Propulsion des aéronefs - Définition
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Le turbomoteur
Sur un turbomoteur, la quasi-totalité de l'énergie produite par la combustion est récupérée par les turbines. En effet, une poussée résiduelle en sortie de tuyère serait préjudiciable au maintien du vol stationnaire. L'évacuation des gaz est donc effectuée au travers de deux tuyères de directions opposées, afin d'annuler leurs effets.
L'énergie récupérée par les turbines sert à entraîner le compresseur et, par l'intermédiaire d'un réducteur, le rotor. Ce dernier est équivalent à une hélice dont le plan de rotation serait horizontal.
Le turboréacteur pur - simple corps ou double corps
Les premiers turboréacteurs construits après la Seconde Guerre mondiale ont été des turboréacteurs « purs » à simple corps : une seule turbine entraîne le compresseur et la totalité du flux d'air traverse le corps du réacteur. Pour des raisons d'efficacité de la compression, il est nécessaire de séparer le compresseur en deux parties : basse pression et haute pression tournant à des vitesses différentes. On dispose donc deux axes concentriques : la première turbine actionne le compresseur HP et la seconde le compresseur BP.
Le turboréacteur à double flux (voir ci-dessus) n'est pas toujours à double corps. Les anciennes générations possédaient un seul arbre pour entraîner la turbine BP et HP. Aujourd'hui, les réacteurs à double flux possèdent généralement deux, voire trois corps, afin de permettre des vitesses de rotation différentes pour les aubes du flux secondaires, le compresseur BP et le compresseur HP.
Domaine d'utilisation
Le turboréacteur a été utilisé sur tous les types d'avions développés à partir de la fin de la Seconde Guerre mondiale. Son faible rendement en subsonique l'a fait abandonner au profit du réacteur à double flux pour les avions commerciaux. Le rendement de propulsion maximum de 75 % est obtenu à des vitesses supérieures à Mach 1,5. Il continue donc à équiper les avions militaires (intercepteurs en particulier) qui ont besoin de bonnes performances de vitesse à toutes les altitudes.
Le turboréacteur à double flux
Ce type de moteur (appelé aussi couramment turbofan) associe un turboréacteur « pur » à travers lequel circule le flux primaire, flux chaud, et une roue à aubes qui entraîne le flux concentrique secondaire, flux froid. Le rapport entre flux chaud et flux froid est appelé taux de dilution. Les premiers turboréacteurs à double flux avaient un taux de dilution de 1,5:1 ; on dépasse maintenant 15:1. Dans un turbofan à haut taux de dilution, à pleine puissance - c'est-à-dire au décollage, la soufflante produit environ 80 % de la poussée.
Domaine d'utilisation
Le rendement de propulsion maximum de 70 % est obtenu vers Mach 0,8. Il est proportionnel au taux de dilution. Lorsque un avion vole à Mach 0,8, l'air ne circule pas à la même vitesse sur l'ensemble de la structure et des phénomènes transsoniques peuvent se produire. Les vitesses de l'ordre de Mach 0,8 - 0,9 sont donc devenues la norme pour la quasi-totalité des avions de transport civil, ce qui explique le grand développement de ce type de propulseur.
Cas particuliers
La post-combustion
La post-combustion consiste à ajouter un statoréacteur à la sortie d'un réacteur. Elle permet d'obtenir une poussée supplémentaire au décollage ou pour atteindre les régimes supersoniques. La consommation spécifique du statoréacteur est très élevée et son usage est réservé aux avions militaires, exception faite du Concorde et du Tupolev Tu-144.
Le pulso-réacteur
Le pulso-réacteur est un réacteur sans éléments tournants, dont la géométrie permet de produire une poussée modeste mais réelle. L'entrée d'air de certains modèles de pulso-réacteurs comporte des volets d'obturation pour diriger les gaz brûlés vers la sortie. C'est le cas des missiles V1 utilisés pendant la Seconde Guerre mondiale (les V2 utilisent un autre type de propulseur : moteur fusée à carburant liquide). D'autres pulso-réacteurs sont formés d'un simple tube respectant des proportions géométriques permettant une résonance qui entretient un cycle injection + échappement / explosion. Le moteur doit être amorcé par une injection d'air comprimé donnant la vélocité initiale au flux. Depuis, des aéromodélistes l'ont utilisé avec succès en vol, sur des modèles il est vrai atrocement bruyants. Il n'y a pas d'avion utilisant ce type de réacteur actuellement, bien que l'on parle parfois d'un projet de moteur à très haute vitesse pour avion espion développé aux États-Unis et en Australie.
Le moteur fusée
Le moteur fusée emporte son comburant et son carburant sous forme de poudre ou de liquides. Comme il n'utilise pas l'oxygène de l'air comme comburant (anaérobie), il peut aussi fonctionner en dehors de l'atmosphère. La durée de fonctionnement étant très réduite, il n'est utilisé en aéronautique que pour la propulsion de missiles. De nombreux avions militaires ont aussi été équipés dans le passé de moteurs fusée d'appoint pour le décollage ou pour l'interception en vol (avion Mirage). Ceci devait leur conférer une puissance initiale plus élevée visant à économiser le carburant nécessaire à leur mission. Les avions modernes sont maintenant presque tous équipés de systèmes de ravitaillement en vol, ce qui permet de prolonger les durées des missions et d'augmenter les distances franchissables / rayons d'action et rendent les moteurs fusée d'appoint obsolètes.
