Que sont les décrochages des compresseurs des moteurs à réaction et comment les éviter ?

Jan 24, 2024

Un décrochage du compresseur est généralement associé à une forte détonation et peut provoquer des flammes sortant de l'échappement du moteur.

Vous devez avoir entendu parler, voire avoir vécu, des calages de moteur dans une voiture. Mais saviez-vous que les moteurs à réaction souffrent également de décrochage ? Ces décrochages, ou plus précisément ceux du compresseur du moteur, sont causés par une instabilité du flux d’air à l’intérieur du moteur.

Le travail du compresseur dans un moteur à réaction est de comprimer l'air de l'admission. Cette compression provoque une augmentation de la pression de l'air. En même temps, cela réduit la vitesse de l’air. L'ensemble compresseur se compose de pales de rotor et de stators. Un stator suit chaque rotor. Les rotors sont les corps en mouvement, tandis que les stators restent statiques.

Lorsque le flux d'air traverse les rotors, il y a une augmentation nette de la vitesse du flux d'air et, à mesure qu'il est transmis aux stators, l'énergie cinétique qu'il contient est convertie en énergie de pression. Cela se fait en créant des passages divergents entre les pales du rotor et les stators.

Dans un moteur à réaction typique, l'augmentation de pression dans chaque couple rotor-stator est assez faible, d'environ 1,1 à 1,2:1. Cela signifie que pour atteindre un taux de compression de 20 : 1, par exemple, plusieurs rotors et stators seront nécessaires. Dans les moteurs de première génération, cela était réalisé sur un seul ensemble turbine à compresseur ou sur un seul corps. C'était l'une des principales raisons pour lesquelles ils étaient souvent sujets à des blocages.

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Comment se produit le décrochage ? Les pales du rotor du compresseur sont essentiellement de petits profils aérodynamiques comme les ailes. Pour cette raison, ils ont besoin que l’air circule sur eux avec un angle d’attaque optimal. Si cet angle est trop petit ou trop grand, les pales ne peuvent plus maintenir le flux d’air fluide à l’intérieur du moteur. L'angle d'attaque d'un rotor est généré par le régime du compresseur et la vitesse axiale du flux d'air..

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Les moteurs à réaction (en particulier ceux à bobine unique) ont des pales de rotor fixes pour offrir les meilleures performances à un régime très élevé. Lorsque le régime est bas, l'angle d'attaque sur la pale est perturbé et le flux d'air à l'intérieur du moteur tombe en panne. Il n'était pas rare que les moteurs des premières générations calent lors du roulage au sol, car les moteurs tournent en dessous du régime optimal pendant cette phase.

Pour vous donner un exemple de la façon dont cela fonctionne réellement, vous pouvez penser à un compresseur de moteur fonctionnant à un régime de 100 % (son régime optimal). Dans ces conditions, il peut comprimer l’air à un taux de compression de 20 : 1.

Cela signifie que, à mesure que l’air circule à travers l’ensemble compresseur, son volume devient de plus en plus petit. À la sortie, il est compressé à 20:1. Dans ce scénario, les pales étant optimisées pour fonctionner à 100 % du régime, les rotors peuvent obtenir un angle d'attaque optimal et le flux d'air reste fluide à l'intérieur du moteur.

Maintenant, disons que nous réduisons le régime du moteur à environ 50 %. Cela réduit la vitesse de l'ensemble compresseur et l'air qui y pénètre n'est plus comprimé à 20 : 1, mais, disons, il est comprimé à environ 8 : 1. Dans ce cas, le volume d’air le plus élevé traverse le compresseur à une vitesse ou une vitesse axiale plus élevée.

Cela perturbe l’angle d’attaque des pales et provoque une rupture du flux d’air à l’intérieur du moteur. De même, si le moteur peut tourner à un régime plus élevé que son régime de conception, disons 110 %, le flux d'air est plus comprimé.

Cela le fait voyager à travers le tambour du compresseur à une vitesse axiale plus élevée, ce qui fait que l'angle d'attaque des rotors dépasse l'optimum, provoquant une panne du flux d'air et entraînant un décrochage du compresseur.

Le décrochage en lui-même est une panne partielle du flux d’air. Lorsque le flux d’air s’interrompt complètement à l’intérieur du moteur, on parle de surtension du moteur. Les pilotes doivent réagir rapidement à un événement de décrochage pour éviter qu'une surtension ne se produise.

Comme établi, chaque fois que le flux d'air sur les pales se produit en dessous ou au-dessus de l'angle optimal, il se produit une panne du flux d'air qui provoque le calage du compresseur. Nous examinerons ici certaines conditions pouvant conduire au décrochage du compresseur.