COMMENT FONCTIONNE UNE TURBINE À GAZ ?

• GRANDS PRINCIPES

• APPLICATIONS

GRANDS PRINCIPES

Poussée = F W(VJet -Vvol)

VvolW

VJetW

FroidLent Petit

ChaudRapide Gros

Drag

Traînée

3

Gaz

Qu’est-ce que la poussée?

Qu’est-ce qui propulse un aéronef?

Ou…

Pas très moral…

Pas infini…

Premier rappel: Les 2e et 3e lois de Newton

F = masse d’air par seconde (W) x changement de vitesse du jet d’air (Vjet - 0)

W Vjet

F

3e loi - À chaque action, une réaction égale et opposée F = -F

2e loi - Principe de la dynamique F = m a = m v = quantité de mouvement

GRANDS PRINCIPES

Exemple:

Équilibre

Deuxième rappel: Mécanique des fluides

GRANDS PRINCIPES

Tuyère divergente

Tuyère convergentePression

Vitesse

Pression

Vitesse

Température

Température

Évolution du fluide à la sortie

Augmentation ou diminution?

Qu’est-ce qu’on recherche?

W VjetW Vvol

F = W x (Vjet - Vvol )

Une augmentation de la vitesse de l’air à la sortie de la turbine

Comment?

EntréeEn aspirant l’air ambiant

GRANDS PRINCIPES

En comprimant l’air aspiréCompresseur

Tuyère d’éjection

En détendant l’air chaud qui acquiert une grande vitesse à la sortie

Turbine

En provoquant une explosion (combustion) de kérosène avec l’air comprimé

Chambre de combustion

GRANDS PRINCIPES

Le fonctionnement d’une turbine à gaz

W Vvol W Vjet

vitesse

pressiontempérature élevée(causée par l’explosion)

pressiontempérature

vitesse

Turbine entraîne le compresseur grâce à l’énergie dégagée par l’explosion de l’air

1

Arbre d’entraînement

Compresseur aspire et compresse l’air

2

BANG!

Alimentation de gaz

3

OBJECTIF ATTEINT !

Le plus grand problème?

Il faut donc réduire la vélocité du jet sortant pour:• économie de carburant• réduction du bruit En autant que Vjet > Vvol

Entrée d’airfroide et lente

Poussée = F = W(Vjet - Vvol )Proportionnel à Vjet

Jet chaud et rapideavec énergie cinétique ½ W Vjet

2

GRANDS PRINCIPES

Consommation de carburant =Proportionel à V jet2

Le carburant $$$$

La solution à la consommation de carburant?

Turbojet Turbofan

GRANDS PRINCIPES

Rappelez-vous ! F = W (Vjet – Vvol)

On augmente l’entrée d’air ! F = (Vjet – Vvol)W

RETOUR AU DÉBUT

Turbofan Avion civil

APPLICATIONS

F = W (Vjet – Vvol)

F = W (Vjet – Vvol)

$$

$$$

TurbojetAvion militaire

APPLICATIONS

Turboprop – petit avion à hélice

F = W (Vjet – Vvol) F = W (Vjet – Vvol)

L’origine de la longueur des pales d’hélicoptère…

$ $

$Application industrielle(génératrice)

Turboshaft - hélicoptère

Vitesse = 4000 tours/min

Couple de 90,000 livre-pieds(voiture ≈ 200) 90,000 Hp

90,000 livres de poussée

Peut éjecter une voiture à 160 pieds

15 x pression d’un pneu de voiture

9 pieds de diamètre

Quelques chiffres (turbine à gaz – Airbus 340)

Turbine et nacellePoids de 16,000 livres

Wair = 2650 lb/s

Au décollage, la consommation d’essence est de 9 litres/seconde

$$$$

LA TURBINE À GAZ - SYNTHÈSE

Que fait quoi?

Arbre d’entraînement qui fait tourner le

compresseurCompresseur

aspire et compresse l’air

2 Turbine entraîne le compresseur grâce à l’énergie dégagée par

l’explosion de l’air

1

BANG!

Explosion du gaz avec l’air comprimée

3

W VvolW Vjet

Vitesse de l’air

Augmentation oudiminution

Vitesse du jet

Augmentation oudiminution

PRÊT POUR LE DÉCOLLAGE?

RÉALISATION: JEAN-FRANÇOIS CHEVRIER

SOURCE DES IMAGES: ROLLS-ROYCE PLC

FORMATRICES: MONIQUE DUGAL, KATLEEN DESLAURIERS ET NADÈGE FIOT

TIC DANS L’ENSEIGNEMENT AUX MOYENS ET GRANDS GROUPES FPE7650

PROGRAMME COURT EN PÉDAGOGIE DE L’ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR

AUTOMNE 2004