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Par Rayan, Louis et Thibault

Mécanique du moteur à réaction

Il faut savoir que le terme réacteur pour parler d'un moteur d'avion n'est pas exact. En effet le terme réacteur englobe également le réacteur chimique ou le réacteur nucléaire. Il est plus exact de parler de moteur à réaction.
Le moteur à réaction succède au moteur à hélice dès la fin de la seconde guerre mondiale pour les avions de combats mais aussi pour les avions civils comme le De Havilland Comet, mis en service en 1952. Vous allons ici nous intéresser à ce moteur qui équipe la plupart des avions depuis plus de cinquante ans.
I. Les fonctionnements du moteur à réaction
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Nous allons tout d'abord nous intéresser au fonctionnement du moteur à réaction. Il faut savoir qu'il existe plusieurs types de moteurs à réaction qui possèdent chacun des caractéristiques spécifiques. Nous allons ici vous présenter le fonctionnement de base d'un turboréacteur puis nous établirons les différences entre ce type de réacteur et les autres.
Un turboréacteur est composé de quatre parties : l'admission de l'air, sa compression, sa combustion et enfin son éjection.
Afin d'expliquer le plus simplement possible le fonctionnement d'un réacteur, nous allons suivre le trajet de l'air dans le réacteur.
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Quand l'air entre dans le réacteur, elle entre d'abord en contact avec une hélice appelée soufflante. Cette hélice permet d’accélérer et de comprimer l'air.

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L'air entre ensuite dans les compresseurs. Un compresseur est, comme son nom l'indique, un système destiné à augmenter la pression de l'air. En effet l'air doit être à une pression et à une température relativement élevée afin de pouvoir servir de comburant. Un compresseur est constitué de plusieurs rangées d'aubes. On trouve deux types d'aubes disposées en alternance, de rangée en rangée. On a d'abord des aubes mobiles, appelées rotor, qui aspirent et accélèrent le flux d'air en le déviant par rapport à l'axe du moteur. Chaque rangée de rotors est suivie par une rangée d'aubes fixes appelées redresseurs ou stators qui redressent le flux d'air dans l'axe en transformant une partie de sa vitesse en pression. Dans un turboréacteur s’enchaînent le compresseur basse pression (BP) et le compresseur haute pression (HP). Le compresseur basse pression, situé en premier, est plus petit et tourne plus lentement que le compresseur haute pression.

Après son passage dans les compresseurs, l'air a une pression élevée et une vitesse plus faible. Il arrive alors en chambre de combustion. La chambre de combustion a deux rôles : d'abord mélanger l'air au carburant puis enflammer ce mélange.
Dans la chambre de combustion, l'air est divisé en deux par une chambre centrale appelée tube à flammes. Une petite partie de l'air entre dans la chambre centrale afin de contribuer à la combustion tandis que le reste de l'air, appelé air de refroidissement, contourne la chambre.
A l'avant de cette chambre se situe l'injecteur qui amène le carburant dans le tube. Ce carburant se mélange immédiatement avec l'air présent dans le tube. Près de l'injecteur se trouve l'allumeur qui produit la flamme nécessaire à l'embrasement du mélange.
Le tube à flammes est constitué d'ouvertures de part et d'autre qui permettent à l'air de refroidissement de se mélanger au carburant situé dans le tube. Plusieurs courants d'air ont des fonctions spécifiques : un courant sert à tenir la flamme de l'allumeur à une distance raisonnable de l'injecteur, un autre courant passe par des vrilles, créant ainsi un tourbillon dans le tube qui permet à l'ensemble de l'air de s'homogénéiser. Le défi des turboréacteurs actuels est de diminuer au maximum la part de carburant dans le mélange carburant-comburant c'est à dire dans le mélange kérosène-air (voir vidéo un peu plus bas).
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 A la sortie de la chambre de combustion, l'air entre dans les turbines. Ces turbines sont composées, comme les compresseurs, d'une turbine haute pression et d'une turbine basse pression. Ce n'est pas dû au hasard car se sont ces turbines qui servent à faire tourner les compresseurs. Ainsi la turbine haute pression est située juste derrière la chambre de combustion afin de profiter au maximum de l'énergie créée dans la chambre de combustion pour faire tourner rapidement les compresseurs haute pression tandis que la turbine basse pression, située derrière, a moins d'énergie et fait donc tourner le compresseur basse pression moins vite.

Sur le schéma si dessous vous pouvez voir en vert le couple compresseur/turbine basse pression et en bleu le couple compresseur/turbine haute pression.
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A la sortie du compresseur basse pression, l'air chaud, réparti tout autour de l'axe central des différents éléments, converge dans un seul tube appelé tuyère. Cette tuyère permet d’évacuer les gaz chauds sous pression en leur donnant le maximum de vitesse et ainsi d'obtenir le maximum de poussée.
Pour conclure sur les différents éléments du turboréacteur, voici un schéma récapitulant les différentes parties du turboréacteur. Vous y remarquez probablement ce flux d'air représenté en bleu qui passe autour des différents éléments internes du turboréacteur. Il s'agit d'un flux caractéristique d'un turboréacteur double flux, terme qui sera expliqué dans la partie les différents types de réacteurs qui suit.
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II. Les différents types de réacteurs.

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Il existe quatre types de moteurs à réaction encore utilisés de nos jours sur des avions :
 - Le turboréacteur mono flux
 - Le turboréacteur double flux séparés
 - Le turboréacteur double flux mélangés.
 - Le statoréacteur

Vous remarquerez que nous n'incluons pas le pulsoréacteur, moteur à réaction qui fut utilisé principalement par les V1 de l'Allemagne Nazi pour sa facilité de construction et son coût peu élevé. Ce type de moteur à réaction n'a connu aucune autre utilisation (si ce n'est dans l'aéromodélisme).

1 - Turboréacteur mono flux

Le turboréacteur mono flux ou encore simple flux. Dans ce turboréacteur, l'air entre dans la soufflante en un seul bloc, subit les étapes de la combustion décrites précédemment et en ressort toujours en un seul bloc. Cependant ce turboréacteur était très bruyant et avait une faible espérance de vie car il surchauffait, n'ayant pas de système de refroidissement performant.
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2 - Le turboréacteur double flux séparés

Le turboréacteur double flux séparés remplace le turboréacteur mono flux dans les années 60. Il a l'avantage de faire beaucoup moins de bruit mais également d'avoir une plus grande durée de vie. Dans ce turboréacteur, l'air qui entre dans la soufflante est divisé en deux flux. Le premier, appelé flux interne ou flux chaud, subit les étapes de combustion comme dans un réacteur mono flux tandis que le second, appelé flux externe ou flux froid, refroidit le turboréacteur et fournit la majeur partie de la poussée. Il représente d'ailleurs 85% de la totalité de l'air. Les deux flux d'air sont rejetés séparément à l'arrière du turboréacteur, le flux externe étant expulsé à une vitesse supérieure au flux chaud ralenti par les compresseurs et les turbines. Le turboréacteur double flux séparés est le moteur utilisé par tous les avions commerciaux.
On appelle taux de dilution le rapport entre la masse d'air froid et d'air chaud.
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Sur les deux photos de droite, vous pouvez voir un turboréacteur double flux séparés avec en bleu l'air froid et en rouge l'air chaud.

2.1 Turboréacteur double flux mélangés

 Le turboréacteur doubles flux mélangés, fonctionne exactement comme le turboréacteur doubles flux séparées. Cependant, à la fin de la combustion du flux primaire, les deux flux se rejoignent et se mélangent dans la tuyère avant d'être éjectés. Ce procédé favorise la poussée de l'appareil. 
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3 - Le statoréacteur

Un autre type de réacteur est le statoréacteur. A la différence du turboréacteur, il ne comporte aucune pièce mobile telle que la soufflante, les compresseurs ou les turbines. La forme spécifique de son manche d'entrée permet de compresser l'air à la place des compresseurs équipés par les turboréacteurs. Le statoréacteur n'a pas besoin de turbines puisque ces dernières ne servent qu'à faire tourner soufflante et compresseurs.
Cependant, le statoréacteur n'étant pas équipé de soufflante, il ne peut pas aspirer l'air et donc fonctionner à vitesse nulle, c'est à dire faire avancer un véhicule à l'arrêt. Le véhicule doit atteindre la vitesse de 200 km/h grâce à un autre moteur pour que le statoréacteur puisse se mettre en route.
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Voici une vidéo qui présente le fonctionnement d'un turboréacteur double flux.
Il s'agit d'une vidéo publicitaire pour le turboréacteur LEAP, un turboréacteur double flux séparés construit par Safran et GE (General Electric) qui est actuellement sur les bancs d'essais. Contrairement aux turboréacteurs classiques, l'injecteur du LEAP se situe en dehors de la chambre de combustion, ce qui n'est pas représentatif des réacteurs classiques.
Il est intéressant de faire la différence entre les moteurs à réaction équipant les avions des moteurs-fusée équipés sur les engins du même nom.

Les moteurs-fusées, qu'on connait sous le nom de propulseur, comportent non seulement leur carburant (un équivalent du kérosène qui est utilisé par les moteurs d'avion) mais aussi son comburant c'est à dire l'air nécessaire à la combustion. En effet l'espace n'ayant pas d'oxygène, un moteur à réaction ne pourrait pas y fonctionner, n'ayant pas le comburant nécessaire pour alimenter la combustion. 
SOURCES
​Le réacteur et son fonctionnement:

Pdf ( crée par Jean-Claude Thevenin, Juin 2004 ) : 
- http://acam.asso.fr/histo/turbo.pdf

L'avionnaire :
- 
http://www.lavionnaire.fr/MotorTurboReact.php

Accrodavion ( site créé par Alain Roland ) :
- http://accrodavion.be/Accrodavions/lapropulsion4.html


Lefèvre :
-http://lefevre.y.free.fr/double_flux.htm

​Encyclopédie libre Wikipédia : 
- https://fr.wikipedia.org/wiki/Stator%C3%A9acteur

​
CompAir :
- http://www.compair.fr/About_Us/Compressed_Air_Explained--02What_happens_when_we_compress_air-q-.aspx
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