turbine #3 Flashcards
- Peut-on comparer GTP et Turbofan ?
- En termes de poussée disponible (ou de puissance)
- En termes de
rendement propulsif
En termes de conception: oui
– Car les 2 systèmes s’appuies sur la mise en œuvre d’une
turbine à gaz comme source d’énergie principale.
– Car ils fournissent plus de poussée que la turbine à gaz qu’ils
utilisent comme générateur de gaz.
- En termes de poussée disponible (ou de puissance):
non
– Car ils sont destinés à des marchés différents.
– En croisière le rendement d’un GTP est constant en fonction de la vitesse tandis que celui du turbofan augmente
– En termes de
rendement propulsif:
le GTP est le plus efficace
des systèmes de
propulsion à basse
vitesse
Généralités sur les GTP
- La poussée d’un moteur à turbine peut être
augmentée par deux méthodes :
- Un turboréacteur développe la poussée en accélérant une petite masse d’air à très grande vitesse.
- Un turboprop développe la poussée en accélérant une grande masse d’air à une vitesse plus lente.
- La poussée d’un moteur à turbine peut être
augmentée par deux méthodes :
– Augmenter le débit massique d’air dans le moteur
– Augmenter la vitesse des gaz - F = M*A
Généralités sur les GTP
* À FF identique
- CSP
- L’efficacité du GTP est liée à
- À FF (fuel flow) identique, la Csp d’un GTP est de loin inférieure à celle d’un
turboréacteur classique, même si l’écart diminue avec un turbofan. - CSP
– Terme technique qui est utilisé pour quantifier le rendement
énergétique d’un moteur par rapport à sa puissance ou sa poussée.
– Il permet de comparer le rendement de moteurs différents. - L’efficacité du GTP est liée à l’usage de l’hélice qui communique très
facilement une vitesse à une grande masse d’air. - La puissance fournit par l’hélice correspond à 90% de la poussée ou puissance totale fournie par le GTP.
Généralités sur les GTP
* Le Réducteur :
- PT6 :
- Le Réducteur :
– Le régime de la turbine est entre 10,000 et 40,000 RPM
– Le régime hélice est entre 1,500 et 2,000 RPM
– Il faut donc un rapport de réduction compris entre 1/15 et 1/20 - PT6 :
– La turbine à gaz (compresseur/turbine HP) tourne à environ 45 000
tr/min
– La turbine libre reliée à l’entrée du réducteur tourne à environ 30
000 tr/min.
– L’arbre de l’hélice à la sortie du réducteur tourne entre 1700 et 2200
tr/min.
Généralités sur les GTP
- La régulation de carburant :
– GTP Conventionnel (90% de la flotte) :
– GTP Non conventionnel :
– GTP Conventionnel (90% de la flotte) :
* La sélection de puissance agit sur le FCU (fuel control unit)
– Qui agit sur le couple (TORQUE)
– La régulation hélice adapte ensuite le couple pour maintenir
NH constant.
– GTP Non conventionnel :
* La sélection de puissance agit sur l’angle de calage de l’hélice, la
régulation tachymétrique agit sur le FCU.
Généralités sur les GTP
* L’hélice du GTP :
– Du même type que celle d’un moteur à piston
* Mais compte tenu de la plage de vitesse de rotation réduite,
l’angle d‘attaque des pales doit pouvoir être modifié très rapidement.
* Les turboprops ont l’avantage d’être équipés d’une hélice à
vitesse constante, mise en drapeau et avec un reverse
– Qu’on ne retrouve pas normalement sur les avions à pistons
- La plupart des turboprops utilisent des hélices à vitesse constante, à pas variable.
– La vitesse (RPM de l’hélice)reste constante au cours de la plupart des régimes de vol, tandis que le pas de l’hélice est modifié selon la condition (par l’unité de vitesse constante ou CSU) ((Constant Speed Unit)
– Excepté dans le Beta (Below Effectif Thrust Angle) range, la vitesse de l’hélice demeure constante à n’importe quelle position du power lever par l’entremise
du prop governor.
Le β (beta) range se réfère à
- Le β (beta) range se réfère à la région
où l’hélice ne produit aucune poussée
ou une poussée négative
– « BETA » est l’abréviation de « below
effective thrust angle » et d’aller assez loin
dans cette direction permet d’inverser le
sens de poussée
– Utilisé le plus souvent en taxi, où la poussée
est commandée manuellement en ajustant
l’angle de la pale à l’aide du power lever.
Choix de la motorisation
Moteur à piston vs turboprop vs turbo soufflante
Moteur à piston
* Pour les avions dont la vitesse de croisière ne
dépasse pas 250 mi/h, le moteur à pistons est le
choix habituel de motorisation.
* Lorsqu’il faut une économie, à faible vitesse, le moteur à pistons est choisi en raison de son
excellente efficacité et coût relativement bas.
* Lorsqu’il faut des performances en altitude, le moteur turbochargé peut être choisi parce qu’il
est capable de maintenir une puissance élevée à
haute altitude
Turboprop
* Les moteurs à turbine sont plus rentables
économiquement à haute altitude
* Dans la gamme de vitesse de croisière de 180 à 350 mi/h, le turboprop fonctionne très bien
* Il développe plus de puissance par livre que ne le fait le moteur à piston
* Permettant ainsi une plus grande charge utile pour
les moteurs d’une puissance donnée
Turbosoufflante
* À partir de 350 mph pouvant atteindre Mach.8 –.9, les turbofan sont généralement utilisés pour les opérations
aériennes.
* Avion prévue pour fonctionner à Mach 1 ou plus sont alimentées par des turbofan à faible taux de dilution, avec des augmentateur de poussée.
* Le turbofan est un compromis entre la bonne efficacité de fonctionnement et les performances élevées d’un
turbopropulseur et la capacité de haute vitesse et de haute altitude d’un turboréacteur.
Dans une boite de
réduction de vitesse,
un engrenage est
généralement
composé?
3 types denture:
Le rapport de transmission ou le rapport
entre les vitesses d’entrée et de sortie, est
fonction du nombre de:
Dans une boite de
réduction de vitesse,
un engrenage est
généralement
composé d’un
pignon, la plus petite
roue crénelée, et
d’une roue ou une
couronneé.
Le type de denture
retrouvé la plus
communément sont
les dentures droites.
On peut également
retrouvé des dentures
hélicoïdales.
On retrouve
également les
dentures à chevrons
Le rapport de transmission ou le rapport
entre les vitesses d’entrée et de sortie, est
fonction du nombre de dentures retrouvée
sur les roues, de ce fait même, du
diamètre de chaque roue.
Théorie des engrenages
rapport de transmission
Un engrenage composé d’un pignon ayant 10
dentures et d’une roue ayant 20 dentures
aura un rapport de transmission de 10:20 soit
de 1:2.
Chaque rotation complète du pignon entraine
une demi-rotation de la roue. Autrement dit,
une vitesse angulaire d’entrée au pignon de
1000 RPM résultera en une vitesse angulaire
de sortie à la roue de 500 RPM.
Malgré le fait qu’il est possible d’accomplir une
grande réduction de vitesse à l’aide d’un engrenage
à deux éléments; ceci impliquera une différence
importante entre la grosseur de la roue et du
pignon.
engrenages
Ceci n’est pas pratique pour plusieurs
raisons:
L’assemblage le plus
communément réducteur
de vitesse à grand
rapport de transmission
est le:
o Dimension de la boite de réduction
o Masse de la boite de réduction
o Coût de fabrication
Pour réaliser une
grande réduction de
vitesse, on emploie
donc un train
d’engrenage à
plusieurs étapes de
réduction
L’assemblage le plus
communément réducteur
de vitesse à grand
rapport de transmission
est le train épicycloïdal
ou train planétaire
Un train d’engrenage
planétaire est composé
des éléments suivants:
o D’un planétaire
externe (couronne),
interne(pignon)
o De satellites
s’engrenant avec les
deux planétaires,
communément
appelé planète
Techniques de réduction de vitesse
Le train épicycloïdal
L’entrée et la sortie de puissance se trouvent
sur l’une des trois composantes suivantes:
La troisième composante, celle qui n’est ni
entrée, ni sortie de puissance devient?
o Le planétaire interne (pignon)
o Le planétaire externe (couronne)
o Le porte satellite
La troisième composante, celle qui n’est ni
entrée, ni sortie de puissance devient fixe.
Techniques de réduction de vitesse
Le train épicycloïdal
Avantages
Inconvénients
Avantages
o Rapport de
transmission élevé
par rapport au volume
et à la masse
o Rendement élevé
Inconvénients
o Complexe
o Nécessite une qualité
de fabrication
irréprochable
On retrouve des boites de réduction de
vitesses à plusieurs endroits dans un
moteur à turbine.
ur tout GTP, on retrouve un réducteur de
vitesse entre l’hélice et la turbine.
Sorties auxiliaires à différents rapports de transmission
pour les accessoires
moteurs:
o Démarreur/générateur
o Pompe à carburant
o Pompe à huile
o Pompe hydraulique
Réducteur en deux
étapes:
o Deux trains
épicycloïdals
o Planétaire externe fixe
o Entrée de puissance
planétaire interne
o Sortie de puissance
porte satellite
Système d’huile
quesque l’huile doit avoir?
utilité système huille?
- Pour garantir une température appropriée, l’huile est acheminée à travers des ?
- L’huile pour turbine à gaz doit avoir une viscosité
élevée pour une bonne capacité de charge, mais
doit également être d’une viscosité suffisamment
faible pour offrir une bonne fluidité. - Il doit également être de faible volatilité pour éviter
les pertes par évaporation aux hautes altitudes
auxquelles les moteurs fonctionnent. - L’une des principales fonctions du système d’huile dans les moteurs à turbine est de refroidir les
paliers (bearings) en évacuant la chaleur du palier en faisant circuler l’huile autour du palier. - Pour garantir une température appropriée, l’huile est acheminée à travers des refroidisseurs d’huile refroidis à l’air et/ou refroidis au carburant. Ce
système est également utilisé pour chauffer
(réguler) le carburant afin d’éviter la glace dans le
carburant.
Système d’huile
conception
- Réservoir d’huile
- Pompes à huile
- Pompes de récupération
- Filtres à huile de turbine
- Soupape de régulation de la pression d’huile
- Soupape de surpression d’huile
- Instrumentation du système de lubrification
- Systèmes de reniflard (vents)
- Jets d’huile
- Détecteurs de particules de métal magnétiques
Joint à labyrinthe
C’est quoi?
Pourquoi c’est utilisé?
Les turbines à gaz haute performance modernes utilisent des joints à gaz sec qui utilisent ?
- Joint à labyrinthe est un type de joint mécanique
(seal) qui fournit un chemin tortueux pour aider à prévenir les fuites. Un exemple d’un tel joint se trouve parfois dans le roulement d’un essieu pour aider à prévenir la fuite de l’huile lubrifiant le
roulement. - De nombreux moteurs à turbine à gaz, ayant des vitesses de
rotation élevées, utilisent des joints à labyrinthe en raison de
leur manque de friction et de leur longue durée de vie. - Les turbines à gaz haute performance modernes utilisent des joints à gaz sec qui utilisent des anneaux à ressort avec
un gaz inerte entre les faces des anneaux pour assurer l’étanchéité. Cela crée encore moins de friction et permet d’obtenir une étanchéité sans liquide. Cependant, ces moteurs présentent souvent des fuites d’huile détectables dans la chambre de compression. En effet, de nombreux
joints de moteurs de turbines à gaz fuient de par leur conception.
- Turbines liées :
on peut dire : - Désavantage :
– Les turbines de prélèvement et de puissance sont reliées
mécaniquement au même arbre.
– On parle aussi de GTP à entraînement direct
Puissance développée
par les turbines =
Puissance absorbée par le compresseur
Puissance absorbée par le réducteur
Puissance absorbée par l’hélice*
- Désavantage :
– Bruyant - Au sol hélice tourne à grande vitesse
– Démarrage plus exigeant
– Démarrage Full fine - Au lieu de feather
- Turbines libres
– Les turbines de puissance sont indépendantes des
turbines compresseur
– L’entraînement de la turbine de puissance est réalisé
par l’air en mouvement
– Il existe un réducteur entre la turbine de puissance et
l’hélice
- Le design d’une turbine libre permet au pilote
de sélectionner une vitesse d’hélice (RPM),
quel que soit RPM moteur de base
– ITT/EGT indicator
– Torquemeter
– Nh Propeller tachometer
– Ng (gas generator) tachometer
– Fuel flow indicator
- Turbines mixtes
– Principalement sur les moteurs de forte puissance
d’ancienne génération
Turbine liée vs libre
Turbine liée :
– Par variation de l’angle
de calage on fait varier
la puissance absorbée
par le compresseur d’où
:
* Risque de pompage ++
* Limitation EGT +
- Turbine libre :
– Même principe de
fonctionnement qu’un
réacteur classique
– Selon la FCU le temps de
réponse sera plus long
que pour une turbine liée.
Propfan : (Soufflante non-carrené)
– Avantage :
– Désavantages :
– Avantage :
* Le fait que la soufflante ne soit pas carénée permet d’en
augmenter le diamètre et ainsi d’augmenter le taux de dilution.
* La réduction de consommation en carburant est de l’ordre de
20 %.
– Désavantages :
* Cette absence de carénage autour de la soufflante pose un
problème au niveau du bruit généré, qui ne peut plus être
bloqué par la nacelle.
* Rien n’empêche une pale cassée de la soufflante de
transpercer le fuselage ou les ailes de l’aéronef.
