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ESTACA 2ième Année du 2nd cycle - 2007

Conception des turbomachines aéronautiques Turbines et compresseurs Partie 1 : Notions de base

Clément DEJEU

ESTACA 4eme Année

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ESTACA 4eme année Aéro - 2010

Conception des turbomachines aéronautiques

Plan partie 1: notions de base de turbomachines

Définition et exemples de turbomachines aéronautiques • Classification

• historique

Rappels de thermodynamique (premier et second principes) • Notion de pertes

Ecoulements isentropiques

Equations de la mécanique des fluides

Notion de rendement • Rendement isentropique

• Rendement polytropique

Similitude ; coefficients adimensionnels • Débit réduit

• Condition de blocage

Relation fondamentale des machines tournantes: théorème d’Euler Ecoulement dans une grille fixe et dans une grille mobile

• Coefficient de pertes

Ordre de grandeurs (turbine et compresseur)

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Conception des turbomachines aéronautiques

Un turboréacteur est un système complexe…constitué de plusieurs turbomachines

Turbine HP

Compresseur BP

Compresseur HP Fan

Turbine BP

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Conception des turbomachines aéronautiques

Définition d’une turbomachine Ensemble mécanique comportant un axe de révolution avec une ou

plusieurs roues mobiles équipées d’aubes

Sous l’action de forces aérodynamiques, un échange d’énergie a lieu entre le fluide et le rotor mobile variation d’énergie (enthalpie totale)

Eléments incontournables dans le domaine de l’énergétique et de la propulsion

Nombreuses applications

• Propulsion aéronautique • Turboréacteurs, turbopropulseurs, Propfans, etc (restriction de ce présent cours)

• Turbopompes de moteur fusée, …

• Propulsion marine: hélices de bateau, Turbine marine

• Transports automobile: Turbocompresseur de moteur Diesel

• Organes de moteurs de camions, voiture

• Applications énergétiques: • Pompes, ventilateurs, réfrigération,…

• Génération électrique; turbine à gaz , usine marémotrice, éoliennes, hydroliennes

• Autres: • Pompe de cœur artificiel, turbine de roulette de dentiste; …

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Conception des turbomachines aéronautiques

Bref aperçu historique:

Aeolipile de Heron

Environ 100 Av JC

Turbine à gaz de Parsons (1923) 50000 kW rendement~30%; aujourd’hui 60%

Premiers Turboréacteurs

Whittle (GB) et Von Ohain (proto 1939)

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Conception des turbomachines aéronautiques

Classifications principales des turbomachines

Machines réceptrices Machines motrices

Compresseurs (HP)

ventilateurs

Pompes

hélices

Turbines haute pression

Turbines hydrauliques

éoliennes

=cte

=cte

Fluides utilisés:

• Gaz: air, vapeur H2O, NH3, Ar, He, Fréon

• Liquides: H2O, liquides cryogéniques, sang, hydrocarbures

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Conception des turbomachines aéronautiques

Classification des turbomachines d’après B. Lakshminarayana

« Consomme » de l’énergie « Produit » de l’énergie

Hélice

ventilateur

éolienne

Compresseurs – pompes - ventilateurs Turbine, moulin à vent

Compresseurs axiaux , mixtes et centrifuges turbines axiales , mixtes et centripètes

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Conception des turbomachines aéronautiques

Quelques exemples…

Fan

CoBP = Booster CoHP TuHP

TuBP

Turboréacteur Double corps HP/BP; double flux CFM56-7B

Taux de dilution ~6

OPR~25 à 30

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Conception des turbomachines aéronautiques

Turboréacteur CFM56-7 (1996); Motorisation B737

Une conception modulaire…

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Conception des turbomachines aéronautiques

Turbopropulseur: application aéronautique Source Lakshminarayana 1996