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
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