Chaque fois que vous visitez un aéroport, la poussée imposante des avions commerciaux est indubitable. Ces avions s'appuient sur des moteurs à turbine à gaz, une famille polyvalente de machines qui propulsent également des hélicoptères, des centrales électriques et même le char M-1. Ce guide explique les principes fondamentaux du fonctionnement de ces moteurs, leurs avantages et les variations qui les rendent adaptés à diverses applications.
Une turbine à gaz se compose de trois éléments principaux :
Dans une turbine à flux axial typique, l'air entre par la droite, est comprimé à travers plusieurs étages (augmentant souvent la pression jusqu'à 30 fois) et sort du compresseur sous forme d'air à haute pression et à haute température.
Le carburant est injecté dans l’air à haute pression à l’intérieur de la chambre de combustion. Un élément clé est le porte-flamme, souvent appelé « canette », qui stabilise la flamme en présence d’un flux d’air supersonique. Les perforations de la canette permettent à l'air de se mélanger au carburant, et sa géométrie maintient la flamme ancrée afin que la combustion reste continue.
La turbine est généralement divisée en étages. Les premiers étages entraînent le compresseur, formant un seul arbre rotatif. Un dernier étage de turbine à roue libre est isolé du reste du moteur ; ses gaz d'échappement peuvent à eux seuls faire tourner un arbre de sortie capable de fournir 1 500 chevaux, soit suffisamment pour propulser un char M-1 de 63 tonnes.
Dans de nombreuses applications, les gaz d'échappement sont simplement évacués, mais ils peuvent également passer par des échangeurs de chaleur pour récupérer l'énergie résiduelle ou préchauffer l'air d'admission.
Les avions modernes utilisent couramment des turboréacteurs à double flux, qui combinent une turbine à gaz centrale avec un grand ventilateur avant. Le ventilateur aspire un grand volume « d’air de dérivation » qui est expulsé à grande vitesse pour produire une poussée supplémentaire. Les moteurs turbopropulseurs utilisent un noyau similaire mais entraînent une hélice conventionnelle via une boîte de vitesses au lieu d'un ventilateur.
La poussée est la force générée par l’accélération de la masse hors du moteur, telle que décrite par la troisième loi de Newton. Aux États-Unis, la poussée se mesure en livres ; dans le système métrique, il est exprimé en Newtons (1lb ≈ 4,45N). Un moteur à réaction produisant 5 000 lb de poussée pourrait, en théorie, supporter une masse de 5 000 lb dans un environnement en apesanteur.
Un turboréacteur produit une poussée à partir de deux sources :
Pour une étude technique approfondie, consultez la Technologie des moteurs à turbine à gaz d'avion ou Éléments de la propulsion d'une turbine à gaz . Les passionnés et les ingénieurs peuvent également explorer les forums en ligne et les listes de diffusion dédiés à la conception de turbines à gaz.