LES TURBOMACHINES
LES TURBOMOTEURS D'HÉLICOPTÈRE
- Turbine libre liaison centrale- Turbine libre liaison externe
- Chambre de combustion
Les différents turbomoteurs
Comme pour le turbopropulseur, le turbomoteur est composé d'une turbine à gaz identique à celle d'un turboréacteur simple flux sur laquelle a été rajoutée une turbine basse pression à un ou plusieurs étages qui entraîne par l'intermédiaire d'un réducteur les rotors de l'hélicoptère. Cette turbine à gaz est souvent à compresseur centrifuge ou axialo-centrifuge.
Il existe deux sortes de turbomoteurs :
- les turbomoteurs à turbine liée
- les turbomoteurs à turbine libre
Dans un turbomoteur à turbine liée la puissance mécanique est transmise par le même arbre au compresseur et à la charge utile (récepteur). Dans ce cas le compresseur et le récepteur ont la même vitesse de rotation, ce qui entraîne une mauvaise consommation spécifique en bas régime et la nécessité d'avoir un embrayage.
Aucun hélicoptère en production n'étant plus équipé de turbomoteur à turbine liée, il ne sera donc pas étudié dans ce chapitre.
Dans les turbomoteurs à turbine libre apparus dans les années 1970, les gaz sont détendus dans deux ensembles de turbines. Ce type de turbomoteur est de construction plus complexe, mais il permet une plus grande souplesse de fonctionnement (générateur et charge sont indépendants) et surtout une meilleure consommation spécifique. Les inconvénients de réponse à la demande de puissance plus lente sont maintenant compensés sur les moteurs modernes par l’électronique.
Turbomoteur à turbine libre
Principe de fonctionnement
La structure d'un tel turbomoteur comprend généralement deux modules :
- la turbine à gaz constituée d'un ou plusieurs compresseurs et d'une turbine appelée "turbine haute pression" à un ou plusieurs étages.
- puis une deuxième turbine (turbine de puissance) appelée "turbine libre" à un ou plusieurs étages qui entraîne le récepteur.
Cette turbine supplémentaire va transformer l'énergie cinétique et thermique des gaz d'échappement en énergie mécanique. Cette énergie mécanique est ensuite transmise aux rotors par l'intermédiaire d'un réducteur. La quasi-totalité de l'énergie est ainsi récupérée par la turbine libre, la poussée résiduelle en sortie de tuyère étant négligeable.
Turbine libre avec axe de liaison central
Pour étudier ce type de turbomoteur, le choix s'est porté sur l'Arrius 2B2 de Turboméca (SAFRAN), équipant l’hélicoptère bimoteur léger EC135 d’Eurocopter.
Longueur 116 cm, largeur 52 cm, hauteur 69 cm, poids 114 kg. Puissance au décollage 472 Kw.
Vitesse de l'arbre de sortie 6 000 tr/min.
La structure globale de l'Arrius 2B2 comprend :
- un générateur de gaz composé d'un compresseur centrifuge et d'une turbine haute pression.
- une turbine libre et un boîtier réducteur avec un arbre de sortie incliné à 28°.
L'axe reliant la turbine libre au réducteur passe à intérieur de l'axe de liaison de l'attelage compresseur/turbine haute pression.
Sur ce type de turbomoteur, la chambre de combustion annulaire est inversée.
Un calculateur électronique de régulation (E.E.C.U) assure les fonctions de démarrage automatique, protection surchauffe / surcouple / pompage / extinction et gestion de la durée de vie du moteur.
Turbine libre avec axe de liaison à l'extérieur de la partie chaude
C'est le principe du turbomoteur Arriel de Turboméca (SAFRAN), fabriqué en plusieurs versions, équipant les hélicoptères Dauphin, Ecureuil d'Eurocopter.
Ci-dessous l'Arriel 2C : longueur 101 cm, largeur 50 cm, hauteur 58 cm. Puissance au décollage 626 Kw.
Vitesse de l'arbre de sortie 6 000 tr/min.
La structure globale de l'Arriel 2C de conception très simple comprend :
- un générateur de gaz composé d'un compresseur axial, suivi d'un compresseur centrifuge et d'une turbine haute pression qui entraîne les deux compresseurs.
- une turbine libre et un boîtier réducteur avec un arbre de sortie situé en dessous de la partie chaude.
Ce turbomoteur comporte une chambre de combustion annulaire à injection centrifuge.
Vue en transparence d'un turbomoteur Turbomeca Arriel (SAFRAN), qui équipe l'hélicoptère français SA.365C Dauphin 2
Chambre de combustion à injection centrifuge
L'injection centrifuge est un brevet Turboméca. Une roue d'injection tournant à la même vitesse que le générateur de gaz met sous pression par la force centrifuge le carburant qui est ensuite projeté radialement dans la chambre de combustion. Ce qui permet d'avoir une qualité de pulvérisation très bonne à faible débit.
Ci-dessous le schéma de principe de fonctionnement d'une chambre de combustion à injection centrifuge.
Groupe auxiliaire de puissance ou Auxiliaire Power Unit
Les turbomoteurs sont également utilisés pour permettre d'alimenter au sol les différents systèmes de bord (énergie électrique, pressions pneumatiques et hydrauliques, climatisation). Ils peuvent être également utilisés en vol.
Ci-dessous, APS 3200 de Hamilton Sundstrand qui équipe les A318/A319/A320/A321 : longueur 125 cm, largeur 85 cm, hauteur 76 cm. Puissance 90 KVA. Poids 140 Kg.
