Les moteurs d’avion – Généralités

Un avion de ligne a besoin d’une grande puissance moteur, pour générer une vitesse sufisente por le faire décoller, ces moteurs qui sont des pièces d’horlogerie de haute technologie trés complexe sont conçus par des sous-traitants spécialisés. 

les constructeurs d’avions comme Airbus, Boeing…etc, ne fabriquent pas eux-mêmes les moteurs pour leurs avions c'est sous-traiter par l'un des plus gros producteurs de moteurs à réaction, de turbopropulseurs et de turbomoteurs.on trouve parmi eux les célèbre motoriste : 

Rolls-Royce    

General Electric         

 

Pratt & Whitney           

      Snecma                  

cest les principaux fournisseurs des moteurs d'avions de ligne modernes.

Utilisation des moteurs au Roulage

Les moteurs d'avions sont utilisés pour la propulsion en l’air qu’au roulage au sol. c'est la phase précédant le décollage pendant laquelle l'aéronef se déplace au sol en utilisant une faible poussée des moteurs afin de quitter son point de stationnement pour rejoindre la piste de décollage et, inversement, celle où l'aéronef quitte la piste d'atterrissage pour rejoindre son point de stationnement.

Utilisation des moteurs au décollage

Le décollage est une suite d'actions qui inclut l'alignement sur la piste, l'accélération, la rotation, le décollage proprement dit, la montée initiale accompagnée de la rentrée du train et des éléments hypersustentateurs. Cette phase du vol est critique en raison du grand nombre d'actions à effectuer, de la manœuvrabilité de l'appareil limitée par la faible vitesse et l'absence de réserve de puissance pour cela les pilotes mettent généralement plein gaz pour faire décoller l’avion le plus vite possible,mais quand la piste est longue et que l’avion est peu chargé, le décollage s’effectue souvent avec une puissance légèrement réduite, de façon à diminuer la consommation et l’usure des moteurs.

La croisière est la phase du vol située entre le décollage et l'atterrissage. Elle inclut la montée vers l'altitude de croisière et la descente en vue de l'atterrissage.

Lors de cette phase, l'aéronef atteint une vitesse, dite vitesse de croisière, correspondant au régime des moteurs prévu pour la partie courante d'un vol, c'est-à-dire sans la phase de montée et d'approche en vue de l'atterrissage. L'aéronef suit un trajet dans une configuration optimale du point de vue de sa consommation en carburant.

Toutes les surfaces de contrôle extensibles (dispositif hypersustentateur) de même que le train d'atterrissage, si cela est possible, sont rétractés au maximum pour éviter toute traînée intempestive afin de réduire la consommation des moteurs.

En phase de descente, les pilotes réduisent les poussées moteurs jusqu'au ralenti, la perte d’altitude faisant prendre naturellement de la vitesse à l’avion.

En phase d’approche, les pilotes ajustent la puissance moteure pour avoir une bonne pente de descente , ainsi qu’une bonne vitesse.

Les poussée moteurs et l'altitude

Pour les longs courriers (A330, B 747...) les vitesses dépendent de l'altitude et donc de la destination. Sur un Paris Londres, l'avion ne montera pas haut donc n'ira pas vite et la poussée moteur est réduite par contre sur un paris New york, l'avion montera à haute altitude (13000 m) et aura moins de résistance à l'air et montera à 850-900 km/h en vents contraires et 900-950 km/h en vents portants, voire même pour certains - Boeing 747 SP avec 200 passagers seulement jusqu'à 1150 km/h !). 

à noter que ces vitesses sont indicatives ils dépendent de la puissence du vent. En altitude, les vents peuvent atteindre les 300km/h. avec un vent venant de l’arrière, un avion peut augmenter considérablement sa vitesse par rapport au sol.

Risque aviaire

Le « risque aviaire » désigne le risque de collision entre des oiseaux et les aéronefs. Ces chocs ne présentent généralement pas un risque fatal pour un appareil, mais ils peuvent parfois provoquer des catastrophes aériennes.

Les accidents sérieux se produisent lorsque l’oiseau percute le pare-brise ou est aspiré par les réacteurs. Ce type de collisions avec des avions civils génère chaque année dans le monde des coûts estimés, en 2000, à 1,2 milliard de dollars11.

Pour réduire ce risque, des dispositifs sont mis en place pour éloigner les oiseaux des aéroports, des études sont menées sur les populations aviaires autour des aéroports, et les constructeurs aéronautiques renforcent les parties les plus exposées de leurs appareils et les moteurs. L’un des incidents les plus connus est le Vol 1549 US Airways le 15 janvier 2009 où un Airbus A320 au décollage de l’aéroport de LaGuardia percute un groupe de bernaches, ce qui éteint presque les deux réacteurs et oblige l’avion à amerrir d’urgence dans le fleuve Hudson, sans victimes.

Les réacteurs de nouvelle génération sont conçus pour fonctionner sous la pluie, la neige, par des températures très basses (en altitude de croisière, la température descend à environ -56°C). Les plus grands dangers pour les moteurs restent la grêle intense, les nuages de cendres ou les oiseaux, chaque année responsables d’extinctions en vol de moteurs.

Panne de moteur

Les avions commerciaux actuels sont capables de se maintenir même si un turboréacteur est en panne, souvent en ayant ingéré un oiseau. La situation peut devenir délicate si l’incident se produit au décollage pour un long vol. Hormis la surconsommation de carburant, l’inconnue sur l’étendue des dégâts et la probabilité d’une autre panne d’autant plus grave si elle concerne le même côté, la décision technique de poursuivre le vol ne semblent pas incompatibles avec les performances de l’appareil. Pour se poser immédiatement, il est nécessaire de vidanger quelques dizaines de tonnes de carburant[réf. nécessaire]. La pression économique est forte de continuer même si les aéroports de dégagement sont peu nombreux.

Le vol 143 Air Canada du 23 juillet 1983 est un exemple d’un Boeing 767 se retrouvant à court de carburant à la suite d’une erreur de calcul du remplissage des réservoirs qui a dû planer pour se poser sur une ancienne base militaire dans le Manitoba, sans victimes ; tout comme l’exemple du Risque volcanique du Vol 9 British Airways où un 747 a vu tous ses réacteurs s’éteindre en traversant le panache de l’éruption du Galunggung le 24 juin 1982, pour se poser en urgence à Jakarta après avoir redémarré une fois sorti des cendres.

Comment fonctionnent ces merveilleux engins

Il existe deux types de moteurs montés de nos jours sur les avions de transport :Le turbopropulseur : avions dits « à hélices » et le turboréacteur : avions dits « à réaction »

Le turboréacteur est un système de propulsion qui transforme l'énergie potentielle contenue dans un carburant, associé à un comburant qu'est l'air ambiant, en énergie cinétique permettant de générer une force de réaction en milieu élastique dans le sens opposé à l'éjection. Ce type de moteur est essentiellement utilisé sur les avions de type commercial ou militaire. La poussée générée résulte de l'accélération d'une certaine quantité d'air entre l'entrée (buse d'entrée d'air) et la sortie (tuyère d'éjection).
Afin d'injecter une quantité d'air suffisante en masse, un accroissement de la pression à vitesse à peu près constante est assuré par le compresseur d'entrée. Un important dégagement d'énergie est ensuite provoqué par la combustion d'un carburant, généralement du kérosène, dans l'oxygène de l'air qui traverse la machine. Une partie de l'énergie produite est récupérée par une turbine à gaz à la sortie de la chambre de combustion pour entraîner certains accessoires dont le compresseur situé juste en aval de l'entrée d'air, l'autre partie du flux chaud (additionnée ou non au flux froid suivant le type de réacteur) produit la poussée par détente dans la tuyère d'éjection.

Un turbopropulseur est un système de propulsion dont l'énergie est fournie par une turbine à gaz et dont la poussée principale est obtenue par la rotation d'une hélice multi-pales. Le terme français « turbopropulseur » est dérivé de l'anglais « turboprop », qui désigne une hélice (propeller) entraînée par une turbine.

Principe

Le turbopropulseur est une turbomachine et son mode de fonctionnement est proche de celui d'un turboréacteur cependant leur conception est diamétralement opposée :

• un turboréacteur produit le maximum de poussée en éjectant le maximum de gaz à la vitesse la plus élevée possible, par la tuyère ;
• un turbopropulseur met en rotation une hélice tout en perdant le minimum d’énergie dans les gaz d'échappement. Il est donc très similaire au fonctionnement du turbomoteur équipant les hélicoptères.

 

Par sa conception, le turbopropulseur obtient le maximum d'énergie possible pour faire tourner l'arbre de l’hélice, les gaz d'échappement ayant une température relativement faible et une vitesse d'éjection très réduite. Cette rotation de l'arbre moteur est renvoyée vers l'hélice au travers d'un réducteur mécanique. La poussée résiduelle d'échappement des gaz est faible (moins de 10 %), la majeure partie de la poussée étant produite par l'hélice avec un bien meilleur rendement qu'un réacteur classique, mais avec l'inconvénient de ne pas pouvoir approcher les vitesses supersoniques, du fait du risque de dépasser la vitesse limite en bout de pale d’hélice

La gamme des différents turboréacteurs est assez vaste, tout comme les valeurs de leur poussée. Dans la gamme des avions de transport civil, le plus petit turboréacteur, le TRS 18-1 de Safran Power Units (anciennement Microturbo), atteint entre 120 et 160 daN, tandis que le plus imposant, le GE90-115B, fabriqué par General Electric, développe plus de 40 000 daN13,15. Pour ce qui est des avions de combat, la gamme est beaucoup plus restreinte. Le Pratt & Whitney F119, l'un des réacteurs les plus puissants dans ce domaine, développe entre 9 800 et 15 600 daN, tandis que le Snecma M88 équipant le Dassault Rafale développe de 5 000 à 7 500 daN