title: Turboréacteur

text: Ces contraintes nécessitent donc des matériaux adaptés à chaque zone. De façon générale, la turbine haute pression est soumise aux conditions les plus sévères (températures et pressions élevées). Les pièces dans cette zone sont en général à base d'alliage de nickel et de cobalt. Dans les zones plus froides, l'acier et le titane sont davantage utilisés. Les surfaces internes, notamment celles des aubes et des carters, sont de surcroît protégées par des revêtements afin d'augmenter la durée de vie des matériaux.


title: Turboréacteur

text: Le développement des turboréacteurs s'est d'ailleurs fait surtout grâce à la maîtrise des matériaux qui composent la conduite des gaz, car ce sont eux les plus fortement sollicités. Cette connaissance des matériaux permet d'obtenir des pièces d'une résistance mécanique maximale pour un poids minimal. Encore aujourd'hui, il s'agit d'une des applications qui demandent la plus haute technicité dans le domaine de la science des matériaux : pièces en titane, aubes en alliage monocristallin, traitements thermiques, etc.


title: Turboréacteur

text: Le turboréacteur fait partie d'un ensemble appelé GTR ou Groupe Turboréacteur comprenant une manche d'entrée d'air qui fait partie de la cellule avion et le turboréacteur lui-même qui assure la propulsion de l'avion. Le turboréacteur quant à lui est constitué des éléments fondamentaux suivants :


title: Turboréacteur

text: L'aérothermodynamique globale de la veine constituée par tous ces éléments mis bout à bout et qui décrit les transformations successives que subit l'air traversant le turboréacteur montre qu'une dégradation du débit d'air au cours de son passage dans la machine se traduit par une perte de poussée.


title: Turboréacteur

text: C'est un conduit destiné à capter l'air et à l'amener dans les meilleures conditions possibles à l'entrée du compresseur.


title: Turboréacteur

text: L'ensemble comprend l'entrée d'air moteur proprement dite et la manche d'entrée d'air. La conception de celle-ci relève du travail de l'avionneur.


title: Turboréacteur

text: L'entrée d'air moteur est généralement constituée par un carter en alliage léger, qui a souvent la fonction annexe de supporter des accessoires.


title: Turboréacteur

text: La manche d'entrée d'air qui, dans le cas d'un turboréacteur installé sur avion, permet son alimentation en air, peut être disposée de différentes manières (en pitot, en pod, noyée dans les ailes). Elle peut être munie d'équipements divers (grille de protection, atténuateur de bruit, dispositif anti-givrage, filtre). Que le turboréacteur soit installé à l'extérieur ou à l'intérieur de la cellule avion, la manche d'entrée d'air aura le rôle d'assurer son alimentation en air dans tout le domaine de vol, et ce quelles que soient les conditions extérieures.


title: Turboréacteur

text: Certains critères de qualité sont pris en compte pour la définition de la manche d'entrée d'air, et ce pour tous les types d'appareils équipés de turboréacteurs. Ces critères sont les suivants :


title: Turboréacteur

text: Au point fixe au sol et au roulage, les filets d'air se présentent avec des incidences très importantes à l'entrée de la manche d'entrée d'air, provoquant des décollements et des remous réduisant sa section efficace. Dans les bancs d'essai réacteur ouverts ou fermés, c'est la même raison qui impose d'utiliser une manche d'entrée d'air particulière, appelée pavillon.


title: Turboréacteur

text: Pour les avions (militaires principalement) ayant des entrées d'air à bord mince, l'ouverture de trappes permet à régime élevé et faible vitesse avion une admission d'air supplémentaire permettant de rétablir un débit d'air correct pour le turboréacteur. Pour les avions civils, le profil aérodynamique de l'entrée d'air étant plus épais, le phénomène de décollement est évité. Les avions militaires réduisent également en grande partie les problèmes de fortes incidences au décollage en employant fréquemment des entrées d'air à géométrie variable, qui se trouvent toujours exactement dans le vent relatif (le F-15 en est un bon exemple).


title: Turboréacteur

text: La manche d'entrée recevant une énergie de vitesse variable en fonction des conditions de vol devra tantôt ralentir, tantôt accélérer l'air dans l'entrée compresseur.


title: Turboréacteur

text: Pour ce domaine de vitesses inférieures au Mach, la manche d'entrée sera un simple divergent, c'est-à-dire qu'elle aura pour effet de diminuer la vitesse en augmentant la pression de l'air à l'entrée compresseur dès que les vitesses en jeu seront supérieures à . Pour les avions dont c'est le domaine de vol en croisière, l'ensemble moteur et capotage (lorsqu'ils sont installés sous l'aile) ont une position avancée par rapport au bord d'attaque afin d'éviter les perturbations aérodynamiques lors des phases de vol à grande incidence.


title: Turboréacteur

text: Dans ce domaine de vol, la vitesse de l'air entrant dans la manche d'entrée devient plus grande que la vitesse du son, ce qui crée une discontinuité dans l'écoulement. Cette discontinuité se traduit par une brutale variation de pression, appelée onde de choc. Si un écoulement d'air pénètre directement dans la manche d'entrée, il y a formation d'une onde de choc droite (perpendiculaire au plan d'entrée), alors que si nous plaçons un obstacle pointu dans cette manche d'entrée, nous aurons formation d'un front d'onde oblique.


title: Turboréacteur

text: La transformation que subit le gaz au passage de l'onde de choc implique une dégradation d'énergie qui se traduit par :


title: Turboréacteur

text: La dégradation d'énergie est plus faible dans une onde de choc oblique que dans une onde de choc droite. En aval d'une onde de choc droite, l'écoulement est toujours subsonique. En aval d'une onde oblique, la perte de vitesse étant moins forte, on peut être amené à créer plusieurs zones de chocs pour atteindre des vitesses inférieures au Mach.


title: Turboréacteur

text: Le tableau ci-dessous est donné à titre indicatif pour montrer la réalité de la dégradation d'énergie de part et d'autre d'une onde de choc droite.


title: Turboréacteur

text: La structure de la manche d'entrée doit présenter des zones de convergence et de divergence, afin de ralentir le flux d'air qui gave le compresseur, tout en récupérant le maximum de pression. Mais cette structure doit être à géométrie variable, c'est-à-dire présenter un canal divergent ou convergent-divergent suivant le domaine de vol, afin d'adapter le débit d'air à toutes les conditions de vol et d'assurer la stabilité des ondes de choc qui assurent le passage de l'écoulement supersonique à un écoulement Subsonique.


title: Turboréacteur

text: L'adaptation de la manche aux grands angles d'attaque est réalisée grâce à des trappes et des pelles se trouvant sur les flancs inférieurs de la manche. La Manche d'entrée d'air du Mirage 2000 comprend :


title: Turboréacteur

text: Le processus thermodynamique qui est à la base du fonctionnement du turboréacteur implique une alimentation en air sous pression afin d'obtenir un bon rendement de combustion.


title: Turboréacteur

text: Le rôle du compresseur est de contribuer à ce que le mélange air kérosène puisse s'enflammer dans les conditions optimum de pression et de température. À cette fin les motoristes ont intégré un compresseur avant la chambre de combustion dans le flux d'air d'entrée.


title: Turboréacteur

text: Le compresseur a pour fonction d'élever initialement la pression et la température du fluide entre l'entrée et la chambre de combustion par transformation de l'énergie cinétique en énergie de pression :


title: Turboréacteur

text: L'amélioration du rendement de combustion en diminuant la consommation de carburant tout en chauffant à la limite de la métallurgie est rendue possible par augmentation du taux de compression à l'entrée de la chambre de combustion en assurant la combustion continue du carburant injecté.


title: Turboréacteur

text: La poussée du turboréacteur qui dépend essentiellement du débit d'air entrant et de la vitesse d'éjection à la sortie de la tuyère, vitesse dépendant de la température des gaz en fin de combustion a rendu nécessaire l'utilisation d'un compresseur dont la réalisation a suivi deux principes très différents :


title: Turboréacteur

text: Les premiers turboréacteurs, conçus à partir des prototypes mis au point par Whittle et Von Ohain, sont munis d'un compresseur centrifuge qui est entraîné par la turbine. Ils ont le mérite de la simplicité, étant donné qu'un seul étage d'aubes réalise la compression et qu'un seul arbre relie la turbine au compresseur.


title: Turboréacteur

text: Leur faible longueur s'accompagne d'un fort diamètre nécessaire à une bonne compression. L'air atteint en effet sa compression maximale à l'extrémité du compresseur puisque la force centrifuge est d'autant plus grande que son point d'application est éloigné de l'axe de rotation. Ce fort diamètre le destine plutôt à des turboréacteurs de faible dimension.


title: Turboréacteur

text: Les premiers réacteurs anglais tels que les Goblin des De Havilland Vampire ou les Rolls-Royce Welland du Gloster Meteor sont ainsi conçus. Par ailleurs, la plupart des turbomoteurs pour hélicoptères restent conçus sur ce principe qui permet la conception de moteurs compacts.


title: Turboréacteur

text: Le compresseur centrifuge se compose essentiellement d'un Rotor (ou roue centrifuge) à ailettes radiales et d'un ou plusieurs diffuseurs. Dans le rotor, l'air pénètre axialement et s'écoule ensuite radialement. La vitesse de l'air augmente du fait de l'accélération centrifuge et sa pression du fait de la section divergente entre les aubes. L'air quitte l'extrémité des pales du rotor à très grande vitesse et dans le stator une partie de cette vitesse est transformée en pression du fait de la section divergente des aubes.


title: Turboréacteur

text: Le compresseur centrifuge est simple, robuste et présente un bon taux de compression. À titre de comparaison, le turboréacteur MARBORE VI avait un taux de compression de 3.80, contre 1.15 à 1.16 pour un simple étage de compresseur axial. À la fin des années 1940, le taux de compression maximum atteint même 4. Cependant l'encombrement important du compresseur centrifuge le condamne à une utilisation dans les turbomachines de faible puissance.


title: Turboréacteur

text: Dans certaines turbomachines, la compression est assurée par un compresseur de type axial suivi d'un compresseur de type centrifuge.


title: Turboréacteur

text: La suralimentation du compresseur centrifuge permet un gain important du taux de compression pour une vitesse de rotation identique.


title: Turboréacteur

text: L'augmentation croissante du poids des aéronefs amène les ingénieurs en aéronautique à imaginer des solutions pour améliorer la poussée fournie par le turboréacteur.


title: Turboréacteur

text: Du fait de la moindre efficacité, ils nécessitent plusieurs étages tournant à la même vitesse mais peuvent supporter des vitesses de rotation nettement plus élevées. Le premier de ce type, et aussi le premier construit en grande série, est le Jumo 004 de Junkers-Motoren qui équipait le Messerschmitt Me 262.


title: Turboréacteur

text: Les progrès de la métallurgie permettent de réaliser des compresseurs axiaux constitués pour chaque étage d'une roue mobile et d'une grille fixe permettant de réaliser une phase complète de compression. Plus le nombre d'étages est grand, plus le taux de compression est élevé.


title: Turboréacteur

text: Le tableau ci-dessous est donné à titre indicatif pour montrer différentes caractéristiques de compresseurs axiaux :


title: Turboréacteur

text: Les aubes ont un profil aérodynamique avec un bord d'attaque arrondi (tolérant les variations d'incidence) et un bord de fuite aminci (pour diminuer le sillage). Elles présentent un angle de calage par rapport à la génératrice du rotor, ce qui impose le sens de l'écoulement. Elles sont également vrillées afin que les filets d'air présentent un angle d'incidence constant entre la tête de l'aube et son pied qui n'ont pas la même vitesse circonférentielle.


title: Turboréacteur

text: L'air traverse alternativement une roue mobile puis une grille fixe (soit un étage compresseur), ce qui correspond à une phase complète de compression. Pour augmenter le taux de compression du moteur, il suffit d'augmenter le nombre d'étages. La compression s'accompagnant d'une diminution du volume, la veine est de forme convergente de l'entrée vers la sortie du compresseur afin de maintenir les rapports de pression entre chaque étage.


title: Turboréacteur

text: En augmentant le nombre d'étages (rotor + stator), on augmente le taux de compression global et la température à la sortie du compresseur.


title: Turboréacteur

text: Dans un compresseur axial, la vitesse de déplacement axiale du flux est à peu près constante en grandeur et direction : la valeur de cette vitesse est généralement comprise entre et .


title: Turboréacteur

text: La qualité de la transformation en énergie de pression est caractérisée par le rendement de compression ηc =P2/P1, les pertes dans un étage pouvant être :


title: Turboréacteur

text: Dans le champ de fonctionnement du compresseur (Taux de compression;Débit), il existe une ligne unique sur laquelle se placent tous les points de fonctionnement possibles pour un compresseur donné : c'est la ligne de fonctionnement (ou ligne de travail) qui fait correspondre un débit et un taux de compression pour un régime de rotation donné (lignes d'iso-vitesses).


title: Turboréacteur

text: Cette ligne de fonctionnement est indépendante des conditions extérieures (pression, température) ainsi que des conditions de vol du moteur (nombre de Mach, altitude).


title: Turboréacteur

text: Cette ligne de fonctionnement coupant les iso-vitesses du champ de fonctionnement elle peut être traduite en vitesse de rotation du compresseur. En clair, si on connait la vitesse du compresseur, on sait si le point de fonctionnement pour cette vitesse de rotation est sur la ligne de fonctionnement stable du compresseur, c'est-à-dire si cela correspond au débit et au taux de compression correcte.


title: Turboréacteur

text: Une autre ligne de fonctionnement dite « ligne de pompage » est constituée des points de fonctionnement compresseur ou le rendement chute à la suite du décrochage aérodynamique des aubes. La distance entre ces deux lignes de fonctionnement est appelée « marge au pompage ».


title: Turboréacteur

text: Si l'air entre deux aubes consécutives atteint la vitesse du son le débit d'air se bloque sur le front de pression engendré.


title: Turboréacteur

text: À vitesse élevée, le pompage est lié au décollement des derniers étages et au blocage des étages de tête alors qu'à basse vitesse c'est le contraire.


title: Turboréacteur

text: Le décrochage du compresseur ne lui permet plus d'assurer le niveau de pression en aval de la chambre de combustion. Les conséquences sont alors catastrophiques sur le fonctionnement du moteur du point de vue de la performance et de la sécurité (risque de détérioration mécanique, d'extinction du moteur).


title: Turboréacteur

text: Durant le démarrage et lors des variations de régime transitoire en vol il est nécessaire de décharger de l'air du compresseur haute pression vers le distributeur de turbine basse pression. Pendant le démarrage il permet de soulager le démarreur et en vol de supprimer les effets de bourrage qui diminue la marge au pompage.


title: Turboréacteur

text: Ce dispositif appelé vanne de décharge (TVB : "Transient Bleed Valve") est contrôlé par la régulation et permet une chute de la pression dans le compresseur HP.


title: Turboréacteur

text: Dans chaque étage, on a une augmentation de pression mais aussi de température; or, pour un étage donné, le rapport de pression entrée-sortie est d'autant plus élevé que la température d'entrée est faible (l'air moins dilaté se comprime plus facilement).


title: Turboréacteur

text: Pour une vitesse de rotation donnée de tous les étages, les températures d'entrée dans chaque étage augmentent au fur et à mesure de la progression du flux et donc le taux de compression par étage diminue (car pour un étage donné le taux de compression est d'autant plus élevé que la température d'entrée dans l'étage est basse).


title: Turboréacteur

text: Dans un compresseur axial, les rapports de pression de chacun des étages vont donc en décroissant et pour conserver des rapports de pression élevés par étage, il faudrait augmenter la vitesse de rotation des étages les plus chauds, d'où l'idée d'avoir plusieurs compresseurs tournant à des vitesses différentes et la réalisation de solutions multicorps (double corps, triple corps).


title: Turboréacteur

text: Les multi corps sont plus complexes et leur coût initial est plus élevé mais en exploitation la différence est en faveur du multi corps.


title: Turboréacteur

text: La chambre de combustion est la partie du turboréacteur qui a pour rôle d'élever la température de l'air issu du compresseur par combustion de carburant afin de fournir des gaz chauds à la turbine et de participer à la propulsion à travers leur détente dans la tuyère d'éjection.


title: Turboréacteur

text: La combustion doit y être optimale et l'écoulement dans la partie aval du turboréacteur ne doit pas subir de perte de charge [perte de pression] trop importante. L'air doit traverser la chambre à vitesse relativement faible, moins de . La flamme est confinée dans une zone à très basse vitesse alimentée par environ le dixième du débit d'air qui traverse la chambre et la température au point le plus élevé approche les . La température s'abaisse très rapidement par dilution avec le reste de l'air traversant la chambre afin d'atteindre une valeur compatible avec la tenue des matériaux de la turbine.


title: Turboréacteur

text: Pour assurer une bonne tenue mécanique des parois de la chambre il faut limiter la température aux alentours de (dépend des matériaux réfractaires employés).


title: Turboréacteur

text: Le mécanisme de combustion des hydrocarbures dans l'air est une réaction exothermique qui implique que le mélange carburé :


title: Turboréacteur

text: La température de flamme atteint alors un maximum pour ces conditions et augmente avec la température initiale du mélange. Cette température chute rapidement si ces conditions ne sont pas réunies.


title: Turboréacteur

text: Dans un écoulement laminaire le front de flamme suit la variation de vitesse d'écoulement du mélange mais dans la chambre de combustion d'un turboréacteur l'écoulement du mélange est fortement turbulent. Le brassage des produits de combustion avec le mélange arrivant dans la chambre conduit à une combustion généralisée dans l'enceinte avec des temps de réaction très courts. Si le débit augmente trop, le temps de maintien du mélange frais dans la chambre deviendra inférieur au délai d'allumage et la flamme sera expulsée de l'enceinte de combustion : c'est le phénomène de soufflage encore appelé « "blow out" ».


title: Turboréacteur

text: Les causes d'extinction d'une chambre de combustion sont multiples mais tiennent à deux phénomènes principaux :


title: Turboréacteur

text: Évidemment l'extinction en vol peut constituer, si elle est multiple, un risque d'accident car la probabilité d'un ré-allumage en vol dépend :


title: Turboréacteur

text: Si Q est la quantité de chaleur libérée chaque seconde par la combustion du carburant et Q' la quantité de chaleur que l'on pourrait obtenir par une combustion complète, le rapport ? = Q/Q' représente le rendement de la chambre de combustion.


title: Turboréacteur

text: La consommation spécifique est liée au rendement de combustion. Pour l'améliorer, il faut assurer un mélange comburant-carburant aussi intime que possible par obtention d'un écoulement tourbillonnaire entre les écoulements linéaires à l'entrée et à la sortie. La conception aérodynamique de la chambre de combustion est donc particulièrement compliquée.


title: Turboréacteur

text: La richesse dépend des températures d'entrée et de sortie de la chambre mais aussi des conditions de vol. Elle est maximale au décollage, elle diminue en croisière et peut atteindre en régime transitoire (par exemple sur une réduction brutale des gaz) une valeur minimale. La richesse peut varier dans un rapport de 1 à 10 suivant les moteurs et les conditions d'utilisation en vol.


title: Turboréacteur

text: La pression à l'entrée de la chambre peut varier de à et la température d'entrée de à suivant le domaine de fonctionnement du turboréacteur.


title: Turboréacteur

text: D'autre part, pour certaines conditions de vol la chambre doit pouvoir se rallumer et avoir une plage de fonctionnement stable pour l'autorotation (avion militaire) après extinction en altitude. Après réallumage, la combustion doit permettre une accélération du moteur à des altitudes supérieures à , suivant le type d'avion.


title: Turboréacteur

text: Nota : le kérosène et l'oxygène pur donnent une température de lorsque le mélange est stœchiométrique.


title: Turboréacteur

text: La vitesse du front de flamme (dans un mélange homogène) est relativement faible par rapport à la vitesse d'écoulement du fluide dans un turboréacteur et augmente :


title: Turboréacteur

text: Pour que la combustion soit possible, il faut que la vitesse de l'écoulement ne soit pas supérieure à la vitesse de propagation de la flamme. Donc pour qu'une injection en continu du carburant puisse donner une flamme stable il faut que les gouttelettes de carburant injectées rencontrent rapidement les gouttelettes de carburant allumées afin de récupérer assez d'énergie pour leur propre allumage.


title: Turboréacteur

text: Afin d'éviter un soufflage de la flamme l'écoulement est ralenti à des vitesses compatibles avec la combustion. Pour ce faire la chambre est raccordée au compresseur situé en amont par un divergent.


title: Turboréacteur

text: La turbine a pour fonction de transformer l'énergie de pression des gaz en sortie de la chambre de combustion en énergie cinétique, puis en énergie mécanique afin d'entrainer le FAN ou soufflante, le compresseur et les différents équipements de servitude. L'énergie restante à la sortie de la turbine participe à la poussée du réacteur.


title: Turboréacteur

text: Dans un écoulement subsonique, la relation entre la vitesse, la pression et la masse volumique du fluide est caractérisée par le théorème de Bernoulli. La détente des gaz dans la turbine est obtenue par l'accélération du fluide dans un convergent et une partie de l'énergie cinétique récupérée est transformée en travail moteur.


title: Turboréacteur

text: En général les turbines rencontrées sur turboréacteur sont de type axiale ; l'écoulement est donc parallèle à l'axe du moteur. L'étage de détente d'une turbine se compose d'une grille d'aubes fixes appelée [Distributeur] et d'une grille d'aubes mobiles appelée [Roue]. Lorsque la puissance à prélever dépasse les possibilités d'un seul étage, on utilise des turbines à plusieurs étages.


title: Turboréacteur

text: Les gaz à la sortie de la chambre de combustion pénètrent dans le distributeur qui les dévie d'un angle formula_27 dans la direction tangentielle de la [Roue]. Il transforme leur énergie de pression en énergie cinétique par effet convergent. L'accélération de l'écoulement ainsi obtenue s'accompagne d'une diminution de pression et de température.


title: Turboréacteur

text: Les gaz à la sortie du distributeur pénètrent dans la [Roue] mobile avec un angle d'incidence qui entraîne une distribution inégale des pressions sur l'intrados et l'extrados des aubes. La pression exercée par le fluide sur l'intrados est supérieure à celle exercée sur l'extrados et cela crée une résultante aérodynamique qui met la [Roue] mobile en mouvement réalisant la transformation d'une partie de l'énergie cinétique en énergie mécanique.


title: Turboréacteur

text: Calcul de la puissance développée par le moteur Olympus au sol avec les valeurs suivantes des paramètres :


title: Turboréacteur

text: pour formula_37 = valeur de la richesse du mélange air-carburant nous avons les valeurs suivantes de chaleur spécifique :


title: Turboréacteur

text: Cette puissance qui est une petite partie de la puissance globale du réacteur sert essentiellement à entraîner le compresseur et les équipements.


title: Turboréacteur

text: De plus toute augmentation de la vitesse des gaz entraîne une augmentation de la vitesse de rotation de la roue mobile et donc de la vitesse circonférentielle, limitée par des considérations de résistance mécanique. Une augmentation trop importante de l'angle d'incidence du flux par rapport au calage des aubes conduirait à des perturbations aérodynamiques entrainant des pertes de charge trop importantes.


title: Turboréacteur

text: Pendant une compression adiabatique il y a augmentation de l'enthalpie et pour une détente c'est l'inverse qui se produit cela a pour conséquence qu'une turbine peut absorber plus d'énergie qu'un étage de compresseur peut en fournir. C'est pour cette raison aussi que le phénomène de pompage ou de décollement tournant est inexistant dans une turbine.


title: Turboréacteur

text: L'accroissement de la puissance absorbée par la turbine est obtenu grâce à l'ouverture de la section de tuyère (ou du col du distributeur aval) pour augmenter la détente.


title: Turboréacteur

text: La qualité d'une turbine est évaluée par son rendement de détente et sa limite de puissance absorbée dépend de la vitesse de l'air entre ses aubes (blocage si Mach=1).


title: Turboréacteur

text: Comme dans la manche d'entrée, le compresseur ou la chambre de combustion, la transformation que subit l'écoulement dans la turbine est imparfaite, d'où la notion de rendement :


title: Turboréacteur

text: à partir de cette équation et connaissant P5, P6 et T5 on peut calculer la T6th qui est toujours supérieure à la T6 réelle et de ce fait le rendement réel de la turbine est approximativement :


title: Turboréacteur

text: L'obligation de réduire la consommation en carburant nécessite d'avoir des températures plus élevées à l'entrée de la turbine et d'augmenter le taux de compression en aval car le gain en est d'autant plus grand que celui-ci est plus élevé.


title: Turboréacteur

text: Le refroidissement des aubes est réalisé par convection en utilisant de l'air plus frais prélevé sur le compresseur aval. Ce prélèvement fait au détriment des performances se pose au motoriste en termes de compromis et de bilan.


title: Turboréacteur

text: Le refroidissement des aubes autorise des températures plus élevées, ce qui améliore le rendement global du cycle de la turbine mais cela correspond à un déficit au niveau du moteur car il a fallu dépenser plus d'énergie pour le comprimer alors qu'il n'intervient pas dans la poussée.


title: Turboréacteur

text: Actuellement avec les températures atteintes en sortie de chambre de combustion et au vu des débits de refroidissement adoptés, le bilan global est positif.


title: Turboréacteur

text: Le refroidissement de la paroi extérieure de l'aube est assuré par échange de calories entre les gaz chauds extérieurs et les gaz frais circulant à l'intérieur de l'aubage et rejetés au bord de fuite. Les aubes qui sont creuses sont équipées de conduits de type :


title: Turboréacteur

text: Le refroidissement par convection interne peut être complété par un refroidissement des parois par film protecteur. On prélève sur le débit d'air frais qui circule dans l'aube un débit d'air qui est projeté à l'extérieur sur les bords d'attaque et de fuite pour créer une paroi fluide protectrice qui isole l'extérieur de l'aube des gaz chauds.


title: Turboréacteur

text: Le film d'air protecteur est créé au moyen de petits trous percés au bord d'attaque ou au bord de fuite par laser ou électro-érosion.


title: Turboréacteur

text: La métallurgie des aubes a évolué depuis la fabrication des aubes par coulage en passant par les alliages à solidification dirigée pour aboutir aux aubes monocristallines pour lesquelles les gains en températures sont très importants. La métallurgie des disques de turbine a aussi évolué dans le sens d'une meilleure tenue mécanique et thermique avec l'augmentation des vitesses de rotation et des températures de sortie de chambre de combustion.


title: Turboréacteur

text: Une autre façon d'améliorer la tenue en température des aubes de turbine est d'élaborer de nouveaux matériaux résistants à très haute température et de faire évoluer la métallurgie des alliages utilisés dans leur fabrication.


title: Turboréacteur

text: Un alliage est constitué d'un ou plusieurs métaux de base appelés matrice auxquels on ajoute des éléments chimiques permettant d'améliorer certaines propriétés de celui-ci telles que :


title: Turboréacteur

text: À l'échelle microscopique, un alliage apparaît comme un agglomérat de grains (cristaux). Si la solidification est réalisée sans précaution particulière, l'orientation des grains est désordonnée et les caractéristiques du matériau sont sensiblement les mêmes dans toutes les directions : on parle alors d'une structure EQUIAXE.


title: Turboréacteur

text: Afin de privilégier un axe de travail permettant une meilleure tenue mécanique, il existe des procédés qui permettent de diriger les cristaux dans un sens privilégié : on parle alors d'alliage à solidification dirigée.


title: Turboréacteur

text: D'autres procédés permettent d'obtenir des alliages avec un seul grain, ce qui leur confère des propriétés encore meilleures, le problème résidant essentiellement dans l'obtention de pièces monocristallines de dimensions importantes.


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text: Certains alliage dits "eutectiques" se solidifient à température constante comme les corps pur et permettent d'obtenir des structures à grains fins et homogènes.


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text: Un autre procédé appelé " Métallurgie des Poudres" permet en mélangeant les composants sous forme pulvérulente puis en les compactant sous forte pression d'obtenir des pièces directement à leur cotes finies tels que les disques de turbine.


title: Turboréacteur

text: Dans les turboréacteurs double-corps, la turbine est constituée d'un ou plusieurs étages (stator-rotor) à "haute pression" (HP) et d'un second à "basse pression". La turbine HP, dont les ailettes sont soumises au flux des gaz de combustion les plus chauds, est la pièce la plus compliquée sur les plans de la tenue des matériaux et de l'aérodynamique. Il existe deux types de turbine, l'une à action et l'autre à réaction.


title: Turboréacteur

text: Dans une turbine à action (solution privilégiée pour les turbopropulseurs et les turbomoteurs), le travail de détente (quasi complet) ne s'effectue que dans le stator. L'énergie cinétique ainsi engendrée sera récupérée sous forme d'énergie mécanique afin d'entraîner le compresseur, le réducteur, l'hélice ou la voilure tournante suivant le cas, ainsi que les accessoires nécessaires au moteur.


title: Turboréacteur

text: Dans une turbine à réaction, la détente s'effectue à la fois dans le stator et dans le rotor. De plus, dans ce type de turbine, seule une "faible" partie de l'énergie des gaz est détendue afin de la récupérer sous forme d'énergie mécanique, étant donné que l'ensemble turbine-compresseur (ajouter à cela la soufflante) est moins "lourd" à entraîner qu'un ensemble avec hélice. Le restant d'énergie sera récupéré au niveau de la tuyère, sous forme d'énergie cinétique, afin de créer la poussée.


title: Turboréacteur

text: C'est dans le canal d'éjection qu'a lieu la détente utile à la propulsion par transformation en vitesse de l'énergie restante (pression et température) des gaz après passage dans la turbine. La poussée du turboréacteur sera d'autant plus forte que la vitesse d'éjection sera plus grande.


title: Turboréacteur

text: Le canal d'éjection est constitué, pour les moteurs sans postcombustion, d'un carter d'échappement et d'une tuyère. Pour les moteurs avec postcombustion, le canal d'éjection comprend un système de réchauffe situé entre le carter d'échappement et la tuyère d'éjection.


title: Turboréacteur

text: Le carter d'échappement situé derrière la turbine assure la continuité intérieure et extérieure de la veine permettant de séparer, sur les moteurs à double-flux, le flux chaud du flux froid.


title: Turboréacteur

text: À l'intérieur du turboréacteur l'écoulement du flux est subsonique et si on prolonge la sortie de la turbine par une tuyère cela permet d'accélérer la masse de gaz jusqu'à la section de sortie appelée Col, convergente pour les plus simples, section qui détermine le débit maximal de gaz pouvant être éjecté. La tuyère assure donc l'éjection des gaz brûles et leur retour à la pression ambiante pour que l'accélération du flux qui en résulte génère la poussée du turboréacteur.


title: Turboréacteur

text: La section d'éjection de la tuyère est déterminée en pratique pour que, au régime maximum du moteur, la vitesse de l'écoulement y atteigne la vitesse du son, soit Mach 1, et que la pression statique au Col soit égale à la Pression Atmosphérique.


title: Turboréacteur

text: Si la vitesse de l'écoulement est inférieure à la vitesse du son, le débit masse éjecté n'est pas maximum, les gaz se détendent à la Pression Atmosphérique au col et la tuyère est dite adaptée : ce cas correspond à tous les régimes inférieurs au régime maximal.


title: Turboréacteur

text: Le fonctionnement optimal de la tuyère étant obtenu pour une tuyère adaptée (pression au col = Pression Atmosphérique) il a été développé le principe de tuyère à section variable permettant d'adapter la section de sortie aux différents régimes du moteur.


title: Turboréacteur

text: Pour les moteurs sans réchauffe, la tuyère convergente-divergente permet, l'écoulement au col étant sonique, d'accélérer le flux dans le divergent pour obtenir une poussée supplémentaire, la vitesse d'éjection des gaz pouvant être alors supersonique.


title: Turboréacteur

text: Le régime d'utilisation des moteurs étant variable suivant le domaine de vol, la partie divergente doit être variable sinon en cas d'écoulement subsonique au col le divergent ralentirait le flux et le rendement de la tuyère chuterait.


title: Turboréacteur

text: Quand la pression statique des gaz est trop forte (supérieure à deux fois la pression atmosphérique) le simple tronc de cône conduit à un éclatement du jet ; on observe alors une série d'ondes de choc jusqu'à ce que la pression statique du jet soit égale à la Pression Atmosphérique. Ces chocs qui se traduisent par une perte d'énergie inutilisable dans la propulsion font chuter le rendement global de la tuyère.


title: Turboréacteur

text: La tuyère se situe en aval de la turbine et est composée pour la plus simple d'un tronc de cône dont la section amont est supérieure à la section aval. Pour éviter l'éclatement du jet et la création d'ondes de choc on utilise des tuyères convergente-divergente. Pour les moteurs avec réchauffe on peut utiliser des tuyères à sortie divergente et de section variable.


title: Turboréacteur

text: Dans un turboréacteur l'ensemble compresseur;chambre de combustion;turbine fournit des gaz comprimés et chauds qui libèrent leur énergie dans le but d'assurer la propulsion de l'avion. Il convient de libérer cette énergie avec le maximum d'efficacité en consommant le moins de carburant possible. Il est nécessaire d'optimiser alors le rendement propulsif.


title: Turboréacteur

text: D'une manière générale le rendement propulsif diminue lorsque croît la vitesse d'éjection ce qui nous amène à la conclusion que pour les vitesses subsoniques il faut ralentir la vitesse d'éjection et augmenter la masse de fluide éjectée afin d'obtenir la poussée nécessaire. Cela étant il a fallu trouver des solutions peu gourmandes en carburant et aujourd'hui la technique du double-flux à fort taux de dilution est couramment employée en aviation commerciale.


title: Turboréacteur

text: Le rendement propulsif du moteur est augmenté dans des proportions importantes pour des valeurs de dilution voisine de 5 et les vitesses d'éjection sont telles que le flux froid produit 80 % de la poussée totale.


title: Turboréacteur

text: Parmi les turbomachines utilisées dans l'aviation on distingue dans la catégorie des turboréacteurs plusieurs types :


title: Turboréacteur

text: De ces deux caractéristiques ont été développées des variantes répondant chacune à des problématiques de caractéristiques de poussée, de rendement, de coût, etc. en fonction des besoins des avionneurs.


title: Turboréacteur

text: Une chronologie dépendante des évolutions techniques et technologiques a fait que les premiers turboréacteurs étaient simple-flux et mono-corps. Ils étaient équipés d'un générateur de gaz comprenant un seul ensemble compresseur-turbine liés, le compresseur pouvant être de type centrifuge ou axial.


title: Turboréacteur

text: Actuellement pour accroître les performances en poussée et consommation de carburant le compresseur a été scindé en plusieurs parties tournant à des vitesses différentes. Afin de permettre l'entrainement de ces compresseurs, des turbines elles-mêmes différentes leur ont été couplées.


title: Turboréacteur

text: Chaque couple compresseur-turbine liée est appelé Corps ou Attelage et aujourd'hui un turboréacteur simple flux ou double flux peut être de type Mono-Corps, Double-Corps ou Triple-Corps suivant les constructeurs et les domaines d'utilisation.


title: Turboréacteur

text: Dans ce type de machine, le générateur de gaz comprend un seul ensemble tournant appelé corps et qui comprend un compresseur et une turbine accouplés sur un même arbre et tournant donc à la même vitesse.


title: Turboréacteur

text: La solution double-corps peut s'appliquer au turboréacteur double-flux aussi bien qu'au turboréacteur simple-flux. C'est une technologie complexe qui permet de gagner du poids et de la longueur et qui en outre permet des démarrages nécessitant une plus faible puissance.


title: Turboréacteur

text: Dans ce type de machine, le générateur de gaz comporte deux ensembles tournants mécaniquement indépendants :


title: Turboréacteur

text: La turbine liée au compresseur BP est appelée turbine et celle liée au compresseur HP est appelée turbine


title: Turboréacteur

text: Chacun des couples "compresseur-turbine" tourne à sa vitesse propre et on parle alors de turboréacteurs "double corps" ou "double attelage". La vitesse de rotation des deux corps étant différente, ces moteurs nécessitent deux arbres concentriques plus longs et plus lourds. En contrepartie, le rendement est nettement amélioré.


title: Turboréacteur

text: Les deux arbres tournent généralement dans le même sens, afin de ne pas imposer aux roulements (ou paliers) les reliant, des vitesses de rotation trop importantes. Dans certains cas toutefois, ils tournent dans des sens différents, ce qui a pour avantage de ne pas cumuler les couples gyroscopiques, et de permettre un meilleur rendement aérodynamique. Par contre, l'excitation dynamique qui résulte de deux corps contra-rotatifs est fonction de la somme des régimes de rotation des deux corps — au lieu d'être fonction de la différence des régimes, dans le cas co-rotatif — donc très élevée, ce qui pose des problèmes de tenue aux vibrations.


title: Turboréacteur

text: Tous les moteurs de nouvelle génération sont à double corps, voire à triple corps pour ceux à très fort taux de dilution. Cette dernière configuration est une spécificité de la famille de moteurs Rolls-Royce "Trent" pour l'aviation civile. Elle se caractérise par la présence d'un ensemble compresseur-turbine supplémentaire dit PI (pour Pression intermédiaire).


title: Turboréacteur

text: La poussée produite dépend de la masse d'air pénétrant dans le générateur de gaz et de l'accélération donnée à celle-ci. Le point de fonctionnement de ce type de turboréacteur est essentiellement caractérisé par la vitesse de rotation de l'ensemble compresseur-turbine et de la température entrée turbine.


title: Turboréacteur

text: Les turboréacteurs à simple flux sont bruyants, polluants et ont une consommation spécifique élevée. Ils n'atteignent leur meilleur rendement qu'au-delà de Mach 1.


title: Turboréacteur

text: En raison de son rendement et de sa consommation, le turboréacteur Simple Flux est surtout utilisé pour les grandes vitesses de vol et dans le domaine militaire. Ces moteurs peuvent être équipés de post-combustion pour une grande augmentation de poussée sur de courtes périodes.


title: Turboréacteur

text: Dans ce type de turboréacteur, on admet plus d'air qu'il n'est nécessaire au générateur de gaz afin de réduire la consommation de carburant et d'augmenter le rendement de propulsion. Le débit (ou flux) supplémentaire s'écoule en dérivation autour du générateur de gaz.


title: Turboréacteur

text: Bien plus économiques aux vitesses subsoniques et moins bruyants, les turboréacteurs à "double flux" (ou "turbofans" en anglais) sont apparus dans les années 1960. Dans ces moteurs une soufflante de grande dimension permet d'absorber un gros débit massique qui ne passe qu'en partie dans le compresseur BP. L'air précomprimé par la soufflante qui ne passe pas dans le compresseur BP, appelé "flux froid", contourne la partie chaude jusqu'à la tuyère où il est éjecté, mélangé ou non avec les gaz chauds (flux chaud). Cela permet, pour des vitesses modérées, en dessous de Mach 1,5 environ, d'augmenter la poussée par augmentation du débit de gaz, et de réduire considérablement le niveau de bruit. Dans de rares cas, comme sur le General Electric CF700 ou le General Electric CJ805-23, la soufflante n'est pas placée à l'avant du moteur, mais à l'arrière. Cette caractéristique est désignée « "aft fan" », dans les pays anglophones.


title: Turboréacteur

text: La proportion d'air constituant le flux froid qui est variable selon les moteurs est exprimée par le rapport du débit massique secondaire (ou flux froid) au débit massique primaire (ou flux chaud). Ce rapport est appelé taux de dilution. Les moteurs militaires optimisés pour le vol supersonique ont des taux de dilution inférieurs à 1, alors que les moteurs civils ou militaires optimisés pour des croisières autour de Mach 0,8, ont des taux de dilution entre 5 et 10. Les moteurs à double flux et fort taux de dilution tirent l'essentiel de leur poussée du flux froid (80 %), le flux chaud représentant 20 % de la poussée.


title: Turboréacteur

text: Le développement des turbopropulseurs, et des réacteurs double flux munis d'une très large soufflante s'est largement développé pour les domaines de vitesse subsonique. Avec un débit d'air plus élevé et une température des gaz plus basse pour une même poussée, leur rendement est plus élevé et leur consommation plus faible. La charge en carburant étant diminuée, cela permet une charge utile supérieure.


title: Turboréacteur

text: Le rendement de propulsion qui est le rapport de la puissance nécessaire au vol et de la puissance thermique produite fait apparaître pour une poussée donnée que ce rendement serait d'autant plus élevé que le débit d'air serait lui aussi plus élevé : la solution qui consisterait à augmenter le débit d'air sans augmenter le débit carburant serait de ce fait acceptable or il n'en est rien car cela a pour conséquence de diminuer le rendement thermique. Donc pour augmenter le débit d'air sans diminuer le rendement thermique, une solution s'impose : partager le débit d'air total en deux flux :


title: Turboréacteur

text: Le double flux réalise un compromis entre le turboréacteur simple flux dont le rendement n'est intéressant qu'à vitesse élevée et le turbopropulseur limité en vitesse. Par ailleurs la consommation spécifique est améliorée et le fonctionnement moins bruyant. La postcombustion peut néanmoins être intégrée à l'ensemble, avec un rendement plus élevé que dans le cas du turboréacteur à simple flux. Beaucoup d'avions de chasse modernes possèdent d'ailleurs des turbofans dotés de postcombustion ("Rafale", Soukhoï Su-27, F-22 "Raptor", etc.).


title: Turboréacteur

text: Dans un turboréacteur double flux, l'air servant à la pressurisation des joints labyrinthes est prélevé en aval du compresseur basse pression. L'air de refroidissement des parties chaudes comme les distributeurs et les aubes de turbine HP est prélevé en sortie du compresseur HP.


title: Turboréacteur

text: Le circuit d'air interne permet aussi d'exercer des contre-pressions sur les disques de compresseur et de turbine afin de diminuer les forces axiales sur les paliers.


title: Turboréacteur

text: Afin de conserver un rendement suffisant on limite les fuites d'air en disposant des joints labyrinthes tout au long du moteur. Un contrôle actif des jeux radiaux entre les rotors et les carters des turbines (haute et basse pression) est assuré par l'envoi d'air prélevé à la sortie du compresseur haute pression, dont le débit et contrôlé par une vanne elle-même commandée par la régulation du moteur. Cet air "frais" est utilisé pour refroidir le carter via des jets d'air impactant. La gestion de ce débit d'air permet de piloter la dilatation du carter, et ainsi les jeux radiaux entre le stator et le rotor (plus précisément entre les ailettes et les abradables). L'objectif de la manœuvre étant d'être en mesure de limiter les débits "bypass" (les pertes) et ce à toutes les phases du vol. Ce système est appelé ACC, pour Active Clearance Control, et précédé de LPT ou HPT (Low Pressure Turbine Active Clearance Control et High Pressure Turbine Active Clearance Control). La distinction est importante car la gestion du débit n'est pas la même pour les deux turbines.


title: Turboréacteur

text: Dans un turboréacteur double flux le circuit d'air externe assure des fonctions diverses sur le moteur lui-même et sur l'avion.


title: Turboréacteur

text: Certains accessoires, qui subissent un échauffement important, sont refroidis par circulation d'air et la ventilation de la nacelle moteur est réalisée à partir du flux secondaire ou de l'air extérieur.


title: Turboréacteur

text: La lubrification consiste à assurer l'établissement et le renouvellement du film d'huile sur les pièces nécessitant un graissage, telles que les paliers, ainsi que l'évacuation des calories. Les huiles utilisées dépendent des conditions de charges et de températures et sont actuellement majoritairement d'origine synthétique à cause de leur plus grande plage de température et de leur plus grande durée de vie que les huiles d'origine minérale.


title: Turboréacteur

text: Cette fonction consiste à entrainer en rotation l'ensemble tournant du générateur de gaz afin que le compresseur puisse alimenter en air la chambre de combustion. Le couple (C) nécessaire à l'entrainement est fonction de la vitesse de rotation et de la température. Au début il croît fortement et diminue lorsque l'allumage se produit et que la machine accélère. À partir d'un certain régime ce couple devient nul et le moteur est dit autonome.


title: Turboréacteur

text: Cette fonction commande l'alimentation des injecteurs principaux et de démarrage. Les injecteurs de démarrage permettent la propagation de la flamme et l'allumage du carburant pulvérisé par les injecteurs principaux. L'alimentation en carburant est faite sous pression à l'aide d'une pompe et le débit nécessaire au démarrage est déterminé par un dispositif de dosage spécifique.


title: Turboréacteur

text: Cette fonction permet de réaliser l'inflammation du mélange carburé à l'aide d'étincelles produites par des bougies haute tensions.


title: Turboréacteur

text: La procédure de rallumage en vol est différente de l'allumage au sol par le fait que le lancement est déjà réalisé.


title: Turboréacteur

text: Cette procédure de rallumage se base sur le phénomène dit de "windmilling" (de l'anglais windmill = moulin à vent). En effet, lorsque le moteur est dit "arrêté", il ne produit plus de poussée, mais la vitesse relative de l'avion force l'air à circuler dans le moteur. Ces filets d'air suffisent à créer une rotation des éléments tournants du moteur.


title: Turboréacteur

text: Comme évoqué précédemment les conditions de démarrage du moteur sont assez restrictives (température, vitesse de rotation, masse volumique du mélange...), ainsi dans cette configuration de rallumage il est nécessaire de se placer dans une certaine fourchette de vitesse (alors corrélée à la vitesse de rotation du moteur) et d'altitude (masse volumique de l'air).


title: Turboréacteur

text: Le rallumage d'un moteur au sol demande une attention particulière également. Le principal risque engendré par une telle opération est le "Rotor Lock". Ce phénomène touche les turbines, particulièrement la turbine basse pression. Lors du refroidissement de la turbine, les pièces refroidissent à des vitesses différentes (selon leur masse et leur inertie thermique). Le carter, plus fin, refroidit plus vite que le rotor, et se rétracte ainsi plus vite, alors que le rotor reste dilaté. Le carter va alors venir pincer et bloquer le rotor. En cas de redémarrage du moteur à ce moment-là, certains étages de la turbine peuvent rester bloqués. Cette panne, sans gravité, peut être corrigée en éteignant le moteur et le rallumant. L'air chaud qui a traversé le moteur à ce moment-là suffit à dilater le carter et libérer le rotor.


title: Turboréacteur

text: Pour éviter le "rotor lock" un temps de refroidissement doit être respecté entre deux démarrages. Cependant cette durée est complexe à déterminer car dépend de beaucoup de paramètres (température ambiante, cycle subit par le moteur avant extinction, usure des abradables...).


title: Turboréacteur

text: Il est parfois nécessaire au sol et dans le cadre d'essais ou de procédure particulière de réaliser le lancement de l'attelage compresseur-turbine sans allumage et avec ou sans injection de carburant.


title: Turboréacteur

text: La ventilation humide peut être utilisée après essais pour le stockage des moteurs avant leur installation sous l'aile.


title: Turboréacteur

text: La commande d'un turboréacteur par le pilote s'effectue par un moyen simple, en général une commande unique appelée manette des gaz. L'objectif est d'obtenir pour une position donnée de la manette des gaz les performances de poussée adaptées aux conditions de vol. La pression, la température et la vitesse de l'air admis dans le moteur variant en permanence avec l'altitude et la vitesse de vol, il a été nécessaire d'interposer entre la commande pilote et le moteur un système de régulation.


title: Turboréacteur

text: On sait que la poussée est fonction du débit d'air qui entre dans le turboréacteur et de sa vitesse d'éjection en sortie. On peut dire, en première approximation, que le débit d'air est proportionnel à la vitesse de rotation et que la vitesse d'éjection est proportionnelle à la température devant la turbine.


title: Turboréacteur

text: la mesure des vibrations au niveau des paliers est essentielle en termes de surveillance pour la sécurité du vol


title: Turboréacteur

text: Un turboréacteur qui ne disposerait que d'un robinet de carburant à commande manuelle pour son pilotage serait inutilisable. Un tel dispositif, bien que permettant de faire varier la poussée, n'offrirait aucune protection vis à vis des limitations à respecter comme le pompage, l'extinction, la survitesse ou la surchauffe. Ce sera justement le rôle de la fonction de régulation de fournir ce moyen en s'interposant entre la machine, son environnement et le pilote.


title: Turboréacteur

text: L'objectif essentiel étant de maintenir automatiquement le turboréacteur dans des limites déterminées de vitesse de rotation et de température turbine.


title: Turboréacteur

text: Cette régulation agit sur le seul paramètre physique généralement disponible : le débit carburant injecté dans la chambre de combustion.


title: Turboréacteur

text: Ces équipements sont les constituants du circuit carburant, des commandes d'organes mobiles (tuyère, vannes de décharge, stators variables, etc.), du circuit électrique, des différents capteurs et du calculateur de régulation.


title: Turboréacteur

text: La régulation en fonctionnement stabilisé d'un turboréacteur maintient un régime de rotation et une température optimale devant turbine afin que la poussée correspondant à la position manette choisie soit fournie quelles que soient les perturbations extérieures. Elle maintient de manière automatique le point de fonctionnement correspondant par l'optimisation du couple (débit-carburant ; section de tuyère) en assurant aussi la gestion des limitations de fonctionnement de la machine.


title: Turboréacteur

text: La régulation directe de la température devant turbine étant très délicate, on choisit de réguler des paramètres moteurs représentatifs de cette température :


title: Turboréacteur

text: Pour agir sur ces paramètres et les contrôler on dispose de moyens appelés [paramètres réglants] en nombre variable suivant le type de turboréacteur :


title: Turboréacteur

text: Des lois de fonctionnement invariables et propres à chaque type de turboréacteur relient ces différents paramètres et permettent à la régulation de maintenir stable le point de fonctionnement moteur correspondant à la poussée choisie par le pilote.


title: Turboréacteur

text: Les lois de fonctionnement moteur sont les relations qui permettent de connaître les variations des paramètres réglés ou régulés (ceux que l'on veut contrôler) lorsque varient les paramètres réglants. Ces lois moteur sont des caractéristiques intrinsèques du moteur et sont variables avec les conditions de vol et la valeur des paramètres réglants. Elles ne doivent pas être confondues avec les lois de régulation.


title: Turboréacteur

text: Par exemple pour un réacteur à tuyère fixe, sans stators variables ou sans vannes de décharge, et pour une condition de vol donnée :


title: Turboréacteur

text: Par cet exemple simple l'on voit que la régulation d'un turboréacteur sera l'intégration de ses caractéristiques intrinsèques dans un système plus global tenant compte d'éléments extérieurs.


title: Turboréacteur

text: Pour fixer le point de fonctionnement du moteur, on doit agir sur les paramètres réglants à travers une fonction de régulation qui peut être :


title: Turboréacteur

text: Ce type de régulation est stable mais peu précise car les perturbations réelles sont souvent différentes, voire très différentes, des conditions programmées du moment. Le paramètre réglé n'aura pas toujours la valeur désirée et cela recale définitivement ce type de régulation pour garantir la stabilité du point de fonctionnement en fonction des conditions extérieures.


title: Turboréacteur

text: Par exemple, si à une altitude donnée une position manette fixe une valeur de débit carburant qui va elle-même fixer une valeur de régime et que l'altitude change sans que la régulation en soit informée, il va se produire un écart entre le régime réel et le régime qu'il faudrait avoir.


title: Turboréacteur

text: Par contre en régime transitoire, là où les limitations risquent d'être atteintes il est préférable d'utiliser un programme qui intégrera toutes les butées en tenant compte des écarts entre moteurs et du vieillissement des pièces à durée de vie limitée.


title: Turboréacteur

text: Par exemple pour un chasseur embarqué, le temps d'établissement de la poussée maximum est souvent aussi important que le niveau de poussée lui-même, car en cas d'appontage raté la remise des gaz doit se faire en toute sécurité sans que le moteur subisse une perte de puissance liée à un pompage ou une extinction riche.


title: Turboréacteur

text: Le principe d'une régulation bouclée est de détecter l'écart entre la valeur de sortie et la consigne d'entrée puis d'utiliser cet écart pour commander un ou plusieurs paramètres réglants. Ce type de régulation permet de s'affranchir des variations extérieures mais présente le défaut d'être instable. Cette instabilité est liée aux temps de réponse des transmissions et au gain de boucle c'est-à-dire au rapport qu'il y a entre la variation de sortie et la variation à l'entrée.


title: Turboréacteur

text: Les performances de la boucle seront celles de l'ensemble régulation + moteur, ce dernier ayant ses propres gains et temps de réponse. Les caractéristiques du turboréacteur variant dans des proportions très importantes en fonction des conditions de vol (Mach, Altitude) il faudra donc, pour conserver une bonne réponse de l'ensemble quelles que soient les conditions extérieures, que les caractéristiques du régulateur varient également. C'est ce qui complique les régulations des turboréacteurs par rapport aux régulations de processus industriels.


title: Turboréacteur

text: L'avantage de ce type de régulation est qu'elle permet de mieux protéger le moteur, en fixant de manière sûre les paramètres de fonctionnement qui seront atteints en fin de transitoire. En effet, le paramètre régulé est un paramètre de fonctionnement du moteur et l'estimation des autres paramètres à partir de celui-ci n'est pas affectée par la dispersion éventuelle existant entre la valeur du débit carburant et la valeur prise par ce paramètre régulé.


title: Turboréacteur

text: Les moteurs civils, à la différence des moteurs militaires, ne délivrent, en position extrême de la manette des gaz qu'une fraction de la poussée qui serait disponible avec un fonctionnement à la température maximum. Il s'agit donc de piloter un paramètre régulé dont la corrélation avec la poussée soit la moins dispersée possible.Ce sera pour les moteurs civils, le régime de rotation de la soufflante.


title: Turboréacteur

text: Il faudra néanmoins conserver la modulation du débit carburant par l'intermédiaire du régime de rotation du générateur de gaz qui a une constante de temps plus faible que le corps BP (compresseur Basse Pression)


title: Turboréacteur

text: La consigne de poussée sera donnée par la position de la manette en pourcentage de poussée maximum autorisée afin d'avoir toujours la même position manette au décollage.


title: Turboréacteur

text: La consigne de poussée, traduite en régime de rotation du corps BP (pour les avions civils ) ou du taux de détente dans la tuyère (pour les avions militaires) est comparée au régime mesuré et l'écart influera en plus ou en moins sur la consigne de vitesse du générateur de gaz.


title: Turboréacteur

text: Ce sera donc finalement l'écart entre cette dernière consigne et la vitesse vraie de rotation du générateur de gaz qui ajustera la vanne carburant.


title: Turboréacteur

text: Ce système de régulation permet de piloter directement la poussée du moteur tout en permettant des transitoires rapides et une protection optimum du générateur de gaz.


title: Turboréacteur

text: L'utilisation du turboréacteur consiste à le maintenir en fonctionnement stabilisé pour chaque condition de vol et le faire fonctionner en régime transitoire entre deux états stables. Cela montre la nécessité de prévoir deux modes principaux de régulation :


title: Turboréacteur

text: Le point de fonctionnement stabilisé d'un moteur se trouve sur une ligne particulière du champ compresseur, mais lorsque le pilote demande un régime compresseur différent à l'aide de sa manette des gaz la régulation doit :


title: Turboréacteur

text: Pendant les variations de régime, le point de fonctionnement du compresseur quitte la ligne de fonctionnement stabilisé du champ compresseur. Physiquement, une augmentation de carburant dans la chambre de combustion produit une sur-dilatation de l'air d'où une montée brutale du taux de compression du compresseur : le travail produit par la turbine augmentant plus vite que le travail absorbé par le compresseur, le moteur accélère. L'inverse se produit en cas de diminution de carburant, le moteur décélère.


title: Turboréacteur

text: La régulation du moteur fournit donc le carburant nécessaire en fonction du régime de rotation, de la pression et de la température en certains points du turboréacteur.


title: Turboréacteur

text: Pour passer d'un point de fonctionnement à un autre, on s'écarte de la courbe stabilisée initiale et l'on se heurte à des limitations :


title: Turboréacteur

text: Pour se protéger de ces phénomènes dangereux la régulation possède une limitation de débit carburant :


title: Turboréacteur

text: Tous les régulateurs sont constitués d'un système dédié au calcul des lois et d'un autre à leur exécution (débit carburant et géométrie variable). Si depuis les premiers turboréacteurs la partie exécution a peu varié (le système "Doseur-Soupape régulatrice" existait sur l'ATAR101 SNECMA en 1949), une évolution considérable a été réalisée sur la partie calcul.


title: Turboréacteur

text: Jusqu'en 1970 le calcul des lois est réalisé par des systèmes hydromécaniques mettant en action des leviers, cames, capsules anéroïdes, servomoteurs, réducteurs de pression, etc.


title: Turboréacteur

text: À partir des années 1970, l'électronique apparaît progressivement, c'est l'époque des systèmes de calcul mixtes à "faible autorité" où les lois de régulation sont en partie réalisées par des fonctions électroniques analogiques avec :


title: Turboréacteur

text: Vers le milieu des années 1980, la technologie numérique ayant évolué, apparaissent les premiers systèmes où l'électronique associée à l'informatique prend complètement en charge la fonction calcul qui traite alors non seulement des lois de régulation mais aussi des lois de protection moteur, de la maintenance intégrée et de la sûreté de fonctionnement de l'ensemble du moteur.


title: Turboréacteur

text: Les régulations qui ont d'abord été hydromécaniques ont évolué vers la mixité avec une part de plus en plus importante de l'électronique pour actuellement être des systèmes dits "Pleine Autorité" et "redondants" ce qui signifie une autonomie complète pour le fonctionnement du moteur et la détection de panne avec reconfiguration sans intervention du pilote.


title: Turboréacteur

text: La régulation du moteur ATAR9C SNECMA entièrement hydromécanique avec de l'huile pour fluide précède celle du moteur ATAR9K50 SNECMA qui est équipée d'un système à fuite variable commandé par un moteur électrique pilotant la régulation hydromécanique de tuyère. Sur les moteurs Rolls-Royce/Snecma Olympus-593 du Concorde fut installé le premier système de régulation analogique.


title: Turboréacteur

text: Le moteur SNECMA M53-5 fut équipé d'une régulation "Analogique Pleine Autorité" puis le moteur SNECMA M53-P2 fut équipé d'une régulation "Numérique Pleine Autorité".


title: Turboréacteur

text: Depuis le milieu des années 1980 la régulation Numérique Pleine Autorité Redondante a commencé à équiper les Pratt & Whitney PW2000 et CFMI/CFM56-A. Ce système s'est généralisé sur les avions commerciaux de toutes tailles. C'est également le cas de la totalité des avions militaires récents.


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text: La régulation de ce paramètre moteur a pour objectif d'éviter les régimes de sur-vitesse et de sous-vitesses tout en permettant un pilotage précis du niveau de poussée désiré.


title: Turboréacteur

text: Les premières régulations fonctionnaient sur le même principe que les régulateurs à boules des premières machines à vapeur. La déformation du parallélogramme, fonction du régime, était utilisée pour agir sur le débit carburant. Une action sur la commande des gaz permettant de fournir une nouvelle consigne de régime en modifiant le point d'équilibre du parallélogramme.


title: Turboréacteur

text: Dans un premier temps ces inconvénients ont été supprimés par une correction du gain de la chaine de retour en y intégrant des capsules barométriques et des amortisseurs mécaniques afin de conserver un gain fort en contre-réaction. Ce type de régulation équipait les moteurs Marboré de Turbomeca équipant les avions Fouga. Malgré ces correctifs, les variations rapides de position manette étaient prohibées au-dessus de , afin d'éviter les inconvénients décrits ci-dessus.


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text: Par contre, ce système permet une régulation sans manette des gaz. Ce procédé est employé sur le TURMO IIIC4 de Turbomeca équipant le SA330 Puma. La vitesse du rotor (NR) étant désirée constante, la vitesse de rotation de la turbine (mécaniquement liée au rotor) permet de détecter une variation du NR à la suite d'une variation de la commande de pas collectif. La vitesse de rotation de la turbine (NTL) est appliquée à un système de doseur à masselotte qui modifie le Qc (débit carburant) afin de conserver NTL constant et donc NR constant. Ce système induit une régulation "a posteriori". Si le pilote modifie l'équilibre Puissance moteur fournie / Puissance absorbée par le rotor, le régime rotor évolue, la régulation détecte cette variation et corrige le débit carburant afin de retrouver le NR souhaité. Cette régulation est assez molle et toujours par défaut : lorsque le NR baisse, le Qc est augmenté mais insuffisamment pour récupérer le NR d'origine. Inversement, si le Nr augmente, le Qc est diminué mais le nouveau Nr régulé sera supérieur à l'ancien. Ce système a fait ses preuves et est toujours en service car il jouit d'une grande simplicité et donc d'une grande fiabilité, indépendante de toute source électrique.


title: Turboréacteur

text: Dans un deuxième temps le paramètre piloté n'a plus été le débit carburant mais la richesse du mélange air-carburant afin d'éliminer l'influence de la pression donc de l'altitude. Cette régulation a nécessité un mécanisme plus complexe qui permettait d'intégrer des butées hautes et basses sur la variation de la richesse afin de supprimer les limitations sur la vitesse de la manette. Les moteurs ATAR SNECMA ont été les premiers équipés par ce système plus performant.


title: Turboréacteur

text: La connaissance approximative du paramètre richesse à partir du débit carburant et de la pression est améliorée par l'introduction du paramètre Température puis les conditions de vol (altitude, pression d'impact) sont utilisées dans la détermination des butées hautes et basses de la richesse. Toutes ces informations apparaissent sur les moteurs ATAR 9K50 SNECMA sous forme électriques.


title: Turboréacteur

text: Sur les moteurs double-corps un seul corps est régulé en régime, l'autre suit : par exemple sur les F404 en « SEC » c'est le corps HP qui est piloté alors qu'en « PC » c'est le corps BP


title: Turboréacteur

text: La postcombustion, parfois dénommée réchauffe, est un système utilisé sur les turboréacteurs équipant les avions militaires et certains avions civils supersoniques pour augmenter la vitesse d'éjection des gaz, ce qui conduit à une augmentation de poussée, permettant d'élargir le domaine de vol.


title: Turboréacteur

text: Le principe est d'injecter du kérosène — après la turbine, d'où le terme « post » — dans le flux des gaz avant la sortie par le col de tuyère du réacteur. La combustion de cet apport de carburant se fait à l'aide de l'oxygène résiduel encore présent après la combustion primaire.


title: Turboréacteur

text: Dans un turboréacteur, ce qui limite la température dans la chambre de combustion principale ce sont les matériaux constituant l'étage de turbine. La poussée fournie par le turboréacteur est proportionnelle à la vitesse d'éjection en sortie de tuyère qui est elle-même limitée par la température en sortie de la turbine. Pour augmenter la vitesse d'éjection entre la sortie de la turbine et la tuyère d'éjection, on injecte du carburant dans le flux de gaz qui contient encore de l'oxygène du fait de la dilution pour refroidissement dans le cas des moteurs simple flux ou du fait dans les moteurs double flux que le flux secondaire n'a pas participé à la combustion primaire.


title: Turboréacteur

text: Cet apport de puissance supplémentaire permet d'augmenter le domaine de vol et de permettre des missions d'interception. Certaines possibilités comme le décollage sur piste courte ou le dégagement en combat aérien sont possibles grâce à cet équipement. Ce système de réchauffe a équipé à ce jour seulement deux avions civils, le Concorde franco-britannique et le Tupolev Tu-144 russe. Il reste que, même en étant rendu nécessaire par la limite métallurgique de la turbine, il n'est utilisé que transitoirement, car c'est un gros consommateur de carburant et il reste essentiellement l'apanage des avions de combat rapides.


title: Turboréacteur

text: Pour éjecter un gaz à travers une tuyère, il suffit que sa pression génératrice amont soit supérieure à la statique extérieure aval. La vitesse d'éjection est une fonction croissante de la pression génératrice jusqu'à une valeur particulière du rapport pression amont sur pression aval. Au-delà la vitesse d'éjection reste constante.


title: Turboréacteur

text: Le débit massique et le débit de quantité de mouvement à travers la tuyère n'ont pas de limite et augmente comme la pression génératrice. La vitesse limite d'éjection dépend de la température du gaz : plus le gaz sera chaud, plus la vitesse d'éjection sera élevée.


title: Turboréacteur

text: Si la température augmente, pour une pression génératrice donnée le débit massique éjecté décroît mais la quantité de mouvement éjectée augmente et donc la poussée augmente.


title: Turboréacteur

text: De ce fait on peut augmenter la poussée d'un turboréacteur donné caractérisé par une pression génératrice maximale de son plein gaz « SEC » en réchauffant le gaz avant son éjection.


title: Turboréacteur

text: Ce réchauffage s'appelle post-combustion ou réchauffe et le point de fonctionnement moteur le plein gaz « PC ».


title: Turboréacteur

text: C'est un moyen techniquement simple, car sans pièces mécaniques mobiles supplémentaires, qui le rend léger et exempte des contraintes thermiques auxquelles sont soumises les autres parties du moteur. Il permet une augmentation de la poussée [+ 50 %] d'un turboréacteur sans modification de sa taille ni du fonctionnement de son compresseur. C'est un moyen nécessaire pour atteindre les Mach élevés lorsque la tuyère ne peut être adaptée en permanence aux caractéristiques du vol.


title: Turboréacteur

text: Pour les militaires, la « PC » présente une signature infrarouge importante et augmente nettement la consommation spécifique (CS en kg/(daN⋅h)) du moteur. Pour les civils, le bruit et la CS sont des inconvénients majeurs.


title: Turboréacteur

text: Enfin, l'apparente simplicité mécanique n'écarte pas l'obligation d'avoir une tuyère à section de col variable, afin d'éviter une augmentation de la pression de sortie du compresseur en amont de la réchauffe. Cette augmentation de pression, appelée blocage thermique, risquerait de faire décrocher le compresseur.


title: Turboréacteur

text: Pour un débit gazeux D éjecté à la vitesse Vs, d'une tuyère adaptée de section de col Sc et de section de sortie S les formules d'aérodynamique indiquent que le nombre de Mach en sortie de tuyère est strictement lié au rapport des sections de col et de sortie ainsi qu'au rapport (Cp/Cv) de la chaleur massique de l'air à pression constante sur la chaleur massique de l'air à volume constant.


title: Turboréacteur

text: La poussée est proportionnelle au Mach en sortie de tuyère et à la vTt (Température totale du gaz). Dans un turboréacteur le débit étant fixé par le compresseur, si on maintient constante la géométrie de tuyère on rend la poussée uniquement dépendante de la Température totale du gaz.


title: Turboréacteur

text: Exemple : si Tt = au PG sec et si Tt = au PGpc alors le rapport de poussée entre le PGsec et le PGpc est de v2 =


title: Turboréacteur

text: La conservation du débit entre l'entrée et la sortie associée à la dilatation des gaz par son réchauffement conduisent à augmenter la vitesse en sortie proportionnellement au rapport de dilatation si on prend un conduit cylindrique et un écoulement subsonique.


title: Turboréacteur

text: C'est un système (avions de transport, ravitailleurs) qui équipe certains avions de combat comme le Panavia Tornado ou le Saab 37 Viggen mais qui est monté principalement sur les avions civils commerciaux équipés de réacteurs. Cet équipement qui n'est pas obligatoire sur ce type d'avion n'est pas pris en compte dans la certification d'un appareil.


title: Turboréacteur

text: Sur les gros porteurs commerciaux ou militaires, c'est un système qui a pour objectif de dévier la poussée vers l'avant afin de réduire la distance d’arrêt lors des phases d’atterrissage tout en soulageant le système de freinage principal.


title: Turboréacteur

text: L'inversion de poussée est un dispositif qui consiste à introduire un obstacle dans l'écoulement afin d'en dévier une partie dans le sens du roulage et de ce fait créer une poussée négative qui tend à ralentir l'appareil dans la phase de roulage qui suit le posé du train afin de réduire les distances de freinage lors de l'atterrissage. Sur les moteurs double-flux, l'inversion peut se faire sur les deux flux, la contre-poussée obtenue étant la différence entre la poussée négative obtenue sur le flux secondaire et la poussée du flux primaire.


title: Turboréacteur

text: L'inverseur ne peut se déployer qu'une fois l'avion au sol et des systèmes de sécurité redondants empêchent toute ouverture ou déploiement de celui-ci en vol.


title: Turboréacteur

text: Spécificité des avions militaires les plus performants, notamment les intercepteurs, la tuyère des réacteurs est prolongée par un dispositif orientable permettant de dévier le jet et donc la direction de la poussée pour augmenter la manœuvrabilité de l'appareil. On parle généralement de poussée bidimensionnelle (respectivement tridimensionnelle) lorsque la poussée est dirigée dans un (respectivement deux) plan directionnels. Outre cet aspect, elle permet aussi de se déplacer dans des milieux où les ailerons et les gouvernes sont inutiles, c'est-à-dire à très haute altitude où l'air est raréfié.


title: Turboréacteur

text: Ce dispositif équipe notamment des prototypes russes Soukhoï (SU-37, MiG 1.44 et MiG-29 OVT) et des chasseurs américains (F-22, F/B-22 Concept et JSF). Le plus récent développement (2005) est le Rockwell-MBB X-31. La poussée peut aussi être déviée vers le sol afin de permettre les décollages et atterrissages verticaux, comme sur le Harrier, le F-35 et le Yak-141.


title: Turboréacteur

text: Sous la dénomination de nacelle on identifie l'ensemble des capotages qui enveloppent le moteur et sa suspension à l'aile ou au fuselage de l'avion.


title: Turboréacteur

text: Les turboréacteurs nécessitent généralement l'aide d'un moteur auxiliaire pour être démarrés, le GAP (groupe auxiliaire de puissance) ou APU ("Auxiliary Power Unit"). Il s'agit d'un petit turbomoteur, souvent dérivé d'une turbomachine d'hélicoptère et situé dans le fuselage de l'aéronef, souvent dans la partie arrière, qui fournit l'air comprimé pour alimenter les démarreurs pneumatiques des turboréacteurs, ainsi que l'énergie électrique avant les démarrages. Le GAP peut parfois servir à la génération hydraulique, en secours.


title: Turboréacteur

text: Le GAP est démarré par la ou les batteries électriques de l'avion, ou par un groupe de puissance extérieur. Le GAP peut aussi être utilisé en générateur électrique de secours, lorsque toutes les génératrices et alternateurs des turboréacteurs ou turbopropulseurs sont inopérants. Des essais récents ont été menés avec succès avec des piles à hydrogène en tant que GAP. Ces dispositifs sont plus légers et ne nécessitent pas d'entrée d'air, mais ils sont plus onéreux.


title: Turboréacteur

text: L'ensemble des activités liées au développement d'un turboréacteur et à sa certification ont pour objectif de démontrer qu'à son entrée en service il remplira les conditions de qualité et de sécurité imposées par le client, en l'occurrence l'avionneur. L'aspect qualité sera traité par les essais de développement tandis que les critères liés à la sécurité seront évalués lors des essais de certification.


title: Turboréacteur

text: Les essais de développement qui ont pour objectifs d'optimiser les performances et d'acquérir des données d'ingénierie portent principalement sur :


title: Turboréacteur

text: Le développement et la fabrication des turboréacteurs utilisés pour motoriser des aéronefs doivent répondre aux exigences d'organismes tels que la DGAC (JAR-E) pour la France ou la FAA (FAR33) pour les États-Unis. Certains constructeurs comme Safran Aircraft Engines pour la France et GE pour les États-Unis coopèrent sur des moteurs communs ce qui les obligent à satisfaire à la norme la plus contraignante en cas de désaccord.


title: Turboréacteur

text: Le motoriste signe avec l'avionneur un contrat sous forme de spécifications définissant et garantissant toutes les données techniques du moteur qui sera installé sur l'avion. Ce contrat comporte deux clauses fondamentales :


title: Turboréacteur

text: La démonstration de la capacité du moteur à satisfaire les exigences de poussée et de consommation spécifiques s'effectue à travers le programme de certification avion dont les étapes principales pour le moteur sont les suivantes :


title: Turboréacteur

text: L'établissement des différents réglages du moteur pour les régimes d'utilisation (ralenti sol et vol, décollage, montée, croisière) et la demande de poussée de l'avionneur s'effectue dans tout le domaine de vol et pour chacune des versions du moteur.


title: Turboréacteur

text: L'évaluation de la poussée que devra fournir le moteur est le résultat d'un processus qui démarre chez l'avionneur par des études de marché qui ont pour objectif de définir les besoins des compagnies aériennes en termes de taille, poids, distance franchissable, et qui conduisent à la définition de la classe de poussée de l'ensemble propulsif.


title: Turboréacteur

text: Le motoriste propose à l'avionneur un modèle mathématique du moteur qui intègre son expérience industrielle, les exigences du client et ce que propose la concurrence. À partir de ce modèle et après de nombreuses révisions le motoriste et l'avionneur se mettent d'accord sur une spécification contractuelle qui intègre les garanties de poussée et de consommation spécifique.


title: Turboréacteur

text: Chaque moteur de démonstration ("compliance engine") est testé équipé de la même nacelle dans un banc d'essai ouvert (à l'air libre) suivant la même procédure que celle qui sera déroulée pour les futurs moteurs de série :


title: Turboréacteur

text: Les moteurs de démonstration sont testés avec la nacelle suivant la même procédure qu'avec la nacelle ATC. Les résultats d'essais seront utilisés pour :


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text: La poussée en vol est calculée car on ne sait pas la mesurer et cela nécessite des moteurs fortement instrumentés. Le principe est de calculer la variation de quantité de mouvement au travers du moteur en s'appuyant sur l'équation d'Euler.


title: Turboréacteur

text: Après avoir déterminé les coefficients de tuyère au moyen d'essais maquette et déterminé les corrélations de pression amont et aval du moteur à partir des essais au sol avec nacelle les essais en vol se poursuivent en palier stabilisé (Trainée = Poussée) pour différents régimes.


title: Turboréacteur

text: Cette étape permet d'établir les régimes de pilotage en rapport de la garantie de poussée qui a été vendue à l'avionneur. Pour cela les moteurs de démonstration étant considérés comme des moteurs de série moyen (en performances) les caractéristiques poussée / régimes issues des essais en vol permettent d'y parvenir.


title: Turboréacteur

text: La représente la consommation de carburant par unité de poussée et est utilisée pour évaluer l'efficacité du moteur. C'est un critère de conception très important et un moteur est conçu en ayant pour objectif d'optimiser ce paramètre aux conditions de vol les plus courantes, la croisière généralement c'est-à-dire pour une altitude de et Mach .


title: Turboréacteur

text: Le critère de permet de corréler la consommation de carburant du moteur avec la vitesse air de l'avion afin de permettre une correspondance entre la poussée du moteur et la vitesse de l'avion.


title: Turboréacteur

text: soit à masse et vitesse avion constantes une augmentation de a pour conséquence une réduction du même ordre du


title: Turboréacteur

text: Pour les moteurs à taux de dilution élevé, les caractéristiques du cycle thermodynamique qui affectent la sont :


title: Turboréacteur

text: Évidemment le rendement de chaque composant (compresseurs, chambre de combustion, turbines, etc.) affecte également la .


title: Turboréacteur

text: L'estimation initiale des niveaux de d'un nouveau moteur est basée sur un modèle théorique intégrant l'expérience du motoriste sur les modèles déjà en ligne. Le niveau de garantie signé avec l'avionneur est l'aboutissement de nombreuses itérations qui intègrent les offres de la concurrence. Le niveau de garantie vendu par le motoriste est alors utilisé par l'avionneur pour établir les performances de l'avion proposé aux compagnies aériennes.


title: Turboréacteur

text: Comme pour la poussée, la démonstration des garanties de est réalisée pendant le programme de certification de l'avion motorisé avec les moteurs de démonstration. Les résultats des essais en vol (calcul de la poussée et mesure du débit carburant) sont utilisés pour calculer la et ensuite la comparée aux niveaux de garantie initialement vendus.


title: Turboréacteur

text: Le motoriste et l'avionneur se mettent d'accord sur le niveau de performance du moteur qui conditionnera :


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text: Le paramètre ÉQUIVALENT SPEC sert à calculer les pénalités financières que le motoriste sera amené à donner à l'avionneur en cas de déficit des garanties sur la . Deux possibilités :


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text: Le nouveau niveau de est déterminé à partir de la moyenne des moteurs de démonstration à laquelle on retranche le déficit mesuré en vol. Ensuite on calcule le paramètre ÉQUIVALENT SPEC qui est la transposition au sol de la situation des moteurs vis-à-vis de la garantie initiale en vol.


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text: La production des moteurs de série est sanctionnée par un essai de réception défini dans des documents ayant fait l'objet d'accord avec les autorités (FAA, DGAC, etc.) et les avionneurs. Ces documents traitent des aspects sécurité et sûreté de fonctionnement pour une part et d'autre part décrivent dans les moindres détails l'essai de réception ainsi que les limites de réception.


title: Turboréacteur

text: Cet essai qui permet de valider en une seule fois la totalité des versions du moteur qui, lui, n'est livré qu'à sa version de vente, comprend deux phases principales :


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text: Pour sanctionner les performances d'un moteur, il est indispensable de les ramener à des conditions connues de fonctionnement. La méthode utilisée est de :


title: Turboréacteur

text: Les fluctuations sur les performances du moteur au banc d'essai ont plusieurs origines et se répartissent en gros de la manière suivante sur 100 % de variation :


title: Turboréacteur

text: Cette correction permet de ramener la valeur des paramètres de poussée et de débit carburant du moteur en essai à des conditions de pression ambiante standard afin de les comparer aux limites contractuelles vendues à l'avionneur.


title: Turboréacteur

text: Cette correction affecte les paramètres de régime de rotation, de température et de débit carburant par des coefficients calculés à partir d'un modèle théorique du moteur et de sa régulation dont on fait varier les conditions de température ambiante dans toute la gamme des températures susceptibles d'être rencontrées en essai de réception.


title: Turboréacteur

text: La qualité de ces coefficients et donc des corrections apportées dépend étroitement de la représentativité du modèle (moteur + régulation) ayant servi à leur détermination. La modélisation du dévrillage du en fonction du régime du corps et des systèmes variables pilotés par la régulation sont déterminants dans l'obtention d'un modèle théorique (moteur + régulation) de haute qualité.


title: Turboréacteur

text: La présence de vapeur d'eau dans l'air modifie les performances du moteur du fait de la différence de chaleur spécifique entre un air sec et un air chargé en vapeur d'eau ce qui nécessite de corriger les performances du jour de l'essai afin de les ramener en air sec.


title: Turboréacteur

text: Les corrections à appliquer sur les paramètres de poussée, de régimes, de débit carburant et d' sont déterminées à partir d'un modèle moteur dont on fait varier la richesse en vapeur d'eau, de 0 % jusqu'à la saturation, en gardant constante la température d'entrée et la puissance moteur. Par balayages successifs des différents points de régimes du moteur et de température d'entrée que l'on peut rencontrer en essai réel on détermine les différents facteurs de correction qui seront apportés aux paramètres moteurs en fonction du taux d'humidité qui sera mesuré pendant l'essai réel.


title: Turboréacteur

text: En fonction de la température ambiante et du degré d'humidité le jour de l'essai du moteur, la manche d'entrée peut être le siège d'une condensation lorsque localement la pression partielle de la vapeur d'eau devient inférieure à la pression de vapeur saturante : le phénomène est exothermique, l'eau cède de la chaleur et donc l'air ambiant voit sa température augmenter. À l'entrée dans le il y a compression donc élévation de température et évaporation ce qui prélève de l'énergie au moteur. Ce prélèvement d'énergie doit être compensé par des correctifs qui ne portent que sur le régime du corps .


title: Turboréacteur

text: Les essais de moteur qui se font à proximité de zones habitées génèrent une pollution acoustique du même ordre que les zones d'approche d'aéroport. La législation imposant de limiter fortement les nuisances sonores oblige les fabricants de moteur à réaction à réaliser leurs essais en banc fermé. Le bruit est alors limité par leur configuration aérodynamique qui canalise les flux d'entrée d'air et d'éjection à travers des tunnels équipés de traitements acoustiques des parois et présentant des configurations d'entrée et de sortie verticales. Malheureusement la poussée du moteur n'est plus exactement la même que dans un banc d'essai à l'air libre pour un débit carburant identique car le débit d'air supplémentaire à entrainer, lié à l'effet venturi du collecteur de gaz de la cheminée d'échappement, demande de l'énergie au moteur et le résultat final doit être corrigé par calcul pour obtenir la poussée réelle du moteur. Les correctifs apportés sont de l'ordre de 3 % à 10 % suivant les installations.


title: Turboréacteur

text: Les débits d'air à l'entrée des moteurs peuvent varier de pour les moteurs militaires à pour les moteurs subsoniques de forte poussée ce qui engendre des débits induits très variables en fonction des essais.


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text: Un facteur correctif est alors déterminé pour chaque banc d'essai fermé en évaluant les écarts de performances donnés avec un banc d'essai à l'air libre en utilisant les moteurs de référence ayant servi dans tous les essais de certification. Ce facteur correctif est alors appliqué pour chaque moteur de série passé au banc d'essai fermé. La phase d'essais permettant de déterminer ce facteur correctif s'appelle la « corrélation de banc d'essai ». Cette phase de corrélation n'est obligatoire que dans le cas où l'aérodynamique interne du banc d'essai viendrait à être modifiée de manière significative.


title: Turboréacteur

text: Les installations de mesure et de contrôle d'essai induisent des écarts dans la réponse du moteur et doivent être corrigés dans les résultats finaux pour obtenir les performances réelles du moteur. Les facteurs correctifs à appliquer sur les résultats d'essais sont déterminés par calcul à partir d'un modèle moteur dont on simule le fonctionnement avec et sans instrumentation.


title: Turboréacteur

text: Les nacelles utilisées pour les essais de production doivent être comparées à celles utilisées pour les essais au sol des moteurs de démonstration ayant servi aux essais de certification. Les écarts constatés à la suite d'essais menés comparativement se traduisent par des facteurs correctifs que l'on applique aux résultats d'essais de chaque moteur de série.


title: Turboréacteur

text: Pour déterminer une dérive lente des installations d'essai, on détermine un coefficient de suivi faisant intervenir les températures d'entrée et de sortie du banc ainsi que le carburant consommé lors de l'essai. On établit alors la quantité de travail fournie et, si elle est stable, cela veut dire que le banc d'essai n'évolue pas.


title: Turboréacteur

text: Une fois toutes les corrections d'installation réalisées, il faut ajuster les paramètres moteur contractuels pour chaque point d'essai par rapport au régime BP contractuel vendu à l'avionneur. On utilise alors les tables d'interpolation établies lors des essais au sol des moteurs de démonstration pendant la phase de certification.


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text: Les paramètres concernés sont la poussée, le débit carburant, la température EGT et le régime HP pour les double-corps.


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text: Le principe est le même que pour se ramener à régime de référence, mais seul le débit carburant est concerné (utile au calcul de la SFC)


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text: Les opérations devant être réalisées pour passer un moteur au banc d'essai sont les suivantes dans l'ordre chronologique :


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text: En cas d'anomalie le moteur n'est pas livré au client et part sur une chaîne hôpital afin d'être expertisé ; le retour en essai de production se fera après traitement complet du problème.


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text: Une fois le moteur vendu et réceptionné par l'exploitant, sa vie opérationnelle commence et sera ponctuée d'opérations de maintenance préventive et curative légères sous l'aile ainsi que d'opérations de maintenance lourde en atelier afin de permettre une durée d'utilisation de plusieurs dizaines d'années.


title: Turboréacteur

text: La sûreté exprime l'aptitude d'un matériel à assurer son fonctionnement nominal. La sécurité est l'aptitude d'un matériel à ne pas occasionner de dommages aux personnes.


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text: La disponibilité (D) exprime le fait qu'un matériel est en mesure, à un moment donné, d'assurer toutes les fonctions pour lesquelles il a été conçu.


title: Turboréacteur

text: On distingue la disponibilité apparente et la disponibilité réelle. Comme le contrôle total de la disponibilité est généralement impossible, seule la disponibilité apparente est accessible.


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text: L'évaluation de la disponibilité peut se faire en considérant la moyenne des temps de bon fonctionnement (MTBF : Mean Time Between Failure) et la moyenne des temps nécessaires aux réparations (MTTR : Mean Time To Repair).


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text: On peut donc obtenir la disponibilité par la fiabilité et par les moyens mis en œuvre pour réparer le matériel.


title: Turboréacteur

text: La fiabilité est l'aptitude d'un matériel à accomplir une fonction déterminée dans des conditions données, pour une période déterminée. C'est donc la probabilité de fonctionnement sans panne. Pour la définir, on distingue le taux d'avarie L (Lambda) et le MTBF (Mean Time Between Failure).


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text: Le taux d'avarie L est le pourcentage d'échantillons de la population N tombant en panne pendant le temps unité x.


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text: On exprime souvent la fiabilité en nombre de pannes par heure, par exemple 1.10-6 ce qui signifie que la panne intervient au bout de 1 million d'heures de fonctionnement.


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text: Le taux d'avarie du matériel évolue dans le temps que ce soit pour des organes mécaniques ou électroniques, suivant trois périodes distinctes :


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text: La maintenabilité est l'aptitude d'un matériel à être maintenu en état de fonctionnement. Les constituants de la maintenabilité (exploitation, fiabilité, démontabilité, testabilité...) sont en général déterminés lors de la phase de conception du matériel.


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text: On peut définir la maintenance comme l'ensemble des moyens et actions nécessaires pour "maintenir" le matériel en service.


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text: Le potentiel entre révisions (en anglais : TBO = Time Between Overhaul) est la durée d'utilisation autorisée avant qu'une révision générale ne s'impose sur un moteur, un module ou un accessoire majeur.


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text: Le potentiel d'un moteur ou d'un module est déterminé en fonction d'essais justificatifs et de l'expérience acquise. Il est généralement exprimé en heures de fonctionnement, mais aussi en année pour les potentiels calendaires existant pour ces mêmes éléments.


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text: Le potentiel peut être l'objet d'un programme d'extension fondé sur l'expertise des moteurs arrivant en fin de potentiel.


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text: C'est la durée maxi disponible après la remise en service sur aéronef consécutive à une révision générale ou réparation majeure.


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text: Pour certains éléments (ex : Roulements ou pignons), il existe une limite d'utilisation exprimée en heures ou cycle indépendante du potentiel moteur.


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text: Sur certains moteurs équipés de calculateur de régulation et de surveillance, une fonction de comptage de potentiel est disponible.


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text: Cette fonction prend en considération les régimes et température turbine du moteur durant son fonctionnement sous l'aile afin de calculer les taux de fatigue sur les ensembles tournants.


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text: Cette durée de vie est déterminée par des calculs et des essais justificatifs. Elle est exprimée en nombre d'heures de fonctionnement et en cycles (1 cycle = 1 démarrage, 1 mise en puissance, 1 arrêt).


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text: Toutes les modifications apportées au matériel sont classées selon les modalités d'application et le degré d'urgence. Ces modifications peuvent être facultatives, recommandées ou impératives.


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text: Toute modification fait l'objet de bulletins de service émis par le constructeur et approuvés par les Services Officiels de l'aéronautique.


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text: En exploitation des procédures de conduite et une gestion de la poussée du moteur sont mises en œuvre par les compagnies aériennes sur recommandations des constructeurs afin de permettre une dégradation minimum des performances pour que les opérations de maintenance à mettre en œuvre soient minimisées sur une période d'exploitation donnée.


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text: Un suivi en temps réel des performances du moteur est assuré par le traitement des données émises par l'aéronef durant chacun de ses vols.


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text: Un certain nombre de limitations, qui pour certaines sont spécifiques à chaque type de moteur, imposent le suivi opérationnel et le changement de certaines pièces à durée de vie limitée.


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text: Les procédures de conduite du moteur sont définies par une documentation officielle (manuel d'utilisation, manuel de vol...). On distingue les procédures de conduite dites normales et celles de secours.


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text: Elles définissent les actions de conduite pour les différentes phases de fonctionnement : démarrage, mise en puissance, conduite en vol, arrêt moteur, rallumage, ventilation... Dans les phases du cycle ou la puissance demandée à la motorisation est la plus importante il a été mis l'accent sur une gestion au besoin pour des raisons économiques. La procédure de "Réduction de la poussée à Take-Off" a été mise au point et est utilisée systématiquement dès que possible.


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text: Elles définissent les actions de conduite dans des conditions exceptionnelles : arrêt moteur en vol, pannes de systèmes, incendie... permettant de conserver une sécurité maximum pour les passagers en mode de fonctionnement dégradé.


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text: Tous les avions de transport commerciaux sont construits avec une motorisation présentant une marge de poussée excédentaire permettant de satisfaire aux obligations de certification. L'avionneur et le motoriste réalisent un ensemble avion plus motorisation pour les plus sévères conditions (charge maxi, jour chaud, haute altitude, etc.) pouvant être rencontrées dans les missions qui lui seront attribuées.


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text: De ce fait, dans la plupart des conditions d'utilisation de l'avion, il existe une importante réserve de poussée qu'il n'est pas utile d'utiliser. La réserve de poussée non utilisée durant le décollage est appelée DERATE et est exprimée le plus souvent en % de la poussée maximum que le moteur peut fournir.


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text: Cette réserve peut atteindre plus de 25 % de la poussée max en fonction de l'ensemble avion/moteur et des conditions de décollage (Take Off) du jour.


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text: Le décollage d'un avion commercial respecte une procédure codifiée où les caractéristiques telles que :


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text: La poussée maximum autorisée limitera la masse maximum au décollage en conditions extrême de température et dans des conditions plus favorables la poussée maximum ne sera pas utilisée, afin de préserver la durée de vie des moteurs, la longueur de piste étant dans ce cas plus largement exploitée.


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text: Il est donc nécessaire de pouvoir régler facilement la poussée des moteurs à partir de paramètres facilement mesurables. Pour les moteurs à fort taux de dilution il a été développé une méthode basée sur l'affichage du régime de rotation de la soufflante.


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text: La poussée du moteur, à vitesse "réduite" de soufflante et à Mach de vol donné, est proportionnelle à la pression atmosphérique. Le dispositif de réglage de la poussée, pour une poussée de consigne désirée, réglera le régime de rotation de la soufflante en fonction de la pression atmosphérique, de la température extérieure et du Mach de vol.


title: Turboréacteur

text: Lorsque la température extérieure augmente (Jours chauds), le maintien de la poussée de consigne ne sera plus possible car la température entrée turbine maximum autorisée sera atteinte. Le dispositif assurera par là la limitation de cette température.


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text: Par exemple, un moteur réglé à ISA + 15°C au décollage signifie que ce moteur est autorisé à délivré la poussée maximum au niveau de la mer jusqu'à la température de (+15°C + 15°C) soit 30°C de température extérieure.


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text: En phase de montée, ce sera le dispositif de réglage de la poussée qui assurera la conduite du moteur à la poussée dite de "maximum montée".


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text: Au cours de cette montée, la vitesse de l'aéronef sur trajectoire sera maintenue constante par le pilote automatique agissant sur le gouvernail de profondeur.


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text: En phase de croisière, ce sera le PA (pilote automatique) qui assurera a conduite complète de l'avion en maintenant l'altitude par action sur les gouvernes et en maintenant la vitesse par action sur le moteur