Avions propulsés - Powered aircraft

Un avion propulsé par Airbus A320

Un aéronef propulsé est un aéronef qui utilise une propulsion embarquée avec une puissance mécanique générée par un moteur d'aéronef quelconque.

La propulsion des aéronefs utilise presque toujours soit un type d'hélice, soit une forme de propulsion à réaction . D'autres techniques potentielles de propulsion telles que les ornithoptères sont très rarement utilisées.

Modes de propulsion

Ailes tournantes

Avion à hélice

Une hélice ou une hélice comprend un ensemble de petites pales aérodynamiques en forme d'aile disposées autour d'un moyeu central qui tourne sur un axe aligné dans le sens du déplacement. Les pales sont réglées à un angle de pas par rapport au flux d'air, qui peut être fixe ou variable, de sorte que la rotation de l'hélice crée une portance aérodynamique, ou poussée , vers l'avant.

Une conception de tracteur monte l'hélice devant la source d'alimentation, tandis qu'une conception de poussoir la monte derrière. Bien que la conception du poussoir permette un flux d'air plus propre sur l'aile, la configuration du tracteur est plus courante car elle permet un flux d'air plus propre vers l'hélice et offre une meilleure répartition du poids .

Les hélices contrarotatives ont une hélice rapprochée derrière une autre sur le même axe, mais tournant dans le sens opposé.

Une variante de l'hélice consiste à utiliser de nombreuses pales larges pour créer un ventilateur. De tels ventilateurs sont généralement entourés d'un carénage ou d'un conduit annulaire, comme les ventilateurs carénés .

De nombreux types de centrales électriques ont été utilisés pour entraîner des hélices.

Les premières conceptions utilisaient la force de l'homme pour donner aux ballons dirigeables un certain degré de contrôle, et remontent à Jean-Pierre Blanchard en 1784. Les tentatives pour réaliser un vol propulsé par l'homme plus lourd que l'air n'ont pas réussi jusqu'à ce que le Gossamer Condor de Paul MacCready en 1977.

Le premier vol propulsé d'un avion a été réalisé dans un dirigeable à vapeur par Henri Giffard en 1852. Les tentatives pour marier un moteur à vapeur léger et pratique à une cellule à voilure fixe pratique n'ont réussi que beaucoup plus tard, date à laquelle le moteur à combustion interne était déjà dominant.

Depuis le premier vol d'avion à voilure fixe propulsé par William Frost jusqu'à la Seconde Guerre mondiale , les hélices actionnées par le moteur à piston à combustion interne étaient pratiquement le seul type de système de propulsion utilisé. Le moteur à pistons est encore utilisé dans la majorité des petits avions produits, car il est efficace à basse altitude et à des vitesses plus lentes adaptées aux hélices.

Les moteurs à turbine n'ont pas besoin d'être utilisés comme jets (voir ci-dessous), mais peuvent être adaptés pour entraîner une hélice sous la forme d'un turbopropulseur . Les hélicoptères modernes utilisent également généralement des moteurs à turbine pour alimenter le rotor. Les turbines fournissent plus de puissance pour moins de poids que les moteurs à pistons et sont mieux adaptées aux avions de petite à moyenne taille ou aux types plus gros et plus lents. Certaines conceptions de turbopropulseurs montent l'hélice directement sur un arbre de turbine de moteur et sont appelées propulseurs .

D'autres sources d'alimentation moins courantes comprennent :

  • Les moteurs électriques, souvent utilisés pour les applications à courte portée, tels que les moteurs de soutien électriques avant pour les planeurs et autres types d' avions électriques . Certains types expérimentaux utilisent des panneaux solaires pour créer un avion à énergie solaire .
  • Les élastiques, enroulés plusieurs fois pour stocker de l'énergie, sont principalement utilisés pour les modèles volants.

Giravion

Les giravions ont des pales tournantes appelées rotor qui tourne dans le plan horizontal pour fournir une portance. La poussée vers l'avant est généralement obtenue en inclinant légèrement le disque du rotor vers l'avant de sorte qu'une partie de sa portance soit dirigée vers l'arrière ; ceux-ci sont appelés hélicoptères . Les autres giravions sont des hélicoptères composés et des autogires qui utilisent parfois d'autres moyens de propulsion, tels que des hélices et des jets.

Le rotor d'un hélicoptère peut, comme une hélice, être propulsé par diverses méthodes telles qu'un moteur à combustion interne ou une turbine à réaction. Des jets de pointe , alimentés par des gaz passant le long de pales de rotor creuses à partir d'un moteur monté au centre, ont été expérimentés. Des tentatives ont même été faites pour monter des moteurs directement sur les pointes de rotor.

Propulsion à réaction

Avions à réaction

Les moteurs à réaction à respiration artificielle fournissent une poussée en aspirant de l'air, en comprimant l'air, en injectant du carburant dans le mélange d'air comprimé chaud dans une chambre de combustion , l'échappement accéléré résultant est éjecté vers l'arrière à travers une turbine qui entraîne le compresseur. La réaction contre cette accélération fournit la poussée du moteur.

Un Boeing 777 à réaction qui décolle

Les moteurs à réaction peuvent fournir une poussée beaucoup plus élevée que les hélices et sont naturellement efficaces à des altitudes plus élevées, pouvant fonctionner au-dessus de 40 000 pieds (12 000 m). Ils sont également beaucoup plus économes en carburant à des vitesses de vol normales que les fusées . Par conséquent, presque tous les avions à grande vitesse et à haute altitude utilisent des moteurs à réaction.

Les premiers turboréacteurs et les turboréacteurs modernes utilisent un compresseur et une turbine en rotation pour fournir la poussée. Beaucoup, principalement dans l'aviation militaire, ajoutent une postcombustion qui injecte du carburant supplémentaire dans les gaz d'échappement chauds.

L'utilisation d'une turbine n'est pas absolument nécessaire : d'autres conceptions incluent le jet à impulsions brut , le statoréacteur à grande vitesse et le statoréacteur à combustion supersonique encore expérimental ou le scramjet . Ces conceptions mécaniquement simples nécessitent un flux d'air existant pour fonctionner et ne peuvent pas fonctionner à l'arrêt, elles doivent donc être lancées par une catapulte ou un propulseur de fusée, ou larguées d'un vaisseau-mère.

Les turboréacteurs J58 du Lockheed SR-71 étaient de conception hybride - l'avion a décollé et atterri dans une configuration de turbine à réaction pure, et pour le vol à grande vitesse, la postcombustion était allumée et la turbine contournée, avec 90% de la masse du flux d'air qui le contourne, pour créer un statoréacteur. Un peu d'air est toujours nécessaire pour traverser le noyau pour maintenir le fonctionnement et conserver l'énergie des générateurs et des pompes hydrauliques aux systèmes de l'avion

Le motorjet était une conception très ancienne qui utilisait un moteur à pistons à la place de la chambre de combustion, similaire à un moteur à pistons turbocompressé , sauf que la poussée est dérivée de la turbine au lieu du vilebrequin. Il est vite supplanté par le turboréacteur et reste une curiosité.

Avion propulsé par fusée

La propulsion des fusées offre une poussée très élevée pour un poids léger et n'a pas de limite de hauteur, mais souffre d'une consommation de carburant élevée et de la nécessité de transporter de l'oxydant ainsi que du propulseur.

Des avions propulsés par fusée ont été expérimentés et, pendant la Seconde Guerre mondiale, le chasseur Messerschmitt Komet a été développé et utilisé de manière opérationnelle. Depuis, ils se sont cantonnés à des niches spécialisées, comme le Bell X-1 qui a franchi le mur du son ou le North American X-15 qui était capable de voler à des altitudes extrêmement élevées à la frontière de l'espace car il ne dépendait pas des conditions atmosphériques. oxygène.

Les roquettes ont plus souvent été utilisées en complément du groupe motopropulseur principal, généralement dans le cas du décollage assisté par fusée pour donner plus de puissance à un avion lourdement chargé ou réduire la course au décollage. Dans un certain nombre de conceptions telles que le prototype d' intercepteur Saunders-Roe SR.53 à "puissance mixte", une fusée a été utilisée pour fournir une montée et une vitesse à grande vitesse pour atteindre la cible, tandis qu'un turboréacteur plus petit a fourni un retour plus lent et plus économique à la base. .

Ornithoptère

L'ornithoptère obtient la poussée en battant des ailes. Lorsque les volets de l'aile, par opposition au vol plané, continuent à développer une portance comme auparavant, mais la portance est tournée vers l'avant pour fournir une composante de poussée .

Des dispositifs de travail ont été créés pour la recherche en vol et comme prototypes, mais l'oscillation verticale du fuselage, qui a tendance à accompagner le battement d'aile, limite leur utilité. La seule application pratique est un faucon modèle volant utilisé pour congeler les proies dans le calme afin qu'ils puissent être capturés.

Les jouets sous la forme d'un oiseau modèle volant sont également populaires.

Méthodes d'alimentation de l'ascenseur

Un aéronef à voilure fixe obtient la portance du flux d'air au-dessus de l'aile résultant du mouvement dû à la poussée vers l'avant. Quelques autres types, tels que l' autogire à voilure tournante , obtiennent une portance par des méthodes similaires.

Certains types utilisent un système d'alimentation séparé pour créer une portance. Il s'agit notamment de l' hélicoptère à voilure tournante et des embarcations qui utilisent des jets de levage (par exemple, le lit volant ).

Une montgolfière nécessite une source d'alimentation (normalement un brûleur à gaz) pour le levage, mais n'est normalement pas considérée comme un "avion propulsé".

Voir également

Les références

Liens externes