Un moteur à réaction est un type de moteur à réaction déchargeant un jet rapide qui génère une poussée par propulsion à réaction. Bien que cette définition large puisse inclure une fusée, un jet d'eau et une propulsion hybride, le terme moteur à réaction fait généralement référence à un moteur à réaction à combustion interne tel qu'un turboréacteur, un turboréacteur, un statoréacteur ou un jet à impulsions. En général, les moteurs à réaction sont des moteurs à combustion interne.
Les moteurs à réaction aérobies comportent généralement un compresseur d'air rotatif alimenté par une turbine, la puissance restante fournissant une poussée à travers la tuyère de propulsion. Ce processus est connu sous le nom de cycle thermodynamique de Brayton.
Les avions à réaction utilisent de tels moteurs pour les voyages longue distance. Les premiers avions à réaction utilisaient des turboréacteurs relativement inefficaces pour le vol subsonique. La plupart des avions à réaction subsoniques modernes utilisent des turbosoufflantes à double flux plus complexes.
Ils offrent une vitesse plus élevée et un meilleur rendement énergétique que les moteurs d'avion à pistons et à hélices sur de longues distances. Quelques moteurs aérobies conçus pour les applications à grande vitesse (statoréacteurs et scramjets) utilisent l'effet dynamique de la vitesse du véhicule au lieu d'un compresseur mécanique.
Les moteurs à réaction font avancer l'avion avec une grande force qui est produite par une poussée énorme et fait voler l'avion très vite.
Tous les moteurs à réaction, également appelés turbines à gaz, fonctionnent sur le même principe. Le moteur aspire l'air à l'avant avec un ventilateur. Un compresseur augmente la pression de l'air. Le compresseur est composé de plusieurs pales fixées à un arbre.
Les pales tournent à grande vitesse et compriment ou pressent l'air. L'air comprimé est ensuite aspergé de carburant et une étincelle électrique allume le mélange. Les gaz brûlants se dilatent et sortent par la tuyère, à l'arrière du moteur.
Lorsque les jets de gaz tirent vers l'arrière, le moteur et l'avion sont poussés vers l'avant. Lorsque l'air chaud va vers la buse, il passe à travers un autre groupe de pales appelé la turbine. La turbine est fixée au même arbre que le compresseur. Faire tourner la turbine fait tourner le compresseur.
L'image ci-dessous montre comment l'air circule dans le moteur. L'air passe à travers le noyau du moteur ainsi qu'autour du noyau. Cela rend une partie de l'air très chaud et une partie plus froide. L'air plus frais se mélange ensuite à l'air chaud à la sortie du moteur.
La poussée est la force vers l'avant qui pousse le moteur et, par conséquent, l'avion vers l'avant. Sir Isaac Newton a découvert que pour "chaque action, il y a une réaction égale et opposée". Un moteur utilise ce principe.
Le moteur aspire un grand volume d'air. L'air est chauffé et comprimé et ralenti. L'air est forcé à travers de nombreuses pales en rotation. En mélangeant cet air avec du carburéacteur, la température de l'air peut atteindre trois mille degrés.
La puissance de l'air est utilisée pour faire tourner la turbine. Enfin, lorsque l'air sort, il pousse vers l'arrière hors du moteur. Cela fait avancer l'avion.
Le ventilateur est le premier composant d'un turboréacteur. Le grand ventilateur rotatif aspire de grandes quantités d'air. La plupart des pales du ventilateur sont en titane. Il accélère ensuite cet air et le divise en deux parties. Une partie continue à travers le "noyau" ou le centre du moteur, où elle est sollicitée par les autres composants du moteur.
La deuxième partie "contourne" le cœur du moteur. Il passe par un conduit qui entoure le noyau jusqu'à l'arrière du moteur où il produit une grande partie de la force qui propulse l'avion vers l'avant. Cet air plus frais aide à calmer le moteur et à ajouter de la poussée au moteur.
Le compresseur est le premier composant du cœur du moteur. Le compresseur est composé de ventilateurs à plusieurs pales et est fixé à un arbre. Le compresseur comprime l'air qui y pénètre dans des zones de plus en plus petites, ce qui entraîne une augmentation de la pression d'air.
Il en résulte une augmentation du potentiel énergétique de l'air. L'air écrasé est forcé dans la chambre de combustion.
Dans la chambre de combustion, l'air est mélangé avec du carburant puis enflammé. Il y a jusqu'à 20 buses pour pulvériser du carburant dans le flux d'air. Le mélange d'air et de carburant prend feu. Cela fournit un flux d'air à haute température et à haute énergie.
Le carburant brûle avec l'oxygène de l'air comprimé, produisant des gaz chauds en expansion. L'intérieur de la chambre de combustion est souvent constitué de matériaux céramiques pour fournir une chambre résistante à la chaleur. La chaleur peut atteindre 2700°.
Le flux d'air à haute énergie sortant de la chambre de combustion entre dans la turbine, provoquant la rotation des aubes de la turbine. Les turbines sont reliées par un arbre pour faire tourner les pales du compresseur et faire tourner le ventilateur d'admission à l'avant.
Cette rotation consomme de l'énergie du flux à haute énergie qui est utilisé pour entraîner le ventilateur et le compresseur. Les gaz produits dans la chambre de combustion traversent la turbine et font tourner ses pales. Les turbines du jet tournent des milliers de fois. Ils sont fixés sur des arbres qui ont plusieurs ensembles de roulements à billes entre eux.
La tuyère est le conduit d'échappement du moteur. C'est la partie moteur qui produit la poussée de l'avion. Le flux d'air appauvri en énergie qui passe devant la turbine, en plus de l'air plus froid qui contourne le cœur du moteur, produit une force à la sortie de la tuyère qui agit pour propulser le moteur, et donc l'avion, vers l'avant.
La combinaison d'air chaud et d'air froid est expulsée et produit un échappement, ce qui provoque une poussée vers l'avant. La tuyère peut être précédée d'un mélangeur, qui combine l'air à haute température provenant du cœur du moteur avec l'air à plus basse température qui a été dérivé dans la soufflante. Le mélangeur aide à rendre le moteur plus silencieux.
Les 5 principaux types de moteurs à réaction d'avion
L'idée de base du turboréacteur est simple. L'air aspiré par une ouverture à l'avant du moteur est comprimé à 3 à 12 fois sa pression d'origine dans le compresseur. Le carburant est ajouté à l'air et brûlé dans une chambre de combustion pour élever la température du mélange de fluides d'environ 1 100 °F à 1 300 °F. L'air chaud qui en résulte passe à travers une turbine qui entraîne le compresseur.
Si la turbine et le compresseur sont efficaces, la pression au refoulement de la turbine sera proche du double de la pression atmosphérique, et cette surpression est envoyée à la tuyère pour produire un flux de gaz à grande vitesse qui produit une poussée. Des augmentations substantielles de la poussée peuvent être obtenues en utilisant une postcombustion.
Il s'agit d'une seconde chambre de combustion positionnée après la turbine et avant la tuyère. La post-combustion augmente la température du gaz en amont de la buse. Le résultat de cette augmentation de température est une augmentation d'environ 40 % de la poussée au décollage et un pourcentage beaucoup plus important à grande vitesse une fois que l'avion est en l'air.
Le turboréacteur est un moteur à réaction. Dans un moteur à réaction, les gaz en expansion poussent fortement contre l'avant du moteur. Le turboréacteur aspire de l'air et le comprime ou l'écrase. Les gaz traversent la turbine et la font tourner. Ces gaz rebondissent et jaillissent de l'arrière de l'échappement, poussant l'avion vers l'avant.
Un turbopropulseur est un moteur à réaction attaché à une hélice. La turbine à l'arrière est entraînée par les gaz chauds, et cela se transforme en un arbre qui entraîne l'hélice. Certains petits avions de ligne et avions de transport sont propulsés par des turbopropulseurs.
Comme le turboréacteur, le turbopropulseur se compose d'un compresseur, d'une chambre de combustion et d'une turbine, la pression de l'air et du gaz est utilisée pour faire fonctionner la turbine, qui crée ensuite la puissance nécessaire pour entraîner le compresseur.
Comparé à un turboréacteur, le turbopropulseur a une meilleure efficacité de propulsion à des vitesses de vol inférieures à environ 500 miles par heure. Les turbopropulseurs modernes sont équipés d'hélices qui ont un diamètre plus petit mais un plus grand nombre de pales pour un fonctionnement efficace à des vitesses de vol beaucoup plus élevées.
Pour s'adapter aux vitesses de vol plus élevées, les pales sont en forme de cimeterre avec des bords d'attaque en flèche aux extrémités des pales. Les moteurs équipés de telles hélices sont appelés propfans.
Un turboréacteur a un grand ventilateur à l'avant, qui aspire l'air. La majeure partie du flux d'air autour de l'extérieur du moteur, le rend plus silencieux et donne plus de poussée à basse vitesse. La plupart des avions de ligne d'aujourd'hui sont propulsés par des turbosoufflantes.
Dans un turboréacteur, tout l'air entrant dans l'admission passe par le générateur de gaz, composé du compresseur, de la chambre de combustion et de la turbine. Dans un moteur à double flux, seule une partie de l'air entrant entre dans la chambre de combustion.
Le reste passe à travers un ventilateur, ou compresseur basse pression, et est éjecté directement sous forme de jet « froid » ou mélangé à l'échappement du générateur de gaz pour produire un jet « chaud ». L'objectif de ce type de système de dérivation est d'augmenter la poussée sans augmenter la consommation de carburant.
Il y parvient en augmentant le débit massique d'air total et en réduisant la vitesse dans le même approvisionnement énergétique total.
Il s'agit d'une autre forme de moteur à turbine à gaz qui fonctionne un peu comme un système à turbopropulseur. Il n'entraîne pas d'hélice. Au lieu de cela, il alimente un rotor d'hélicoptère. Le turbomoteur est conçu pour que la vitesse du rotor de l'hélicoptère soit indépendante de la vitesse de rotation du générateur de gaz.
Cela permet de maintenir la vitesse du rotor constante même lorsque la vitesse du générateur est modifiée pour moduler la quantité de puissance produite.
Le moteur à réaction le plus simple n'a pas de pièces mobiles. La vitesse du jet "enfonce" ou force l'air dans le moteur. Il s'agit essentiellement d'un turboréacteur dans lequel les machines tournantes ont été omises. Son application est limitée par le fait que son taux de compression dépend entièrement de la vitesse de transmission.
Le statoréacteur ne développe aucune poussée statique et très peu de poussée en général en dessous de la vitesse du son. En conséquence, un statoréacteur nécessite une certaine forme de décollage assisté, comme un autre avion. Il a été utilisé principalement dans les systèmes de missiles guidés. Les véhicules spatiaux utilisent ce type de jet.
