COMMENT FONCTIONNE UNE TURBINE À GAZ ? GRANDS PRINCIPES APPLICATIONS

GRANDS PRINCIPES Poussée = F W(V Jet -V vol ) V vol W V Jet W Froid Lent Petit Chaud Rapide Gros Drag Traînée 3 Gaz Quest-ce que la poussée? Quest-ce qui propulse un aéronef? Ou… Pas très moral… Pas infini…

Premier rappel: Les 2 e et 3 e lois de Newton F = masse dair par seconde (W) x changement de vitesse du jet dair (V jet - 0) W V jet F 3 e loi - À chaque action, une réaction égale et opposée F = -F 2 e 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 convergente Pression Vitesse Pression Vitesse Température Évolution du fluide à la sortie Augmentation ou diminution?

Quest-ce quon recherche? W V jet W V vol F = W x (V jet - V vol ) Une augmentation de la vitesse de lair à la sortie de la turbine Comment? Entrée En aspirant lair ambiant GRANDS PRINCIPES En comprimant lair aspiré Compresseur Tuyère déjection En détendant lair chaud qui acquiert une grande vitesse à la sortie Turbine En provoquant une explosion (combustion) de kérosène avec lair comprimé Chambre de combustion

GRANDS PRINCIPES Le fonctionnement dune turbine à gaz W V vol W V jet vitesse pression température élevée (causée par lexplosion) pression température vitesse Turbine entraîne le compresseur grâce à lénergie dégagée par lexplosion de lair 1 Arbre dentraînement Compresseur aspire et compresse lair 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 V jet > V vol Entrée dair froide et lente Poussée = F = W(V jet - V vol ) Proportionnel à V jet Jet chaud et rapide avec énergie cinétique ½ W V jet 2 GRANDS PRINCIPES Consommation de carburant = Proportionel à V jet 2 Le carburant $$$$

La solution à la consommation de carburant? Turbojet Turbofan GRANDS PRINCIPES Rappelez-vous ! F = W (V jet – V vol ) On augmente lentrée dair ! F = (V jet – V vol ) W RETOUR AU DÉBUT

Turbofan Avion civil APPLICATIONS F = W (V jet – V vol ) $$ $$$ Turbojet Avion militaire

APPLICATIONS Turboprop – petit avion à hélice F = W ( V jet – V vol ) Lorigine de la longueur des pales dhélicoptère… $ $ $ 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 dun pneu de voiture 9 pieds de diamètre Quelques chiffres (turbine à gaz – Airbus 340) Turbine et nacelle Poids de 16,000 livres W air = 2650 lb/s Au décollage, la consommation dessence est de 9 litres/seconde $$$$

LA TURBINE À GAZ - SYNTHÈSE Que fait quoi? Arbre dentraînement qui fait tourner le compresseur Compresseur aspire et compresse lair 2 Turbine entraîne le compresseur grâce à lénergie dégagée par lexplosion de lair 1 BANG! Explosion du gaz avec lair comprimée 3 W V vol W V jet Vitesse de lair Augmentation ou diminution Vitesse du jet Augmentation ou diminution

PRÊT POUR LE DÉCOLLAGE? RÉALISATION: JEAN-FRANÇOIS CHEVRIER SOURCE DES IMAGES: ROLLS-ROYCE PLC FORMATRICES: MONIQUE DUGAL, KATLEEN DESLAURIERS ET NADÈGE FIOT TIC DANS LENSEIGNEMENT AUX MOYENS ET GRANDS GROUPES FPE7650 PROGRAMME COURT EN PÉDAGOGIE DE LENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR AUTOMNE 2004