Etude de turboréacteurs

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La propulsion des avions par turboréacteur
1 Le turboréacteur
Intérêts de la propulsion par turboréacteur :
vitesse maximale augmentée,
rapport poids/puissance très favorable pour les moyennes et fortes puissances.
Fonctionnement du turboréacteur
De l’air pénètre dans le moteur
Il est pré-comprimé
Il est mélangé avec du Kérosène
Par combustion du mélange, la température
augmente
La projection des gaz provoque la poussée et
entraîne la turbine de motorisation du compresseur.
Etude thermodynamique et énergétique:
le cycle de Brayton
Cycle de Brayton théorique (noir) et réel (bleu)
Diagramme de blocs internes d’un turboréacteur
ibd turboréacteur
Carburant:
kérosène (énergie
chimique)
Chambre de
combustion
Tuyère
Compresseur
Turbine
Air+gaz de
combustion à haute
pression et à
température élevée
Air haute
pression
Air dans
l’atmosphère
Energie
Mécanique
de rotation
Air+gaz de
combustion à
moyenne
pression et à
température élevée
Air+gaz à haute
vitesse
Energie cinétique
de propulsion
Energie
Mécanique de rotation
Calcul de la poussée
La poussée en Newton d'un turboréacteur peut être calculée approximativement à partir de
l'équation suivante :
P = ms x Vs – ma x Va
avec
ma le débit massique d’air en entrée (kg/s) et Va la vitesse d’entrée de l’air (m/s),
ms le débit massique du gaz (air + gaz de la combustion) en sortie (kg/s) et Vs la vitesse de sortie des gaz (m/s).
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A vous de jouer…
Q 1.1 - Complétez le tableau suivant :
Elément
Compresseur
Transformation
Flux à l’entrée
Flux en sortie
Chambre de
combustion
Turbine
Tuyère
Q 1.2 - Sur le diagramme de la pression P en fonction du volume V (figure de gauche) et sur le
diagramme de la température T en fonction de l’entropie S (figure de gauche), indiquez les
différentes phases liées au cycle thermodynamique et énergétique.
Q 1.3 - Un turboréacteur propulse un avion à une vitesse constante de 300 m/s.
Le débit massique d’air frais passant à travers le moteur est de 90 kg/s et le débit de carburant est
de 2 kg/s.
La vitesse d’éjection des gaz est de 620 m/s et la pression d’éjection est égale à la pression
ambiante.
Calculer la poussée Fp développée par le réacteur.
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2 Le turbopropulseur
Le turbopropulseur est un réacteur dont la turbine entraîne une hélice. Plus exactement, une turbine
entraîne le compresseur et une autre turbine entraîne l’hélice.
Diagramme de blocs internes d’un turbopropulseur
A vous de jouer…
Q 2.1 - Dans quel cas ce type de réacteur est privilégié pour la propulsion des avions ?
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Q 2.2 - Complétez le tableau suivant :
Elément
Hélice
Transformation
Flux à l’entrée
Flux en sortie
Compresseur
Chambre de
combustion
Turbine HP
Turbine BP
Tuyère
Réducteur mécanique
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3 Le turboréacteur à double flux ou « turbofan »
Le turboréacteur à double flux associe un turboréacteur dans lequel circule le flux primaire et une
roue à aubes qui entraîne un flux concentrique secondaire autour du réacteur.
A vous de jouer…
Q 3.1 - Dans quel cas ce type de réacteur est privilégié pour la propulsion des avions ?
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Q 3.2 - Complétez les repères sur la figure ci-dessus en correspondances avec les
désignations suivantes :
1 -> Soufflante
2 -> Compresseur basse pression
3 -> Compresseur haute pression
4 -> Axe de turbine basse pression
5 -> Axe de turbine haute pression
6 -> Chambre de combustion
7 -> Turbine haute pression
8 -> Turbine basse pression
9 -> Tuyère
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