beaucoup plus élevé que les moteurs à piston
- Généralement plus petit que les moteurs à piston
- Inconvénients:
- Les systèmes d’engrenages connectés à l’arbre peuvent être complexes et se décomposer
2)Turbopropulseur
King Air avec turbopropulseurs
Les trois prochains types de turbomoteurs sont toutes des formes de turboréacteur, et nous commencerons par le turbopropulseur. Le turbopropulseur est un turboréacteur, relié à une hélice par l’intermédiaire d’un système d’engrenage.
Comment Fonctionne Un Turbopropulseur ?
Étape 1: Le turboréacteur fait tourner un arbre, qui est relié à une boîte de vitesses
Étape 2: Une boîte à engrenages ralentit la rotation, et l’engrenage le plus lent se connecte à l’hélice
Étape 3: L’hélice tourne dans les airs, produisant une poussée tout comme votre Cessna 172
Turbopropulseur à emporter:
3)Turboréacteur
Certains turboréacteurs à large fuselage peuvent produire plus de 100 000 livres de poussée
Les turboréacteurs combinent le meilleur des deux mondes entre turboréacteurs et turbopropulseurs. Et, vous verrez probablement ces moteurs lorsque vous vous dirigerez vers l’aéroport pour votre prochain vol aérien.
Comment Fonctionne Un Turboréacteur ?
Les turboréacteurs fonctionnent en fixant un ventilateur canalisé à l’avant d’un turboréacteur. Le ventilateur crée une poussée supplémentaire, aide à refroidir le moteur et réduit le bruit du moteur.
Étape 1: L’air d’entrée est divisé en deux flux distincts. Un flux circule autour du moteur (air de dérivation), tandis que l’autre traverse le noyau du moteur.
Étape 2: L’air de dérivation passe autour du moteur et est accéléré par un ventilateur de conduit, produisant une poussée supplémentaire.
Étape 3: L’air circule à travers le turboréacteur, poursuivant la production de poussée.
Turboréacteurs à emporter:
Pratt & turboréacteur Whitney F100 avec postcombustion sur un F-16
4)Turbomoteur
Hélicoptère Bell 206 avec turbomoteur
Les turbomoteurs sont principalement utilisés sur les hélicoptères. La plus grande différence entre les turboréacteurs et les turboréacteurs est que les turbomoteurs utilisent la majorité de leur puissance pour faire tourner une turbine, plutôt que de produire une poussée à l’arrière du moteur.
Comment Fonctionne Un Turbomoteur ?
Les turboréacteurs sont essentiellement un turboréacteur avec un grand arbre relié à l’arrière de celui-ci. Et comme la plupart de ces moteurs sont utilisés sur des hélicoptères, cet arbre est relié à la transmission des pales du rotor.
Étape 1: Le moteur fonctionne comme un turboréacteur, pour la plupart.
Étape 2 : L’arbre de puissance fixé à la turbine alimente la transmission.
Étape 3: La transmission transfère la rotation de l’arbre à la pale du rotor.
Étape 4: L’hélicoptère, par des moyens pour la plupart inconnus et magiques, est capable de voler dans le ciel.
Turbos à emporter:
4 Types De Moteurs, Basés Sur Le Même Concept De Base
Les moteurs à turbine à gaz ont parcouru un long chemin au cours des 100 dernières années. Et si les turboréacteurs, les turbopropulseurs, les turbofans et les turboréacteurs ont tous leurs différences, leur façon de produire de la puissance est essentiellement la même: admission, compression, puissance et échappement.
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