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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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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
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