Projet Turboreacteur

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But du projet

Le projet consiste donc à déterminer en chaque point repéré les conditions thermodynamiques :

▪ pression

▪ température

▪ débit,

puis de calculer en phase finale :

▪ la poussée du primaire

▪ la poussée du secondaire

▪ la poussée du réacteur

▪ la consommation spécifique de carburant (kg/kW/h)

▪ la puissance mécanique.

Le calcul doit être repris par bouclage successif, pour ajuster la quantité d’air nécessaire, pour avoir la poussée indiquée. En effet, dans un avant projet, quelle que soit la poussée demandée, on effectue le calcul unitairement, c’est à dire que l’on calcule la poussée correspondant à la consommation d’1 kg de combustible (kérosène) et de comburant (air).

Il suffit ensuite de faire une règle de trois pour ajuster le débit à la poussée demandée.

I. Données et spécifications techniques

Ce petit turboréacteur à double flux doit avoir les spécificités suivantes :

▪ Faible consommation de carburant

▪ Non polluant (peu de fumées)

▪ Faible niveau de bruit

Rendements :

▪ Soufflante – partie flux secondaire : (isentropique = 0,83

▪ Primaire + 1er étage Basse Pression (BP) : (isentr. = 0,86

▪ Compresseur Haute Pression (HP) : (polytropique = 0,85

▪ Turbine HP : (isentr. = 0,87

▪ Turbine BP : (isentr. = 0,89

Pertes de charge :

▪ Entre le compresseur BP et HP : [pic]

▪ Entre la turbine BP et la tuyère primaire : [pic]

▪ Entre la soufflante et la tuyère secondaire : [pic]

▪ Entre la sortie du compresseur HP et l’entrée de la chambre de combustion : [pic]

Débits de refroidissement :

▪ 5% du débit du flux primaire sont pris à la sortie du compresseur HP

▪ 4% seront réintroduits devant la turbine BP

▪ 1% seront réintroduits après la turbine BP

Puissance d’entraînement des accessoires :

▪ 2% de la puissance de la turbine HP sert à entraîner les accessoires.

Données thermodynamiques :

P1 = 1,013 bar (pression atmosphérique)

Cp = 1 kJ/kg pour l’air

( = 1,4

rapport de pression soufflante : [pic]

étage BP : [pic]

étage HP : [pic]

Température entrée turbine HP : Tt6 = 1260 °C

Condition entre moteur et étage basse pression

Plan (1) : Pt1 = 1 bar Tt1 = 288,15 °K

Après un premier calcul du cycle, si l’on obtient un rapport de détente primaire inférieur à MF - 0,05 ou supérieur à MF + 0,02 , on ajustera la valeur du taux de dilution ( de façon à obtenir un rapport de détente compris entre ces valeurs.

Technologie :

▪ double flux

▪ double corps taux de dilution : ( = 5

Performance demandée : Poussée 450 daN au point fixe

III. Calculs

1. Calcul des pressions en (1), (2), (3), (3’) et (4)

En (2), juste avant la soufflante, on a : Pt2=Pt1=Patm=1 bar

Or nous connaissons le rapport de pression de la soufflante : [pic] PtF est la pression juste en aval de la soufflante, en (2’).

On a donc [pic] soit PtF=Pt2’=1,53 bar

Calculons maintenant la pression Pt3 à la sortie du compresseur BP.

Nous connaissons encore le rapport de pression : [pic]

On a donc [pic] soit Pt3=2,035 bar

Entre les points (3) et (3’), l’air passe par des « aubes redressatrices » qui ont pour rôle de redresser l’écoulement. En effet, le passage de l’air dans le compresseur BP dévie l’écoulement et sans ces aubes redressatrices, le flux n’arriverait pas dans le compresseur HP avec une incidence optimale.

La présence de ces aubes induit une perte de pression : entre la sortie du compresseur BP et l’entrée du compresseur HP, on a : [pic]

Donc [pic]

[pic]

ΔP ( 0,031 bar

Pt3’ = Pt3 - ΔP

Pt3’ = 2,035 – 0,031

Pt3’ = 2,004 bar

Calculons la pression Pt4 à la sortie du compresseur HP.

Nous connaissons le rapport de pressions [pic]

On a donc [pic]

Pt4 = 24,65 bar

2. Calcul des températures par bouclages successifs

En écoulement isentropique, le rapport des pressions est proportionnel au rapport des températures :

Pour la soufflante, on a : [pic] [pic]

soit [pic]

De même, pour le compresseur BP :

[pic]

Les rendements isentropiques étant donnés, on déduira alors de Tt2is et Tt3is les températures réelles Tt2 et Tt3.

Pour le compresseur HP, on procède différemment. On conserve les notations et les relations des écoulements isentropiques, mais on prend en compte les irréversibilités (frottements, chaleur…) en introduisant un rendement polytropique (poly. On obtient alors directement la température réelle Tt4 avec la formule suivante :

[pic]

Ces formules sont exactes, cependant ( varie avec la température. On est donc obligé de procéder par itérations successives.

La méthode est la suivante :

▪ On commence par prendre « arbitrairement » (=1,4 (air).

▪ On calcule avec cette valeur de ( la température recherchée : c’est le premier bouclage.

▪ On calcule alors la moyenne de cette température et de la température en amont de l’étage étudié.

▪ On relève la nouvelle valeur de ( correspondant à cette température moyenne. (La valeur de ( est obtenue graphiquement sur une abaque (voir annexe) ou grâce à un programme de calcul).

▪ On recalcule la température recherchée avec cette nouvelle valeur de ( : c’est le deuxième bouclage.

On continue cette méthode jusqu’à ce que la variation de ( entre les bouclages devienne très faible.

❑ Calculons la température Tt2’is par cette méthode.

|1er bouclage ((=1,4) |2ème bouclage ((=1,3931) |

|On trouve Tt2’is=324,179°K | |

|([pic] |Tt2’is = 323,706°K |

|(