119 - Comprendre le fonctionnement des moteurs à réaction.

Eléments pour comprendre le fonctionnement des moteurs à réaction.

  Jacques Moulin 2012.

Ce petit article n’a pas la prétention de tous dire sur les moteurs à réactions mais de donner quelques explications élémentaires permettant au profane de comprendre le fonctionnement de ce type de moteurs.

Explication sommaire des divers systèmes de propulsion.

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La propulsion par réaction et connu depuis longtemps, il a fait l’objet en France de nombreux brevets sur des moteurs qui ne seront jamais mis au point, Nous trouvons par exemple le brevet Marconnet de 1909 ou celui de Lorin en 1913.

Il est certain que l’idée était dans l’air, depuis très longtemps, mais la métallurgie ne pouvait alors pas suivre, ces types de moteurs tournant très vite et ayant à résister à des températures très élevé les alliages métalliques de l’époque ne permettait pas d’avancer dans ce domaine.

En fait la propulsion à réaction est fondée sur le principe d'action-réaction formulé par Isaac Newton. La conservation de la quantité de mouvement du système global (véhicule + matière éjectée) implique que l'éjection de matière vers l'arrière fait avancer le véhicule.

Donc le principe très simple est le suivant :

Si on comprime de l’air dans un ou des chambres de combustion et que l’on y injecte du carburant qu’on l’allume par un système adapté, la combustion du mélange provoque une poussé vers l’arrière par une tuyère qui est plus ou moins importante en fonction de la vitesse du compresseur et de la violence de l’air comprimer, ainsi que de la forme et du diamètre de la tuyère d’éjection, cette poussé propulse l’appareil vers l’avant.

Pour comprimer l’air plusieurs solutions furent étudiées avant d’arriver au système actuel du compresseur axial, et à chambre annulaire le seul à avoir survécu :

- Compresseurs par un moteur électrique (jamais mis au point).

- Compresseurs par un moteur à explosion (système italien Campini).

- Compresseurs centrifuge (système britannique (Rolls et Royce et de Havilland) et américains General Electric).

- Compresseurs axiaux (système allemands (Junkers et BMW), américains (Westinghouse) et Français (Rateau puis SNECMA et Turbomeca).

Les turboréacteurs utilisés au début des avions à réaction (1940/1945) étaient tous des deux derniers types.

Le système de compresseurs centrifuge était déjà mis en place sur les compresseurs des moteurs à pistons utilisé dès le début des moteurs d’avions.

Les ailettes d’une roue tournant autour d’un axe, obligent l’air à tourner rapidement autour de son axe, par la force centrifuge, l’air est comprimé et envoyé dans la zone périphérique qui la concentre et la dirige vers les chambres de forme appropriée. 

 

    Au centre l’air se raréfie est l’air extérieur est aspiré ce qui permet une action continue, il est évident que plus l’ensemble rotatif tourne vite plus le débit de l’air est important. (Pour l’exemple le moteur Goblin tourne à 10200 t/mn, le Nene à 12600 t/mn et le Derwent à 16600 t/mn).

  

On voit bien l’air froid (en bleu) qui passe sur l’extérieur des chambres de combustion.

   

Dans les compresseurs axiaux la vitesse de l’air est obtenue par un système comprenant une suite de ventilateurs tournant aussi très vite et concentrant le flux sur la périphérie.

 

Dans cette version les chambres de combustions sont multiples et l’air est envoyé par les orifices situé en haut et en bas.

Chambres de combustion :

Après ce compresseur, l’air comprimée est envoyé dans une ou des chambres de combustion ou le carburant est injecté et allumé, la détente est propulsé vers l’arrière et vers l’extérieur en poussant le moteur (et évidemment l’appareil sur lequel il est monté) vers l’avant. Pendant son éjection le flux d’air entraine une série d’ailettes constituant la turbine, qui par un axe entraine le compresseur.

Dans les premiers systèmes utilisés, les chambres étaient toujours multiples, même dans le cas des réacteurs à compresseurs axiaux.

Le cycle est ainsi terminé et le moteur fonctionne.

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Dessins du moteur Rateau SRA 2.

Le système est bien détaillé à gauche l’entrée d’air, avec le compresseur, puis la chambre de combustion et les deux roues qui entraine le compresseur, ce moteur de conception totalement française bien étudié ne fut jamais mis au point.

(Original archives Jacques Moulin)

Démarreurs :

Mais vous allez me demander comment le compresseur commence comprimer l’air frais arrivant de l’extérieur, pour cela l’axe est entrainé par un moteur de démarrage qui peut être un moteur à explosion (genre petit moteur de moto sur les premiers moteurs allemands) ou des moteurs électriques comme pour les moteurs à piston, ces démarreurs sont évidemment différents des moteurs à pistons, et ils ont besoin de tourner vite mais sans avoir besoin d’une puissance importante, mais ce démarrage n’est évidemment valable que sur les moteur de faible puissance, pour les autres un petit moteur à réaction est mis en route pour lancer le moteur par le moteur de démarrage .

Dans certain cas, (Aero L-39 Albatros) les moteurs sont entrainés par un mini réacteur (Microturbo) qui est lui-même démarré par un moteur électrique.

 

Autre dessin du moteur Rateau SRA 2.

 

Explication des moteurs à dilution : ces moteurs qui sont très utilisé actuellement et qui permette des économies de carburant, mais à l’origine cela a été conçu pour éviter une température trop importante des parois de la chambre de combustion. Ce système se complique beaucoup sur les moteurs à chambres multiples.

Alimentation en Carburant.

 Circuit de carburant d’un moteur anglais (Rolls Royce).

    

Circuit de carburant d’un moteur anglais (Rolls Royce).

Certaines de ces illustrations sont extraite d’un petit livre « Les moteurs à réaction » par Marcel Cliques Bibliothèque Française 1947.

D’autre du Magazine ESPACES de 1946.

Les plans généraux sont extraits de Science et Vie spécial aéronautique 1946.