Le principe de fonctionnement du moteur à réaction

Les moteurs à réaction font avancer l'avion avec une grande force qui est produite par une poussée énorme et fait voler l'avion très vite.

Tous les moteurs à réaction, également appelés les turbines à gaz , fonctionnent sur le même principe. Le moteur aspire l'air à l'avant avec un ventilateur. Un compresseur augmente la pression de l'air. Le compresseur est composé de nombreuses pales fixées à un arbre. Les pales tournent à grande vitesse et compriment ou pressent l'air. L'air comprimé est ensuite aspergé de carburant et une étincelle électrique allume le mélange. Les gaz brûlants se dilatent et sortent par la tuyère, à l'arrière du moteur. Lorsque les jets de gaz tirent vers l'arrière, le moteur et l'avion sont poussés vers l'avant. Lorsque l'air chaud va vers la buse, il passe à travers un autre groupe de pales appelé la turbine. La turbine est fixée au même arbre que le compresseur. Faire tourner la turbine fait tourner le compresseur.

L'image ci-dessous montre comment l'air circule dans le moteur. L'air passe à travers le noyau du moteur ainsi qu'autour du noyau. Cela rend une partie de l'air très chaud et une partie plus froide. L'air plus frais se mélange ensuite à l'air chaud à la sortie du moteur.

Ceci est une image de la façon dont l'air circule dans un moteur

Qu'est-ce que la poussée ?

Poussée est la force vers l'avant qui pousse le moteur et, par conséquent, l'avion vers l'avant. Monsieur Isaac Newton découvert que pour "chaque action, il y a une réaction égale et opposée". Un moteur utilise ce principe. Le moteur aspire un grand volume d'air. L'air est chauffé et comprimé et ralenti. L'air est forcé à travers de nombreuses pales en rotation. En mélangeant cet air avec du carburéacteur, la température de l'air peut atteindre trois mille degrés. La puissance de l'air est utilisée pour faire tourner la turbine. Enfin, lorsque l'air sort, il pousse vers l'arrière hors du moteur. Cela fait avancer l'avion.

Pièces d'un moteur à réaction

Ventilateur - Le ventilateur est le premier composant d'un turboréacteur. Le grand ventilateur rotatif aspire de grandes quantités d'air. La plupart des pales du ventilateur sont en titane. Il accélère ensuite cet air et le divise en deux parties. Une partie continue à travers le "noyau" ou le centre du moteur, où elle est sollicitée par les autres composants du moteur.

La deuxième partie "contourne" le cœur du moteur. Il passe par un conduit qui entoure le noyau jusqu'à l'arrière du moteur où il produit une grande partie de la force qui propulse l'avion vers l'avant. Cet air plus frais aide à calmer le moteur et à ajouter de la poussée au moteur.

Compresseur - Le compresseur est le premier composant du cœur du moteur. Le compresseur est composé de ventilateurs à plusieurs pales et fixés à un arbre. Le compresseur comprime l'air qui y pénètre dans des zones de plus en plus petites, ce qui entraîne une augmentation de la pression d'air. Il en résulte une augmentation du potentiel énergétique de l'air. L'air écrasé est forcé dans la chambre de combustion.

Combusteur - Dans la chambre de combustion, l'air est mélangé avec du carburant puis enflammé. Il y a jusqu'à 20 buses pour pulvériser du carburant dans le flux d'air. Le mélange d'air et de carburant prend feu. Cela fournit un flux d'air à haute température et à haute énergie. Le carburant brûle avec l'oxygène de l'air comprimé, produisant des gaz chauds en expansion. L'intérieur de la chambre de combustion est souvent constitué de matériaux céramiques pour fournir une chambre résistante à la chaleur. La chaleur peut atteindre 2700°.

Turbine - Le flux d'air à haute énergie sortant de la chambre de combustion entre dans la turbine, provoquant la rotation des aubes de la turbine. Les turbines sont reliées par un arbre pour faire tourner les pales du compresseur et faire tourner le ventilateur d'admission à l'avant. Cette rotation consomme de l'énergie du flux à haute énergie qui est utilisé pour entraîner le ventilateur et le compresseur. Les gaz produits dans la chambre de combustion traversent la turbine et font tourner ses pales. Les turbines du jet tournent des milliers de fois. Ils sont fixés sur des arbres qui ont plusieurs ensembles de roulements à billes entre eux.

Buse - La tuyère est le conduit d'échappement du moteur. C'est la partie moteur qui produit la poussée de l'avion. Le flux d'air appauvri en énergie qui a traversé la turbine, en plus de l'air plus froid qui a contourné le cœur du moteur, produit une force à la sortie de la tuyère qui agit pour propulser le moteur, et donc l'avion, vers l'avant. La combinaison de l'air chaud et de l'air froid est expulsée et produit un échappement, ce qui provoque une poussée vers l'avant. La buse peut être précédée d'un mélangeur , qui combine l'air à haute température provenant du noyau du moteur avec l'air à basse température qui a été contourné dans le ventilateur. Le mélangeur aide à rendre le moteur plus silencieux.

Le premier moteur à réaction - Une brève histoire des premiers moteurs

Monsieur Isaac Newton au 18ème siècle a été le premier à théoriser qu'une explosion canalisée vers l'arrière pouvait propulser une machine vers l'avant à une grande vitesse. Cette théorie était basée sur sa troisième loi du mouvement. Au fur et à mesure que l'air chaud souffle vers l'arrière à travers la buse, l'avion avance.

Henri Giffard construit un dirigeable propulsé par le premier moteur d'avion, une machine à vapeur de trois chevaux. C'était très lourd, trop lourd pour voler.

En 1874, Félix de Temple , a construit un monoplan qui a volé juste un court saut en bas d'une colline à l'aide d'un moteur à vapeur alimenté au charbon.

Otto Daimler , à la fin des années 1800, a inventé le premier moteur à essence.

En 1894, Américain Maxime Hiram a essayé de propulser son triple biplan avec deux moteurs à vapeur alimentés au charbon. Il n'a volé que quelques secondes.

Les premières machines à vapeur étaient alimentées par du charbon chauffé et étaient généralement beaucoup trop lourdes pour voler.

Américain Samuel Langley a fabriqué un modèle d'avion propulsé par des moteurs à vapeur. En 1896, il réussit à piloter un avion sans pilote avec un moteur à vapeur, appelé le Aérodrome . Il a volé environ 1 mile avant de s'essouffler. Il a ensuite essayé de construire un avion grandeur nature, le Aérodrome A, avec un moteur à essence. En 1903, il s'est écrasé immédiatement après avoir été lancé depuis une péniche.

En 1903, le Frères Wright a volé, Le Flyer , avec un moteur à essence de 12 chevaux.

De 1903, l'année du premier vol des frères Wright, à la fin des années 1930, le moteur alternatif à combustion interne à essence avec hélice était le seul moyen utilisé pour propulser les avions.

C'était Franck Whittle , un pilote britannique, qui a conçu et breveté le premier turboréacteur en 1930. Le moteur Whittle a volé pour la première fois avec succès en mai 1941. Ce moteur comportait un compresseur à plusieurs étages et une chambre de combustion, une turbine à un étage et une tuyère.

En même temps que Whittle travaillait en Angleterre, Hans von Ohain travaillait sur une conception similaire en Allemagne. Le premier avion à utiliser avec succès un moteur à turbine à gaz fut le Heinkel He 178 allemand, en août 1939. C'était le premier vol propulsé par un turboréacteur au monde.

General Electric a construit le premier moteur à réaction américain pour l'avion à réaction de l'US Army Air Force. C'est l'avion expérimental XP-59A qui a volé pour la première fois en octobre 1942.

Types de moteurs à réaction

Turboréacteurs

L'idée de base de la turboréacteur est simple. L'air aspiré par une ouverture à l'avant du moteur est comprimé à 3 à 12 fois sa pression d'origine dans le compresseur. Le carburant est ajouté à l'air et brûlé dans une chambre de combustion pour élever la température du mélange fluide à environ 1 100 ° F à 1 300 ° F. L'air chaud résultant passe à travers une turbine qui entraîne le compresseur. Si la turbine et le compresseur sont efficaces, la pression au refoulement de la turbine sera presque le double de la pression atmosphérique, et cette surpression est envoyée à la tuyère pour produire un flux de gaz à grande vitesse qui produit une poussée. Des augmentations substantielles de la poussée peuvent être obtenues en utilisant une postcombustion . Il s'agit d'une seconde chambre de combustion positionnée après la turbine et avant la tuyère. La post-combustion augmente la température du gaz en amont de la buse. Le résultat de cette augmentation de température est une augmentation d'environ 40% de la poussée au décollage et un pourcentage beaucoup plus important à grande vitesse une fois que l'avion est en l'air.

Le turboréacteur est un moteur à réaction. Dans un moteur à réaction, les gaz en expansion poussent fortement contre l'avant du moteur. Le turboréacteur aspire de l'air et le comprime ou l'écrase. Les gaz traversent la turbine et la font tourner. Ces gaz rebondissent et jaillissent de l'arrière de l'échappement, poussant l'avion vers l'avant.

Turbopropulseurs

UN turbopropulseur est un moteur à réaction attaché à une hélice. La turbine à l'arrière est entraînée par les gaz chauds, ce qui fait tourner un arbre qui entraîne l'hélice. Certains petits avions de ligne et avions de transport sont propulsés par des turbopropulseurs.

Comme le turboréacteur, le turbopropulseur se compose d'un compresseur, d'une chambre de combustion et d'une turbine, la pression d'air et de gaz est utilisée pour faire fonctionner la turbine, qui crée ensuite de l'énergie pour entraîner le compresseur. Comparé à un turboréacteur, le turbopropulseur a une meilleure efficacité de propulsion à des vitesses de vol inférieures à environ 500 miles par heure. Les turbopropulseurs modernes sont équipés d'hélices qui ont un diamètre plus petit mais un plus grand nombre de pales pour un fonctionnement efficace à des vitesses de vol beaucoup plus élevées. Pour s'adapter aux vitesses de vol plus élevées, les pales sont en forme de cimeterre avec des bords d'attaque en flèche aux extrémités des pales. Les moteurs équipés de telles hélices sont appelés propfans .

Image du turbopropulseur

Turbosoufflantes

UN moteur à double flux a un grand ventilateur à l'avant, qui aspire l'air. La majeure partie de l'air circule autour de l'extérieur du moteur, ce qui le rend plus silencieux et donne plus de poussée à basse vitesse. La plupart des avions de ligne d'aujourd'hui sont propulsés par des turbosoufflantes. Dans un turboréacteur, tout l'air entrant dans l'admission passe par le générateur de gaz, composé du compresseur, de la chambre de combustion et de la turbine. Dans un moteur à double flux, seule une partie de l'air entrant entre dans la chambre de combustion. Le reste passe à travers un ventilateur, ou compresseur basse pression, et est éjecté directement sous forme de jet "froid" ou mélangé avec l'échappement du générateur de gaz pour produire un jet "chaud". L'objectif de ce type de système de dérivation est d'augmenter la poussée sans augmenter la consommation de carburant. Il y parvient en augmentant le débit massique d'air total et en réduisant la vitesse dans le même approvisionnement énergétique total.

Image du moteur à double flux

Turbomoteurs

Il s'agit d'une autre forme de moteur à turbine à gaz qui fonctionne un peu comme un système à turbopropulseur. Il n'entraîne pas d'hélice. Au lieu de cela, il alimente un rotor d'hélicoptère. Le turbomoteur est conçu pour que la vitesse du rotor de l'hélicoptère soit indépendante de la vitesse de rotation du générateur de gaz. Cela permet de maintenir la vitesse du rotor constante même lorsque la vitesse du générateur est modifiée pour moduler la quantité de puissance produite.

Image du turbomoteur

statoréacteurs

La statoréacteur est le moteur à réaction le plus simple et n'a pas de pièces mobiles. La vitesse du jet "enfonce" ou force l'air dans le moteur. Il s'agit essentiellement d'un turboréacteur dans lequel les machines tournantes ont été omises. Son application est limitée par le fait que son taux de compression dépend entièrement de la vitesse d'avancement. Le statoréacteur ne développe aucune poussée statique et très peu de poussée en général en dessous de la vitesse du son. En conséquence, un statoréacteur nécessite une certaine forme de décollage assisté, comme un autre avion. Il a été utilisé principalement dans les systèmes de missiles guidés. Les véhicules spatiaux utilisent ce type de jet.

Image du moteur statoréacteur