LES TURBINES :

1. ROLE :

Sur un GTR elle récupère une partie de l’énergie cinétique des gaz de combustion pour entraîner le compresseur et les accessoires.

Sur un GTP ou un GTM elle récupère la quasi totalité de l’énergie cinétique des gaz de combustion pour entraîner l’arbre de transmission, le compresseur et les accessoires.

2. DESCRIPTION

Les turbo-réacteurs utilisent des turbines axiales.

(Il existe des turbines centripètes utilisées sur des moteurs de faibles puissances.)

un étage de turbine se compose :

- D’une grille d’aube fixes, distributeur ou stator.

- D’une grille d’ailettes mobiles, roue de turbine ou rotor.

Le nombre d’étage dépend des besoins en énergie mécanique.

3. FONCTIONNEMENT

A la sortie de la chambre de combustion les gaz comprimés et très chaud se détendent dans la turbine.

Le stator utilise des profils déviateurs, à canaux convergents.

La vitesse V₁ est déviée et accélérée dans le canal convergent et devient V₂

Le rotor utilise des profils déviateurs à canaux convergents.

La vitesse relative d’entrée rotor W₂ est déviée et devient W₃ vitesse relative sortie rotor.

La vitesse de sortie axiale V₃ est égale à V₁ .

La vitesse V₂ entrée rotor est devenue V₃ , une partie de l’énergie cinétique a été récupérée par le rotor (vitesse de rotation U).

4.CONTRAINTES DE FONCTIONNEMENT ET MATERIAUX UTILISES

Les ailettes de rotor subissent les effets :

q De la force centrifuge Fc = m . w ². R = m . V ²/ R

Exemple : pour une seule ailette de 150g dont le centre de gravité est à 0,40m de l’axe de rotation, tournant à 12000 t/mn :

Fc = 0,150 . (2.p.12000/60 )² . 0,40 = 94652 N =9465 daN

q Des actions aérodynamiques, chimiques et thermiques des gaz

q Des vibrations.

Les aubes de stator subissent également les effets des actions aérodynamiques, chimiques et thermiques des gaz et des vibrations.

En augmentant la T.E.T (température entrée turbine ) on augmente le rendement global du moteur.

On utilise des superalliages d’aciers réfractaires hautes températures (980°C) à base nickel plus chrome, cobalt, titane, molybdène, tungstène pour les aubages et disques et à base cobalt plus chrome, nickel, tungstène pour les aubages stator du premier étage.(alliage René, Nimonic, Inconel)

Des composites c’est à dire des superalliages à base de nickel renforcés par une faible fraction volumique (6%) de fibres mono cristallines de carbure de niobium permettent des températures de fonctionnement jusqu’à 1100°C (composites Cotac, Nitac).

Des céramiques sont également étudiées pour la fabrications d’aubes ( néocéramique, pyrocarbone) ainsi que des whiskers et des fibres céramiques.

On refroidit la turbine par circulation d’air prélevé au niveau du compresseur HP

5.CONSTITUTION

les aubes fixes sont supportées par 2 anneaux ou par les 1 /2 carters.

Les ailettes mobiles sont soit directement taillées dans la masse (petites dimensions) soit rapportées et fixées sur un moyeu ou disque(fixation pied de sapin)

Pour réduire les vibrations et les pertes marginales certaines ailettes portent un plateau à leur sommet. La couronne formée par l’ensemble des plateaux est placée face à un joint abradable, afin d’améliorer l’étanchéité.

Chaque ailette est identifiée et pesé puis placée de façon à obtenir le meilleur équilibrage de l’ensemble.