ELEMENTS COMPOSANT UNE TURBINE A GAZ
La soufflante
Les compresseurs
Les circuits de refroidissement
Les boîtiers d'accessoires
Les chambres de combustion
Les turbines
Les paliers
Les inverseurs de pousée
Les tuyères
L'entrée d'air
Rôle
Appelée également manche à air son rôle est de capter l’air dans les meilleures conditions afin que l’écoulement avant la soufflante (Fan) ou le premier compresseur soit régulier. Ces entrées d'air axiales sont dégivrées par de l'air chaud provenant généralement du compresseur haute pression.
A noter que la spirale peinte sur la "casserole" de la soufflante sert à prévenir le personnel de piste quand celle-ci est en rotation.
La soufflante ou Fan
Dans la plupart des turboréacteurs à double flux, une soufflante est placée à l'avant du compresseur basse pression. Elle est constituée de pales de grandes dimensions.
Rôle
Son rôle est d'assurer la compression initiale de l'air entrant dans le réacteur, ce flux va être séparé en deux. La majeure partie appelée flux secondaire ou flux froid contourne toute la partie chaude du réacteur. L'autre partie appelée flux primaire ou flux chaud traverse tout le réacteur en passant par le compresseur basse pression, le compresseur haute pression, les chambres de combustion et les turbines haute pression et basse pression.
Sur la soufflante du turboréacteur GE 90 (photo ci-dessus), on voit nettement le redresseur (aubages fixes) du flux secondaire, ainsi que le redresseur aubages fixes du flux primaire.
Les compresseurs
Rôle
Le rôle du compresseur est d'aspirer et de comprimer l'air pour l'amener à des vitesse, pression et température optimales à l'entrée de la chambre de combustion.
Il existe deux sortes principales de compresseurs:
- les compresseurs centrifuges
- les compresseurs axiaux
Il y a également une solution mixte : le compresseur « axialo-centrifuge ».
Afin d'éviter les confusions ou malentendus on désigne dans le "jargon" motoriste par :
- rouet : l'organe mobile du compresseur centrifuge
- diffuseur : l'organe fixe du compresseur centrifuge
- rotor : l'organe mobile du compresseur axial
- redresseur : l'organe fixe du compresseur axial
Il existe deux sortes principales de compresseurs:
- les compresseurs centrifuges
- les compresseurs axiaux
Il y a également une solution mixte : le compresseur « axialo-centrifuge ».
Afin d'éviter les confusions ou malentendus on désigne dans le "jargon" motoriste par :
- rouet : l'organe mobile du compresseur centrifuge
- diffuseur : l'organe fixe du compresseur centrifuge
- rotor : l'organe mobile du compresseur axial
- redresseur : l'organe fixe du compresseur axial
Les compresseurs centrifuges
Un compresseur centrifuge est composé d'un rouet à palettes radiales qui aspire l’air axialement. Les palettes étant divergeantes, l'air sous l'effet de la force centrifuge va être accéléré, comprimé et refoulé radialement. Cet air est ensuite redressé dans un diffuseur (aubage fixe) qui transforme une partie de sa vitesse en pression. Un collecteur récupère finalement cet air comprimé pour l’amener dans l’axe de la chambre de combustion.
Un tel compresseur présente l’avantage de fournir un taux de compression important en un seul étage. Exemple le turboréacteur MARBORE VI qui équipait le Fouga Magister avait un rapport de compression de 3,80 / l à 21.500 tr/mn (Photo ci-dessous). En contre-partie, son encombrement radial important le destine plus à des turboréacteurs de faible puissance.
Les compresseurs axiaux
Un turboréacteur est généralement composé :
- d'un compresseur basse pression
- d'un compresseur haute pression
Le taux de compression des compresseurs est lié à sa vitesse de rotation et au nombre d'étages qu'il comporte.
Conçus de la même manière, les compresseurs basse et haute pression se différencient par la taille de leurs aubes et par leur vitesse de rotation.
Un compresseur axial se compose d’une suite d’étages axiaux disposés en série chacun comprenant une roue à aubes mobile (rotor) et d'un stator à aubes (redresseur), tous ces étages sont calculés pour adapter parfaitement leurs conditions de fonctionnement à celles des étages en amont et en aval.
L’aubage mobile (rotor) est constitué d’un disque circulaire sur lequel sont fixées des aubes (ailettes) et tourne devant l’aubage fixe (redresseur).
L’envergure des ailettes varie le long de l’écoulement pour compenser les variations de la masse volumique du fluide et pour conserver à la vitesse débitante axiale une valeur constante (voir dessin ci-dessous).
- d'un compresseur basse pression
- d'un compresseur haute pression
Le taux de compression des compresseurs est lié à sa vitesse de rotation et au nombre d'étages qu'il comporte.
Conçus de la même manière, les compresseurs basse et haute pression se différencient par la taille de leurs aubes et par leur vitesse de rotation.
Un compresseur axial se compose d’une suite d’étages axiaux disposés en série chacun comprenant une roue à aubes mobile (rotor) et d'un stator à aubes (redresseur), tous ces étages sont calculés pour adapter parfaitement leurs conditions de fonctionnement à celles des étages en amont et en aval.
L’aubage mobile (rotor) est constitué d’un disque circulaire sur lequel sont fixées des aubes (ailettes) et tourne devant l’aubage fixe (redresseur).
L’envergure des ailettes varie le long de l’écoulement pour compenser les variations de la masse volumique du fluide et pour conserver à la vitesse débitante axiale une valeur constante (voir dessin ci-dessous).
Ci-dessous le compresseur du General Electric J85-GE-17A turbojet engine
Suite au progrès obtenu sur les machines outils une nouvelle conception, dénommée DAM (Disque Aubagé Monobloc), est depuis plusieurs années mise en place sur les moteurs d’avion. Elle se compose d’une structure monobloc dans laquelle sont usinés les aubes et le disque.
Principe de fonctionnement
- le rotor ( aubage mobile) aspire et accélère le flux d'air en le déviant par rapport à l'axe du moteur.
- le redresseur (stator) qui suit, redresse le flux dans l'axe et le ralentit en transformant une partie de sa vitesse en pression.
- le rotor suivant réaccélère le flux d'air en le déviant à nouveau de l'axe du moteur.
- le stator suivant va de nouveau redresser le flux le ralentir et transformer sa vitesse en pression.
Etc... etc... etc...
L'augmentation du taux de compression pour un seul étage de compresseur axial d'un turboréacteur civil est de 1,15 à 1,16 en condition d'utilisation optimale. C'est pour cette raison qu'un compresseur complet possède de nombreux étages.
Les performances d’un étage de compresseur sont caractérisées par:
- son débit d'air (Q)
- son taux de compression ou rapport de pression(P/P)
- son rendement (η).
- le redresseur (stator) qui suit, redresse le flux dans l'axe et le ralentit en transformant une partie de sa vitesse en pression.
- le rotor suivant réaccélère le flux d'air en le déviant à nouveau de l'axe du moteur.
- le stator suivant va de nouveau redresser le flux le ralentir et transformer sa vitesse en pression.
Etc... etc... etc...
L'augmentation du taux de compression pour un seul étage de compresseur axial d'un turboréacteur civil est de 1,15 à 1,16 en condition d'utilisation optimale. C'est pour cette raison qu'un compresseur complet possède de nombreux étages.
Les performances d’un étage de compresseur sont caractérisées par:
- son débit d'air (Q)
- son taux de compression ou rapport de pression(P/P)
- son rendement (η).
Le flux d'air étant de plus en plus comprimé va occuper un volume de plus en plus restreint. C'est pour cette raison que la hauteur des aubes est de plus en plus faible. A noter que de l'entrée à la sortie du compresseur le débit d'air reste constant si on ne tient pas compte des prélèvements pour le refroidissement des turbines, climatisation de la cellule, étanchéité des paliers etc....
Les aubes
Comme une aile, une aube est composée d'un bord d'attaque d'une âme et d'un bord de fuite, et son profil est optimisé pour respecter le domaine d'utilisation de l'étage du compresseur auquel elle appartient.
Il y a différentes technologies de liaison entre le disque (roue) et l'aube suivant les constructeurs et les compresseurs. En voici quelque unes.
Les circuits de refoidissement
L’amélioration des performances et des rendements des turboréacteurs passe par l'augmentation de la température des gaz dans la chambre de combustion. Il est donc nécessaire de refroidir les pièces sollicitées thermiquement, telles que:
- la ou les chambres de combustion
- les aubes des distributeurs turbines haute et basse pression
- les ailettes des turbines haute et basse pression
- la pressurisation des paliers des compresseurs et des turbines
- les accessoires
- les carénages et les bras radiaux.
- etc...
Chaque type de turboréacteur est différent mais le principe général pour le refroidissement reste le même sur le dessin ci-dessous:
- l'air provenant du compresseur BP sert à refroidir les cavités du moteur et à refroidir et pressuriser les paliers.
- l'air provenant du cinquième étage du compresseur HP sert à refroidir une autre partie du moteur.
- l'air sortant du compresseur HP va refroidir les distributeurs haute et basse pression ainsi que les ailettes des turbines haute et basse pression.
- la ou les chambres de combustion
- les aubes des distributeurs turbines haute et basse pression
- les ailettes des turbines haute et basse pression
- la pressurisation des paliers des compresseurs et des turbines
- les accessoires
- les carénages et les bras radiaux.
- etc...
Chaque type de turboréacteur est différent mais le principe général pour le refroidissement reste le même sur le dessin ci-dessous:
- l'air provenant du compresseur BP sert à refroidir les cavités du moteur et à refroidir et pressuriser les paliers.
- l'air provenant du cinquième étage du compresseur HP sert à refroidir une autre partie du moteur.
- l'air sortant du compresseur HP va refroidir les distributeurs haute et basse pression ainsi que les ailettes des turbines haute et basse pression.
A noter que d'autres prélèvements d'air sont utilisés pour la climatisation de la cabine passagers, du poste de pilotage, des soutes à bagages et pour le dégivrage de la cellule.
Les boîtiers d'accessoires
Un boîtier d'accessoires ou AGB accessory gearbox (en anglais) comprend généralement un ou plusieurs trains d'engrenages qui sont entraînés en rotation par un prélèvement mécanique au moyen d'un renvoi d'angle sur l’arbre du compresseur et sur lesquels viennent se coupler les différents accessoires tels que:
- les générateurs électriques
- les pompes mécaniques pour l'hydraulique
- les pompes de carburant haute pression
- les pompes pour lubrification
- etc...
Ci-dessous le boîtier d'accessoires d’Hispano-Suiza pour les moteurs CFM56.
- les générateurs électriques
- les pompes mécaniques pour l'hydraulique
- les pompes de carburant haute pression
- les pompes pour lubrification
- etc...
Ci-dessous le boîtier d'accessoires d’Hispano-Suiza pour les moteurs CFM56.
Dans les turboréacteurs de la famille CFM®, les boîtiers d'accessoires sont généralement montés dans la zone du compartiment de soufflante. Ils sont plus précisément suspendus à des brides formées sur le carter métallique de rétention de ce compartiment de soufflante.
(Voir Turboréacteur double flux avec grande soufflante).
Ils peuvent être également montés dans le compartiment « core » (ou compartiment central) du turboréacteur, et plus particulièrement autour du compresseur haute pression du turboréacteur.
(Voir Turboréacteur double flux avec grande soufflante).
Ils peuvent être également montés dans le compartiment « core » (ou compartiment central) du turboréacteur, et plus particulièrement autour du compresseur haute pression du turboréacteur.
Les chambres de combustion
La chambre de combustion est destinée à chauffer l’air qui sort du dernier étage du compresseur HP afin de lui apporter l’énergie nécessaire à faire mouvoir la ou les turbines et à donner suffisamment de poussée à la tuyère. Cet apport de chaleur se fait par la combustion de l’oxygène de l’air avec un carburant, du kérosène (hydrocarbure) en l’occurrence. Elle doit être la plus complète possible et la répartition des températures dans les gaz la plus homogène possible.
La chambre de combustion située entre le compresseur (HP) et la turbine (HP) est constituée d’un «tube à flamme » ou « foyer » (généralement) en forme de tore . Celui-ci est enfermé dans un carter, également de forme torique.
La chambre de combustion située entre le compresseur (HP) et la turbine (HP) est constituée d’un «tube à flamme » ou « foyer » (généralement) en forme de tore . Celui-ci est enfermé dans un carter, également de forme torique.
Principe de fonctionnement
Il est bien évident que le principe de fonctionnement varie d'un constructeur à un autre et même d'un réacteur à un autre chez le même constructeur. Mais le principe général de fonctionnement reste relativement identique.
L'air qui pénètre dans la chambre de combustion se répartit en plusieurs circuits. Une partie rentre directement dans le tube à flammes et dans l'injecteur pour contribuer à la combustion. Une autre partie contourne le tube à flammes et sert à la fois pour refroidir les parois et pour diluer et mélanger l'écoulement de l'air dans le foyer.
A la mise en rotation du réacteur (voir Principe d'une turbine à gaz) le mélange de l'air provenant du compresseur et du carburant injecté par la pompe est enflammé par une bougie (allumeur). Après avoir atteint son régime d'autonomie l'allumage de la bougie est coupé et la flamme s'auto- entretient.
L'air qui pénètre dans la chambre de combustion se répartit en plusieurs circuits. Une partie rentre directement dans le tube à flammes et dans l'injecteur pour contribuer à la combustion. Une autre partie contourne le tube à flammes et sert à la fois pour refroidir les parois et pour diluer et mélanger l'écoulement de l'air dans le foyer.
A la mise en rotation du réacteur (voir Principe d'une turbine à gaz) le mélange de l'air provenant du compresseur et du carburant injecté par la pompe est enflammé par une bougie (allumeur). Après avoir atteint son régime d'autonomie l'allumage de la bougie est coupé et la flamme s'auto- entretient.
On peut considérer qu'une chambre de combustion peut être partagée en trois zones : une zone primaire, une zone secondaire et une zone de dilution.
La température varie aux alentours de 2000°C dans la zone du primaire pour diminuer aux environs de 1200°C à la sortie de la chambre.
Ces températures élevées nécessitent un refroidissement des parois de la chambre (voir ci-dessus Principe de refroidissement). Celui-ci est obtenu par de l'air sortant du compresseur à environ 500°C.
La température varie aux alentours de 2000°C dans la zone du primaire pour diminuer aux environs de 1200°C à la sortie de la chambre.
Ces températures élevées nécessitent un refroidissement des parois de la chambre (voir ci-dessus Principe de refroidissement). Celui-ci est obtenu par de l'air sortant du compresseur à environ 500°C.
Les injecteurs sont conçus pour fournir un débit de carburant suffisamment pulvérisé pour obtenir un mélange optimal avec l’air. Un injecteur est composé de nombreux éléments pour l'arrivée de l'air et du carburant. Une partie de l'air sert à maintenir la flamme à une distance raisonnable de l'injecteur, une autre partie passe par des vrilles afin de créer un tourbillon pour optimiser le mélange air/carburant et le reste de l'air passe par des trous pour homogénéiser le mélange air/carburant à l'entrée du foyer et créer une re-circulation des gaz brulés et une stabilisation de la flamme.
Ci-dessous dessin d'un injecteur aérodynamique.
Ci-dessous dessin d'un injecteur aérodynamique.
Pour réduit la consommation de carburant et les émissions de polluant (NOx, SOx, suie etc...) l'une des solution est l'utilisation d'injecteurs LPP (Lean Premixed Prevaporized, ou Pauvre Prémélangé Prévaporisé en français).
- Lean fait référence à la pauvreté du mélange air/carburant par rapport à un mélange normal.
- Premixed correspond au prémélange entre l’air et le carburant gazeux le plus parfait possible.
- Prevaporized le carburant liquide injecté doit être entièrement vaporisé avant d’atteindre le front de flamme.
Ci-dessous dessin d'un injecteur multi-points LPP.
- Lean fait référence à la pauvreté du mélange air/carburant par rapport à un mélange normal.
- Premixed correspond au prémélange entre l’air et le carburant gazeux le plus parfait possible.
- Prevaporized le carburant liquide injecté doit être entièrement vaporisé avant d’atteindre le front de flamme.
Ci-dessous dessin d'un injecteur multi-points LPP.
Deux types de chambres de combustion sont principalement rencontrées dans le milieu aéronautique pour les turbines à gaz : les chambres séparées réparties autour de l'arbre de liaison compresseur/turbine et les chambres annulaires à l'intérieur desquelles passe l'arbre de liaison compresseur/turbine.
Chambres séparées ou tubulaires
Dans les chambres séparées chaque chambre reçoit sa propre alimentation en carburant et en air. L'injecteur est généralement situé au centre de la veine d'air et l'injection s'effectue dans le sens de l'écoulement principal. Le flux total étant l'addition du flux de chaque chambre.
Sur certains types de moteurs les chambres sont interconnectées entre elles. Dessin ci-dessous.
Si la mise au point est facilitée par des débits faibles, les pertes de charges sont plus importantes que sur les chambres annulaires et les contraintes de taille et de poids sont plus élevées.
Sur certains types de moteurs les chambres sont interconnectées entre elles. Dessin ci-dessous.
Si la mise au point est facilitée par des débits faibles, les pertes de charges sont plus importantes que sur les chambres annulaires et les contraintes de taille et de poids sont plus élevées.
Ci-dessous une chambre de combustion séparée d'un réacteur Rolls-Royce.
Les vannes vrilles situées autour de l'injecteur créent des tourbillons (swril) de l'air permettant d'optimiser le mélange air/carburant, pendant qu'une multitude de trous localisés dans les parois du "bol" créent une re-circulation des gaz brulés afin d'améliorer le mélange air/carburant et de stabiliser la zone de combustion.
Les vannes vrilles situées autour de l'injecteur créent des tourbillons (swril) de l'air permettant d'optimiser le mélange air/carburant, pendant qu'une multitude de trous localisés dans les parois du "bol" créent une re-circulation des gaz brulés afin d'améliorer le mélange air/carburant et de stabiliser la zone de combustion.
Ci-dessous la photographie d'un tube à flammes. Avec ses différents trous pour faire pénétrer l'air à l'intérieur du tube. Certains trous servent à refroidir la paroi du tube et d'autres servent à la dilution pour mélanger correctement l'écoulement de l'air.
Chambre annulaire
Dans les chambres annulaires l'ensemble du flux gazeux circule dans le même contenant. Les injecteurs de carburant sont répartis régulièrement dans la chambre et la multiplication du nombre de jets favorise l'homogénéité du mélange.
La mise au point de ces types de chambres pour des turbines de grandes tailles sont rendues, en raison des débits importants plus délicates. Par contre la forme compacte permet un minimum de pertes de charge.
La mise au point de ces types de chambres pour des turbines de grandes tailles sont rendues, en raison des débits importants plus délicates. Par contre la forme compacte permet un minimum de pertes de charge.
Les turbines
Rôle
Sur un turboréacteur la turbine récupère une partie de l'énergie issue de la combustion des gaz pour le fonctionnement de la soufflante, du compresseur et des accessoires.
Sur un turbopropulseur la turbine récupère la quasi totalité de l'énergie issue de la combustion des gaz pour entraîner l’arbre de transmission de l'hélice, le compresseur et les accessoires.
Comme pour les compresseurs il existe deux sortes de turbines:
- les turbines "centripédes" très peu utilisées et uniquement pour les réacteurs de faibles puissances.
- les turbines axiales solution utilisée sur la majorité des turboréacteurs et turbopropulseurs.
Rappelons que sur un turboréacteur double flux la turbine HP (haute pression) entraîne le compresseur HP et la turbine BP (basse pression) entraîne le compresseur BP et la soufflante (fan).
Sur un turbopropulseur la turbine récupère la quasi totalité de l'énergie issue de la combustion des gaz pour entraîner l’arbre de transmission de l'hélice, le compresseur et les accessoires.
Comme pour les compresseurs il existe deux sortes de turbines:
- les turbines "centripédes" très peu utilisées et uniquement pour les réacteurs de faibles puissances.
- les turbines axiales solution utilisée sur la majorité des turboréacteurs et turbopropulseurs.
Rappelons que sur un turboréacteur double flux la turbine HP (haute pression) entraîne le compresseur HP et la turbine BP (basse pression) entraîne le compresseur BP et la soufflante (fan).
Principe de fonctionnement
Sortant de la chambre de combustion les gaz vont se détendre dans le distributeur (stator). Celui-ci va accélérer l'écoulement en le déviant. Sous l'effet de cet écoulement le rotor ayant aussi des profils déviateurs tourne.
Figure ci-dessous:
La vitesse V1 à la sortie de la chambre de combustion est déviée et accélérée dans les aubes du distributeur (stator) pour devenir à la sortie V2.
A l'entrée du rotor la vitesse absolue d'entrée V2 peut être décomposée en V3 vitesse relative d'entrée et u vitesse de rotation.
A la sortie du rotor la vitesse absolue de sortie V5 peut aussi se décomposer en V4 vitesse relative de sortie et u vitesse de rotation.
Il y a donc accélération de la vitesse dans le distributeur (aubage fixe) et ralentissement dans le rotor (aubage mobile).
Une partie de l'énergie cinétique est donc transformée en énergie mécanique pour faire tourner le rotor.
Figure ci-dessous:
La vitesse V1 à la sortie de la chambre de combustion est déviée et accélérée dans les aubes du distributeur (stator) pour devenir à la sortie V2.
A l'entrée du rotor la vitesse absolue d'entrée V2 peut être décomposée en V3 vitesse relative d'entrée et u vitesse de rotation.
A la sortie du rotor la vitesse absolue de sortie V5 peut aussi se décomposer en V4 vitesse relative de sortie et u vitesse de rotation.
Il y a donc accélération de la vitesse dans le distributeur (aubage fixe) et ralentissement dans le rotor (aubage mobile).
Une partie de l'énergie cinétique est donc transformée en énergie mécanique pour faire tourner le rotor.
Composition
Un étage de turbine est constitué d'un aubage fixe distributeur ou stator, suivi d'un aubage mobile ou rotor.
Une turbine HP ou BP peut comporter un ou plusieurs étages selon les besoins en énergie.
Le stator ou distributeur
Le distributeur est constitué par des aubes directrices maintenues par un anneau intérieur et un anneau extérieur (voir dessin ci-dessus) ou par deux demi-carters.
Son rôle est de diriger l'écoulement des gaz sortant de la chambre de combustion sur les aubes de rotor de la turbine. Pour les turbines à plusieurs étages, chaque distributeur est intercalé entre les rotors de la turbine pour "redresser" les filets d'air.
Ces aubes directrices étant exposées aux gaz chauds de combustion, il est donc nécessaire de les refroidir pour atténuer les contraintes thermiques. Le système de refroidissement peut varié d'un motoriste à un autre, mais le principe général reste le même. L'air provenant du compresseur Hp (environ 500°) pénètre à l'intérieur de l'aube puis s'échappe à travers des trous au niveau du bord d'attaque et du bord de fuite.
Son rôle est de diriger l'écoulement des gaz sortant de la chambre de combustion sur les aubes de rotor de la turbine. Pour les turbines à plusieurs étages, chaque distributeur est intercalé entre les rotors de la turbine pour "redresser" les filets d'air.
Ces aubes directrices étant exposées aux gaz chauds de combustion, il est donc nécessaire de les refroidir pour atténuer les contraintes thermiques. Le système de refroidissement peut varié d'un motoriste à un autre, mais le principe général reste le même. L'air provenant du compresseur Hp (environ 500°) pénètre à l'intérieur de l'aube puis s'échappe à travers des trous au niveau du bord d'attaque et du bord de fuite.
L'aube directrice est pourvue d'une cloison interne qui épouse sa forme. Des trous répartis sur cette cloison vont permettre à l'air de refroidir la paroi interne de l'aube. Après avoir refroidi les surfaces internes, l'air s'échappe par des trous sur le bord d'attaque afin de le refroidir. Une rangée de trous disposée de chaque coté du bord d'attaque permet de refroidir l'intrados et l'extrados par recouvrement de film. Une autre rangée de trous disposée sur le bord de fuite en assure son refroidissement par convection.
Le rotor
Les ailettes rotoriques sont fixées sur un moyeu ou disque ( ci-dessous à gauche) par divers systèmes d’attache dont certains très complexes en forme de pied de sapin.
Détail des ailettes
Ci-dessous deux sortes d'ailettes avec pied de sapin. A droite l'ailette porte un talon. L'ensemble de ces talons forment une couronne. Face à cette couronne est fixé sur l'anneau extérieur ou les demi-carters un joint abradable, ce qui permet d'améliorer l'étanchéité et donc d'augmenter le rendement de la turbine.
Refroidissement des ailettes
Comme les aubes directrices les ailettes de turbines sont exposées aux gaz chauds de combustion, il est donc nécessaire de les refroidir. Le principe est le même que pour les aubes directrices. De l'air provenant du compresseur HP pénètre à l'intérieur de l'ailette puis s'échappe par le bord d'attaque en créant un refroidissement par film protecteur sur l'extrados et l'intrados, et par convection sur le bord de fuite.
Les paliers
Les arbres de transmission sont supportés et guidés par des organes mécaniques appelés paliers (généralement à roulements à billes ou à rouleaux) qui sont logés dans des chambres-palier pressurisées. Celles-ci sont maintenues par des bras fixés au carter du moteur.
Ces chambres de lubrification permettent de contenir l'huile qui est injectée par une pompe au niveau des paliers pour en assurer la lubrification et comprennent des joints d'étanchéité. Ces chambres sont elles-même situées dans une zone du turboréacteur qui est normalement en surpression par rapport à la pression atmosphérique. Cette surpression produite par le compresseur du turboréacteur permet que le liquide de lubrification tel que de l'huile qui est introduit dans la chambre de lubrification par le circuit d'alimentation reste confiné dans cette chambre du fait de la différence de pression.
Une pompe de récupération permet par l'intermédiaire d'un conduit de récupérer le liquide de lubrification mélangé à l'air et de l'acheminer jusqu'à un séparateur liquide de lubrification-air, après l'avoir refroidi dans un dispositif de refroidissement approprié. A la sortie du séparateur, le liquide de lubrification est ramené dans le réservoir, alors que l'air est évacué directement à l'extérieur par un orifice d'échappement.
Schéma de principe de lubrification d'un palier
Ces chambres de lubrification permettent de contenir l'huile qui est injectée par une pompe au niveau des paliers pour en assurer la lubrification et comprennent des joints d'étanchéité. Ces chambres sont elles-même situées dans une zone du turboréacteur qui est normalement en surpression par rapport à la pression atmosphérique. Cette surpression produite par le compresseur du turboréacteur permet que le liquide de lubrification tel que de l'huile qui est introduit dans la chambre de lubrification par le circuit d'alimentation reste confiné dans cette chambre du fait de la différence de pression.
Une pompe de récupération permet par l'intermédiaire d'un conduit de récupérer le liquide de lubrification mélangé à l'air et de l'acheminer jusqu'à un séparateur liquide de lubrification-air, après l'avoir refroidi dans un dispositif de refroidissement approprié. A la sortie du séparateur, le liquide de lubrification est ramené dans le réservoir, alors que l'air est évacué directement à l'extérieur par un orifice d'échappement.
Schéma de principe de lubrification d'un palier
A noter que pour éviter tout déplacement vers l'avant ou vers l'arrière des ensembles mobiles (compresseurs et turbines) le palier amont sert de palier butée et contient des pistons solidaires des arbres de liaison, sur lesquels s'effectuent les efforts de pression.
Les inverseurs de poussée
Comme la manche à air et les capots moteurs les inverseurs de poussée composent la nacelle.
Rôle
Le rôle d'un inverseur de poussée lors de l'atterrissage d'un avion est de diminuer la distance de freinage en redirigeant vers l'avant au moins une partie de la poussée générée par le turboréacteur. Dans cette phase, l'inverseur obstrue la tuyère d'éjection des gaz et dirige le flux d'éjection du moteur vers l'avant de la nacelle, générant de ce fait une contre-poussée qui vient s'ajouter au freinage des roues de l'avion.
Les moyens mis en œuvre pour réaliser cette réorientation du flux varient suivant le type d'inverseur.
Ils peuvent être classés en trois catégories principales:
- inverseurs à obstacles
- inverseurs à portes pivotantes
- inverseurs à grilles
Les moyens mis en œuvre pour réaliser cette réorientation du flux varient suivant le type d'inverseur.
Ils peuvent être classés en trois catégories principales:
- inverseurs à obstacles
- inverseurs à portes pivotantes
- inverseurs à grilles
Inverseur à obstacles
Ce type d'inverseur appelé également inverseur à deux portes est généralement utilisé sur des turboréacteurs à double flux mélangés. Il présente l'avantage d'avoir une efficacité de freinage supérieure aux inverseurs agissant uniquement sur le flux secondaire (voir ci-dessous) pour un poids équivalent. Il est principalement utilisé sur des turboréacteurs de moyenne puissance et placés à l'arrière du fuselage. L'installation d'un tel inverseur sur des turboréacteurs placés sous la voilure entraine des contraintes de températures et de souffle dues au jet dévié sur les gouvernes.
Le mécanisme des ouvertures ou fermetures des portes (ou coquilles) varie selon le constructeur, mais le principe de fonctionnement reste le même. Ci-dessous un des types d'inverseurs développés et brevetés par Huriel-Dubois.
Deux portes articulées par deux vérins (un de chaque côté du moteur) basculent vers l'intérieur de manière à bloquer totalement la tuyère déviant ainsi le flux d'air. Un béquet déflecteur disposé dans un plan sensiblement perpendiculaire au plan de la porte renvoie une partie du flux vers l'avant.
Deux portes articulées par deux vérins (un de chaque côté du moteur) basculent vers l'intérieur de manière à bloquer totalement la tuyère déviant ainsi le flux d'air. Un béquet déflecteur disposé dans un plan sensiblement perpendiculaire au plan de la porte renvoie une partie du flux vers l'avant.
Ci-dessous un Fokker 70 inverseurs déployés de la compagnie KLM
Inverseur à portes
Ce type d'inverseur est utilisé sur des turboréacteurs à taux de dilution élevé et n'agit que sur le flux secondaire (froid).
Cet inverseur de conception simple et modulable est adaptable à tout type de turboréacteur. Les portes intervenant dans la structure de la nacelle en mode lisse ou reverse permet d'obtenir un produit plus léger que les systèmes à grilles ou à cascades.
Cet inverseur de conception simple et modulable est adaptable à tout type de turboréacteur. Les portes intervenant dans la structure de la nacelle en mode lisse ou reverse permet d'obtenir un produit plus léger que les systèmes à grilles ou à cascades.
L'inversion de poussée est obtenue grâce aux portes pivotant autour de pivots fixes. En position fermée, les portes constituent une partie de la nacelle et le flux secondaire s'écoule normalement.
En position ouverte, la partie arrière de la porte obture le flux secondaire (froid) et l'oblige à sortir par l'orifice ainsi créé. La partie avant de la porte muni d'un béquet déflecteur dirige le flux vers l'avant créant ainsi un effet de reverse.
L'inversion ne se faisant que sur le flux secondaire la contre-poussée devra être importante pour annuler l'effet du flux primaire qui n'est pas inversé.
En position ouverte, la partie arrière de la porte obture le flux secondaire (froid) et l'oblige à sortir par l'orifice ainsi créé. La partie avant de la porte muni d'un béquet déflecteur dirige le flux vers l'avant créant ainsi un effet de reverse.
L'inversion ne se faisant que sur le flux secondaire la contre-poussée devra être importante pour annuler l'effet du flux primaire qui n'est pas inversé.
Ci-dessous les inverseurs d'un airbus 320. Seules les deux portes externes sur les quatre sont visibles.
Sortie et rentrée des reverses pendant l'atterrissage d'un airbus 340.
Séquence ajoutée à YouTube par ryojitokyo3636 le 8 juin 2009
Séquence ajoutée à YouTube par ryojitokyo3636 le 8 juin 2009
Inverseur à grilles
C'est la solution la plus classique des inverseurs de poussée. La partie arrière de la nacelle comporte un capot mobile coulissant le long de rails de manière à ce qu'en reculant lors de la phase d'ouverture, ils découvrent des grilles d'aubes de déviation disposées dans l'épaisseur de la nacelle. Un système de bielles relie ce capot mobile à des panneaux de blocage qui se déploient à l'intérieur du canal d'éjection et bloquent la sortie en flux direct. Le flux ainsi dévié est éjecté à travers des grilles créant ainsi un inversion de poussée.
Ci-dessous les inverseurs de poussée à grilles. Partie en noir sur la photo.
Sortie et rentrée des reverses pendant l'atterrissage d'un boeing 747.
Séquence ajoutée à YouTube par coolsan le 6 mai 2007
Il existe également des inverseurs à cascades basés sur le même principe que les inverseurs à grilles. La partie arrière de la nacelle recule créant une ouverture. Simultanément une série de panneaux mobiles se déploient et obturent le flux d'air secondaire en le dirigeant vers l'avant.
Les tuyères
Rôle
Le rôle de la tuyère est d’évacuer les gaz chauds sous pression sortant des turbines en leur communiquant le maximum de vitesse et obtenir le maximum de poussée. Elle est en général de section convergente puis divergente ou simplement convergente.
Tuyère pour turboréacteur à double flux mélangés
Sur certains réacteurs à double flux, pour favoriser le mélange air secondaire (froid)/air primaire (air chaud), un mélangeur (mixer) est rajouté au début de la tuyère, ce qui produira une dilatation et une accélération du flux secondaire afin d'optimiser la poussée totale.
Tuyère pour turboréacteur à double flux séparés
Les flux étant séparés chaque flux est éjecté par une tuyère. En bleu la tuyère du flux secondaire et en rouge la tuyère du flux primaire.
On remarque sur la photo à la sortie des tuyères des "dents". Ce type de tuyère est appelée tuyère à chevrons et permet de réduire le bruit basses fréquences.
On remarque sur la photo à la sortie des tuyères des "dents". Ce type de tuyère est appelée tuyère à chevrons et permet de réduire le bruit basses fréquences.
Tuyère avec post-combustion
Pour les turbomachines pourvues de réchauffe, la tuyère doit être de section variable afin d'obtenir un gain de poussée aux régimes plein gaz sec et plein gaz avec réchauffe.
La section de sortie du flux primaire et celle du flux total varient en fonction de l'ouverture plus ou moins grande de volets primaires et secondaires. Cette variation de l'ouverture est obtenue à l'aide de vérins.
Ci-dessous le canal de post-combustion du Snecma M88 équipant les avions Rafale.
La section de sortie du flux primaire et celle du flux total varient en fonction de l'ouverture plus ou moins grande de volets primaires et secondaires. Cette variation de l'ouverture est obtenue à l'aide de vérins.
Ci-dessous le canal de post-combustion du Snecma M88 équipant les avions Rafale.
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