Le statoréacteur et turboréacteur

Le statoréacteur

Ces moteurs très performants étaient utilisés pour les courses de bateaux qui se déroulaient sur les bord de seine et notamment sur les berges de l’actuel site de Gennevilliers du fait que la Seine présente en cet endroit une longue ligne droite. L’apparition du moteur rotatif coïncide avec l’apparition de l’aviation et se présente comme idéal pour motoriser les avions en fixant une hélice sur l’arbre de sortie. De 1905 jusqu’à la seconde guerre mondiale, l’avion va connaitre un succè s et va voir ses performances augmentées considérablement. Mais la technologie du moteur rotatif avec une hélice va commencer à montrer des limites ce qui va amener à l’apparition du réacteur avec les er

Messerschmitt allemand durant 39-45 (1  avion opérationnel avec des turboréacteurs). Le principal avantage des réacteurs, par rapport aux moteurs à explosion classiques, c’est le rendement qui est nettement supérieur. C’est un second boum dans l’histoire de l’aviation. Le réacteur n’a pas été nd

découvert durant la 2  guerre mondiale mais par un ingénieur français, René Lorin, entre 1907 et 1913, c’est-à-dire c’est-à-dire 30 ans avant son utilisation. Cet ingénieur a exactement inventé le premier statoréacteur mais, par manque de moyens, il ne put le tester qu’en 1946 car il s’agissait d’un réacteur sans pièces mobiles (aucunes turbines,…), ce n’était qu’une chambre de compression où il suffisait d’injecter du kérosène pour qu’il y ait explosion. Son fonctionnement est beaucoup plus simple que celui du réacteur et il pose pose moins de problèmes pour sa réalisation. réalisation. Cependant il doit être lancé à une vitesse suffisante pour que l’air soit suffisamment comprimée dans la chambre de combustion (aux alentours de mach 1). Le statoréacteur est le moteur le plus efficace entre mach 3 et mach 6.

Fig 2 : Principe d’un statoréacteur 

Fig 3 : Comparaison des différents systèmes de propulsions

Pour indication, l’impulsion spécifique notée Isp (specific impulse)   est une grandeur qui permet de comparer des systèmes de propulsions. Elle se calcule en faisant le quotient de la poussée du -2

propulseur (N) par le produit de l’accélération de pesanteur (m.s ou N/kg) et le débit massique en propergol ou kérosène (kg/s) :  

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Il est à noter que les premiers modèles expérimentaux ne sont pas français mais soviétiques et américains, mais ces modèles restent expérimentaux. Il faut attendre les années 1954-1957 pour voir les premiers modèles opérationnels tels que le Leduc 022 qui est un avion capable de décoller et d’atterrir à l’aide d’un turboréacteur Snecma Atar 101 D3 et d’avoir un vol croisière a ssuré par un statoréacteur. Cependant, le premier avion à avoir marqué les esprits est le Nord 1500 Griffon II fabriqué par Nord-aviation (constructeur français). Son premier vol avec un statoréacteur permet au pilote français Michel Chalard d’atteindre 1.85 Mach (remarquable pour un avion de cette époque) -1

et une vitesse ascensionnelle de 150m.s  le 6 Avril 1957.

Fig 4 : Nord 1500 Griffon II 

Le turboréacteur

Le turboréacteur est le système de propulsion utilisé de nos jours par les avions militaires et les avions commerciaux. Il a été inventé par un ingénieur français, Maxime Guillaume, avec son brevet en 1921 sur « la propulsion par réaction à l’air », mais les techniques de l’époque ne permettaient pas de construire un tel engin. Pour voir le premier avion à réaction, il faut attendre Whittle, un ingénieur anglais qui va s’engager dans la Royal Air Force en 1928 pour pouvoir essayer de faire développer un nouveau système de propulsion. Cependant, l’armée ne lui donne pas son soutien financier et cet ingénieur doit attendre 1935 pour pouvoir développer, grâce à des dons privés, un nouveau type d’avion. En 1937 est livré le premier avion expérimental avec un turboréact eur, le W.1 à la société Power Jet Ltd. Le second voit le jour en 1941, il s’agit du Pioneer  :

Fig 5 : Le pioneer  Mais le premier avion à réaction produit en série est le Messerschmitt Me 262 :

Fig 6 : Messerschmitt Me 262

Le principe du turboréacteur est simple, il consiste à aspirer une énorme quantité d’air (plusieurs 3

dizaines de m à la seconde), de la compresser, de la chauffer et de l’éjecter. On voit donc 4 étapes  : aspiration, compression, combustion, détente. Ceci est comparable aux moteurs 4 temps (admission et non aspiration) à la différence que sur un turboréacteur le cycle se fait de manière continue (ce qui explique son meilleur rendement). Dans le cas d’un turboréacteur à double flux, 80% de la poussée est assurée par la première turbine, appelée la soufflante. Après chaque turbine, il y a des dispositifs appelés redresseurs qui vont « redresser » le flux d’air permettant ainsi de limiter les efforts radiaux (ce qui pourrait arracher le réacteur de sa nacelle).

Fig 7 : Turboréacteur double flux

Le turboréacteur est plus difficile à concevoir que le statoréacteur, de par la réalisation des différentes turbines et du choix des matériaux qui doit être très précis. En effet dans un turboréacteur, il y règne des températures dépassant le point de fusion des métaux, notamment dans la chambre de combustion.

Fig 8 : Courbes illustrant la pression et la température dans un turboréacteur

Comme les températures sont colossales (de l’ordre de 1600°C voir plus), le s turbines et les distributeurs doivent être conçus pour pouvoir encaisser une telle chaleur et être résistants aux pressions qui y règnent. C’est leur géométrie qui leur permet de résister. Toutes ces pièces sont percées d’une multitude de petits trous par lesquelles un air « frais » (environ 700°C) vient les refroidir. De plus, pour éviter le rayonnement, les pièces subissent différents traitements pour rendre leurs surfaces réflectrices. Il y a donc différentes couches qui vont être déposées sur les aubes de turbines afin de leur permettre de supporter les contraintes thermiques et mécaniques très importantes qui s’exercent en ce milieu. Il y a notamment une projection de zircone (élément ayant une très faible conductivité thermique) et de différentes céramiques pour créer une « barrière thermique ». Ces couches sont très fines, de l’ordre du micron, et nécessitent une haute technologie pour les mettre en place tel que le procédé de dépôt par projection plasma.

Fig 9 : Aubes de turbines HP 

Orifices permettant un filet d’air frais en surface

Fig 10 : technologie employée pour refroidir les pièces