Moyens de Propulsion

II) Moyen de propulsion

A. Les Hélices

   A ses débuts, au XIXème siècle et pendant la première moitié du XXème, l'aviation se sert essentiellement de l'hélice comme moyen de traction… les hélices n’ont guère changé depuis l’époque des pionniers. Leur forme est tout aussi décisive que celle des ailes et une évolution subtile a spectaculairement amélioré leur efficacité. On en revient au matériaux utilisés : l’aluminium forgé a remplacé le contre-plaqué des débuts, les hélices ont alors gagné en force en s’adaptant à la puissance toujours accrue des moteurs.

Tout d’abord, notons que l'avion ne s'élève dans l'air que s'il est soumis à une poussée de bas en haut supérieure à son poids. Pour créer cette force, il faut créer une réaction aérodynamique appliquée aux ailes de l'avion et pour cela, le fait de se déplacer dans l'air avec une certaine vitesse.

L'hélice a pour but de transformer l'énergie mécanique fournie par le moteur en effort de traction qui communique à l'avion le mouvement de translation nécessaire au vol.

Une hélice fonctionne comme une vis dans le bois, au fur et a mesure que l'hélice tourne, elle avance → principe de la vis d'Archimède.

r: correspond au rayon de l'hélice. a : correspond à l'angle de calage de la pale

La forme et la taille des pales sont les éléments qui influencent la force tractive de l'hélice, ces deux caractéristiques sont donc primordiales.

Donc de façon à obtenir un rendement plus important de la force tractive, les scientifiques ont augmenté la taille de ces dernières, seulement la taille de celles-ci ne peut être augmentée indéfiniment. En effet, ils furent limités physiquement par la vitesse en bout de pales !

Explications : Au fur et à mesure que l'on augment la taille d'une hélice, la vitesse en bout de pales, pour un même nombre de trs/min moteur, augmente aussi, mais si elle se rapproche trop prés de la vitesse du son : mach 1, le bang sonique risque de dégrader très fortement l'hélice ! Pour parer à ce problème, les hélices sont donc généralement constituées de 2, 3 ou 4 pales. Ainsi on peut diminuer la taille des pales d'hélices sans qu'il y ait de trop grosses répercutions sur son rendement propulsif.

La forme des hélices vient aussi jouer sur leurs caractéristiques, on en trouve 2 grands types différents :
  1. forme arrondie, la plus classique est celle qui offre un bon rendement 
  2. forme rectangulaire, un peu moins classique qui a un moins bon rendement du a sa forme qui engendre de la traînée mais qui favorise les performances de montée
 Voici un P-51
     
    Hélices contrarotatives sur un P-51 (moteur Rolls-Royce)




     Un Spitfire


     

     

    Hélices Contrarotatives sur un Spitfire

     

     

     

    Et enfin un Hercule C-130

     

     

    Hélices "en drapeau" sur un Hercule C-130

     

     

     

     

     

     

    L'hélice a été le premier système de propulsion en aviation et reste utilisée par les avions légers, les avions de transport régionaux volant à moins de Mach 0.6, (- de 600km/h)et les avions de transport militaires.

    Le propfan est une évolution de l'hélice dont la forme des pales permet d'atteindre des vitesses plus élevées, jusqu'à Mach 0.8. On retrouve l'hélice sous une forme différente dans les soufflantes des réacteurs double flux des avions de ligne (c'est une hélice multipale carénée placée en amont du réacteur; elle assure l'essentiel de la poussée). On la retrouve encore sous la forme d'aubes de compresseurs superposées dans les turboréacteurs.

    [L'hélice est également utilisée par les hélicoptères (rotor principal et rotor de queue)]

     

    B. Les Réacteurs

    Le réacteur prend la relève !

      Qu'il soit du type à turbine (turboréacteur) ou sans turbine (stratoréacteur) ou à fusée, sa caractéristique essentielle est son énorme poussée par rapport à son poids et ses faibles dimensions. Doté d'une puissance pratiquement illimitée, l'avion peut alors atteindre des vitesses énormes ! Le réacteur permet à l'avion, âgé de 50 ans à peine, de franchir le cap des 1000 Km/h.

    Le turboréacteur est le premier moyen de propulsion appartenant a la catégorie des réacteurs.

    Comment marche un réacteur ? 4 étapes !

    •  Dans un turboréacteur, l'air entre par une buse d'entrée située à l'avant. Il passe à travers un compresseur, qui a la forme d'une roue à aubes aux multiples petites pales, et qui joue le double rôle de traction de l'hélice classique et de compresseur d'air.

     

    • L'air comprimé est amené dans une chambre de combustion, où il est porté à une température et à une pression encore plus élevées, puis il est projeté sur les pales de la turbine, qu'il fait tourner à grande vitesse.

     

    •  La turbine fournit, par l'intermédiaire d'un arbre de transmission, la puissance nécessaire à l'entraînement du compresseur.

     

    • Enfin, les gaz ressortent détendus de la turbine, et il s'échappent par une tuyère. Leur vitesse d'éjection induit la force du réacteur de l'avion.

     

     

     

     

     

    En bref : La propulsion à réaction est la mise en mouvement d'un système provoquée par une force de poussée, créée par réaction à l'expulsion vers l'arrière d'un flux gazeux à vitesse élevée.

    Les moteurs à réaction employés en aéronautique utilisent une grande masse d'air. Celui-ci est d'abord comprimé, puis oxyde le combustible, et est finalement dilaté à travers une buse afin d'expulser le fluide à vitesse élevée.

    Pour faire simple :

    Imaginez 2 ressorts standards. Un de 2 millimètre d'épaisseur, l'autre de 4 millimètre.

    Celui de 4 millimètre est donc plus raide :  c'est à dire que la force nécessaire à son extension ou sa compression est plus importante.

    Il est donc plus facile de comprimer le ressort le moins raide ( celui de 1 millimètre ) .

    Imaginez maintenant que les deux ressorts soient comprimés et que vous posez un objet sur chacun de ces ressorts. Lorsque vous aller lâcher l'objet, c'est le ressort le plus raide qui produira le plus de travail ou de puissance, et donc enverra l'objet plus haut.

    Le principe du réacteur est donc de comprimer un ressort (l'air) lorsqu' il est de faible raideur ( froid ) et de le détendre lorsqu'il est plus raide (chaud).

    Donc pour résumer, on comprime l'air froid, on le chauffe et on le détend.


    Voici deux réacteurs d’avion de chasse en vol (Sukhoi SU 30):

     

     

     

    Et d’un avion de ligne :

     

     

      Les réacteurs militaires modernes sont à double flux de même pour les réacteurs civils mais ils ne répondent pas aux mêmes demandes.

    Réacteur double flux : Ce perfectionnement important permit d'abaisser la consommation et de réduire le niveau de bruit des réacteurs.

    Postcombustion (réchauffe) : le principe de la postcombustion est de brûler du kérosène dans une partie aménagée à l'arrière du moteur. Le carburant injecté dans le flux de gaz chauds se consume en apportant une notable augmentation de poussée. Ce type de réacteur est réservé aux appareils militaires qui ont besoin d'un surcroît de puissance dans certains cas (décollage, manoeuvres), il n'a été que rarement employé sur des avions civils (supersoniques Concorde et Tu-144). L'augmentation de poussée est importante, sur le moteur SNECMA M-88 du Rafale par exemple, elle est normalement de 5.000 kgp, elle atteint 7.500 kgp avec la réchauffe. Les inconvénients sont le bruit engendré, la consommation élevée et la signature infrarouge importante.

    43 votes. Average: 4.23 / 5.

    Make a free website with emyspot.com - Report abuse