Saviez-vous? Lorsque nous regardons des photos d’avions, les premières choses qui attirent notre attention sont peut-être la livrée ou les ailes. Cependant, les véritables déterminants de la vitesse, de l'autonomie et de la capacité en passagers d'un avion résident dans le « cœur » caché sous les ailes ou à l'intérieur du fuselage : le moteur.
Turboréacteur, turboréacteur à double flux, turbopropulseur et turbomoteur -ces quatre noms peuvent ressembler à un virelangue lorsqu'ils sont répertoriés ensemble. Pourtant, une fois que l’on saisit les relations qui les unissent, la logique fondamentale derrière la conception des avions devient immédiatement claire. Décomposons-le aujourd'hui.
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Tout d’abord, gardez à l’esprit ce concept de base : ces quatre types de moteurs appartiennent à la même famille. Ils fonctionnent tous selon le principe de la turbine à gaz. En termes simples : l'air est aspiré → comprimé → le carburant est injecté et brûlé → un gaz à haute -température et haute -pression fait tourner la turbine → les gaz d'échappement sont expulsés pour générer une poussée. Tous les quatre partagent exactement le même processus de base.
La différence réside dans la manière dont ils canalisent l’énergie générée après la combustion.
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Turboréacteur : la lignée originale
Le nom complet est « turboréacteur », et ce fut le premier type de moteur à réaction à atteindre sa maturité. Son principe de fonctionnement est le plus simple : tout l'air suit un seul chemin-compression, combustion et expulsion. Plus les gaz d’échappement sont expulsés rapidement, plus la poussée est forte.
Au combat, dès qu'un pilote engage la postcombustion, la poussée peut augmenter de 30 à 100 % ; cependant, cette capacité ne peut être utilisée que brièvement, car la consommation de carburant est astronomique.
Le plus grand avantage du turboréacteur est la vitesse, ce qui le rend idéal pour les vols à haute-altitude et-vitesse. Son plus gros inconvénient est la consommation élevée de carburant ; l'efficacité est particulièrement mauvaise lors d'un vol à basse vitesse-.
[Image : Schéma de principe de la structure du turboréacteur]
Quelqu'un s'est-il déjà demandé s'il serait possible d'ajouter une couche d'air supplémentaire autour du moteur-air qui contourne la chambre de combustion et est simplement expulsé par un ventilateur pour générer une poussée ? Cela ne permettrait-il pas d'économiser du carburant ?
C’est ainsi que le turboréacteur à double flux est né.
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Turboréacteur à double flux : le champion en titre
Vous pouvez considérer un turboréacteur à double flux comme un turboréacteur portant une « couche d'air ». Un grand ventilateur est installé devant le moteur principal d'origine. Une fois que l’air entre, il se divise en deux chemins :
Une petite partie suit « l'ancien chemin » central (conduit/noyau interne) : compression → combustion → échappement → génération de poussée.
Une grande partie suit le « nouveau chemin » extérieur (conduit extérieur/conduit de dérivation) : accélérée uniquement par le ventilateur → échappement direct → génération de poussée (et un meilleur rendement énergétique).
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Principes de fonctionnement des conduits intérieurs et extérieurs des turboréacteurs à double flux (flux de base et de dérivation)
La clé réside dans un seul chiffre : le **taux de contournement**. Il s'agit d'un concept fondamental dans les moteurs d'avion-. En termes simples, il s’agit du rapport entre la masse d’air circulant dans le conduit extérieur et la masse d’air circulant dans le conduit intérieur.
Taux de dilution nul → Turboréacteur
Faible taux de dilution (par exemple, 0,2-0,3) → Bonnes performances à haute -vitesse → Utilisé sur les avions de combat
Taux de dilution élevé (par exemple, 8-9 ou plus) → Très économe en carburant-, faible bruit → Utilisé sur les avions de ligne civils
Les plus gros turboréacteurs civils à double flux du monde atteignent aujourd'hui des taux de dilution supérieurs à 10. En d'autres termes, la poussée d'air générée par la combustion dans le cœur du moteur représente moins d'un -dixième du total ; les 90 % restants de la poussée proviennent de l’air poussé par l’énorme ventilateur. C’est le secret de leur combinaison de puissance et d’économie de carburant.
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Turbopropulseur : le « Hercule » du transport aérien
Beaucoup de gens confondent les moteurs à turbopropulseurs avec les-moteurs à pistons à l'ancienne. En réalité, ils sont complètement différents. À la base, un turbopropulseur est essentiellement un moteur à réaction, mais il transmet la majeure partie de la puissance générée par la turbine à une hélice externe via un réducteur.
La force de traction (poussée) générée par l'hélice qui brasse l'air est la principale source de propulsion, tandis que le faible flux d'échappement du tuyau d'échappement ne joue qu'un rôle auxiliaire. Essentiellement, si vous preniez un turboréacteur à double flux, exposiez son grand ventilateur à l'extérieur et réduisiez sa vitesse de rotation, vous obtiendriez essentiellement un turbopropulseur.
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Moteur turbopropulseur
L'avantage du turbopropulseur est son efficacité extrêmement élevée lors des vols à faible -vitesse-il est encore plus économe en carburant-que le turboréacteur à double flux. À des vitesses de vol inférieures à 600 km/h, le turbopropulseur possède un avantage considérable.
Ses inconvénients sont également évidents : il ne peut pas voler très vite et génère un bruit important. Le bombardier russe Tu-95, qui utilise des moteurs à turbopropulseurs, est surnommé « l'ours ». Lorsqu’une hélice tourne à grande vitesse, ses extrémités franchissent le mur du son, générant un bruit incroyablement fort, audible jusqu’à 20 kilomètres de distance. La vitesse élevée combinée à un bruit assourdissant n’est qu’un côté de la médaille des turbopropulseurs.
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Turbopropulseur AEP500
Les turbopropulseurs sont particulièrement bien-adaptés aux avions de transport à vitesse faible-à-moyenne-, aux avions de patrouille et aux avions de ligne régionaux. Ils n’exigent pas de vitesses élevées mais privilégient l’efficacité énergétique, les faibles coûts et les exigences minimales en matière de piste. De nombreux avions à turbopropulseurs peuvent décoller et atterrir sur des bandes courtes et non pavées, un exploit impossible pour les avions de ligne commerciaux standards.
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Turbomoteurs : spécialement conçus pour les hélicoptères
Après avoir couvert les turbopropulseurs, les turbomoteurs sont faciles à comprendre. Alors qu'un turbopropulseur dirige sa puissance pour faire tourner une hélice, un turbomoteur la dirige pour faire tourner le rotor d'un hélicoptère.
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Turbomoteur
Les turbomoteurs possèdent plusieurs caractéristiques clés :
Avec un rapport puissance-/-poids extrêmement élevé-ils sont compacts et légers tout en offrant une puissance immense. C'est crucial pour les hélicoptères ; chaque kilogramme de poids économisé permet d'obtenir un kilogramme supplémentaire de charge utile.
Structure compacte-conçue pour s'adapter au fuselage étroit d'un hélicoptère.
Direction d'échappement réglable-contrairement aux autres moteurs qui doivent évacuer vers l'arrière, le chemin d'échappement peut être adapté à la configuration spécifique de la cellule de l'hélicoptère.
Les turbopropulseurs et les turbomoteurs sont essentiellement deux variantes du même moteur principal. Les fabricants doivent simplement modifier le mécanisme de sortie final ; le même moteur principal peut servir de turbopropulseur pour les avions à voilure fixe- ou de turbomoteur pour les hélicoptères. L’industrie aéronautique pratiquait ce type de conception modulaire bien avant que le concept ne devienne une tendance.
Enfin, clarifions les relations entre les quatre types :
Turboréacteur : L'ancêtre ; la forme la plus pure. Il offre les vitesses les plus élevées mais consomme le plus de carburant.
Turbofan : La version améliorée. Il ajoute un grand ventilateur pour équilibrer la poussée et le rendement énergétique, ce qui en fait la norme actuelle de l'industrie.
Turbopropulseur : la version-économe en carburant. Il dirige toute la puissance vers l’hélice, offrant une excellente économie à basse vitesse.
Turbomoteur : La version spécialisée. Il convertit la puissance en sortie d'arbre spécifiquement pour entraîner les rotors d'hélicoptères. Aucun des quatre types de moteurs n’est intrinsèquement supérieur aux autres ; chacun a son propre domaine et sa propre façon de prospérer.
