Propulsion des aéronefs - Définition

Force de poussée

• Force de poussée fournie par un système statique

Dans le cas d'un planeur, la gravité est le moteur. L'aile, qui transforme une grande partie de la vitesse verticale de chute en vitesse horizontale, est le propulseur.

• Force de poussée fournie par un système mécanique embarqué

Pour déplacer un aéronef de masse M à la vitesse V, on peut aussi créer une force F (traction ou poussée)

qui augmente la vitesse d'une masse d'air d'une valeur dV, dV étant la différence entre la vitesse de l'air à l'entrée et à la sortie.

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Propulseurs

Il existe deux sortes de dispositifs permettant d'accélérer une masse d'air :

• en accélérant faiblement une veine d'air de grande section : l'hélice
• en accélérant fortement une veine d'air de faible section : le statoréacteur.

Les hélices carénées, les turbopropulseurs et les turboréacteurs sont des dispositifs intermédiaires entre l'hélice « pure » et le statoréacteur « pur ».

La post-combustion peut être considérée comme l'association d'un turboréacteur et d'un statoréacteur.

Le moteur fusée peut être considéré comme un statoréacteur qui réalise en interne son mélange comburant + carburant.

Taux de dilution

Dans les turboréacteurs à double flux, on appelle taux de dilution le rapport entre la masse d'air du flux froid et celle du flux chaud. Les moteurs sont listés ci-dessous en fonction du taux de dilution en considérant, par analogie, que le flux traversant l'hélice est un flux froid. Cet ordre ne correspond pas à celui du développement historique.

Le turbopropulseur

Schéma d'un turbopropulseur

Le turbopropulseur est un réacteur dont la turbine entraîne une hélice. Le turbopropulseur est généralement double-corps, c’est-à-dire qu'il dispose de deux turbines en sortie qui font tourner deux arbres concentriques. La première turbine est reliée au compresseur, la seconde à l'hélice. Le turbopropulseur a été difficile à mettre au point car il associe les difficultés du réacteur et de l'hélice. Son rendement est supérieur à celui du turboréacteur, mais son utilisation est limitée par la baisse de rendement de l'hélice au delà de Mach 0.7 et au delà de 8000 mètres d'altitude. C'est le mode de propulsion optimal pour les avions de transport commerciaux sur des distances courtes (une heure de vol, 400 km), quand la durée de vol à haute altitude est trop courte pour qu'un avion à réaction fasse la différence.

Le premier turbopropulseur en service commercial a été le Protheus de Bristol, développé en 1945, et qui équipait le Bristol Britannia. Les États-Unis n'ont disposé d'un turbopropulseur fiable qu'à partir de 1956, le T56 d'Allison qui équipe encore les avions cargo militaires Lockheed C-130 Hercules.

• 1 : ailettes fixes (aubes) d'entrée d'air
• 2 : rotor du compresseur
• 3 : stator du compresseur
• 4 : chambre de combustion
• 5 : turbine HP, entraîne le rotor du compresseur
• 6 : turbine BP, entraîne l'hélice
• 7 : tuyère d'éjection
• 8 : hélice
• 9 : réducteur de vitesse (engrenage planétaire)

Nota (étymologie) :

Le terme français turbopropulseur est en fait dérivé du mot anglais turboprop composé de turbo et de propeller (hélice) et qui signifie littéralement hélice [entraînée par une] turbine.

L'expression « un turbopropulseur » utilisée pour désigner un avion équipé de tels moteurs est une métonymie (comme dans l'exemple : transistor = récepteur radio).

Domaine d'utilisation

Le rendement de propulsion peut dépasser 80% à Mach 0,4. Le rendement de l'hélice décroissant rapidement avec l'altitude, le domaine d'exploitation des turbopropulseurs couvre les avions peu rapides tels que les avions de transport régionaux, les missions militaires telles que la patrouille maritime et les avions cargos militaires devant utiliser des pistes courtes.