Un turbopropulseur est un système de propulsion dont l'énergie est fournie par une turbine à combustion et dont la poussée principale est obtenue par la rotation d'une hélice multi-pales^[1].

L'EuroProp International TP400-D6, turbopropulseur destiné à l'Airbus A400M.

Étymologie

Le terme français « turbopropulseur » est composé de turbo (désignant la turbine à combustion) et du mot propulseur, ce qui décrit bien ce mot de propulsion^[1].

Historique

Alan Arnold Griffith publia un article sur la conception des turbines en 1926. Des travaux ultérieurs de la Royal Aircraft Establishment étudièrent des conceptions de turbines axiales pouvant être utilisées pour alimenter un arbre, puis une hélice. À partir de 1929, Frank Whittle a commencé à travailler sur des modèles de turbines centrifuges capables de fournir une poussée pure par jet^[2].

Le premier turbopropulseur au monde a été conçu par l'ingénieur mécanicien hongrois György Jendrassik^[3]. Jendrassik a publié l'idée sur les turbopropulseurs en 1928 et, le 12 mars 1929, il a breveté son invention. En 1938, il construisit une turbine à combustion expérimentale de petite taille (100 HP ; 74,6 kW)^[4]. Le plus grand Jendrassik Cs-1, avec une puissance prévue de 1 000 ch, a été fabriqué et testé aux Compagnies Ganz de Budapest entre 1937 et 1941. Il était conçu de manière à flux axial avec 15 étages de compresseur et 7 étages de turbine, une chambre de combustion annulaire et autres caractéristiques modernes. Initialement lancé en 1940, les problèmes de combustion limitaient sa puissance à 400 ch. En 1941, le moteur a été abandonné en raison de la guerre et l'usine a été confiée à la production de moteurs conventionnels. Le premier moteur à turbopropulseur au monde à être fabriqué en série a été conçu par un ingénieur allemand, Max Adolf Mueller, en 1942^[2].

Utilisation

Le turbopropulseur est particulièrement adapté aux avions dont la vitesse de croisière est comprise entre 300 et 800 km/h^{[alpha 1]}. Au-delà, la baisse du rendement aérodynamique de l'hélice, liée à l'écoulement transsonique ou supersonique en bout de pale, conduit à préférer le turboréacteur.

Principe

Principe de fonctionnement d'un turbopropulseur.

Passage de l'air dans un turbopropulseur en fonctionnement.

Le turbopropulseur est une turbomachine dont le fonctionnement est proche de celui d'un turboréacteur, bien que leur conception poursuive un objectif diamétralement opposé :

• un turboréacteur doit produire le maximum de poussée en éjectant le maximum de gaz à la vitesse la plus élevée possible, par la tuyère ;
• un turbopropulseur doit fournir le maximum de puissance pour la mise en rotation d'une hélice tout en perdant le minimum d’énergie dans les gaz d'échappement, afin de produire le déplacement d'un gros volume d'air le plus efficacement possible. Il est donc très similaire au fonctionnement du turbomoteur équipant les hélicoptères^[11], avec les mêmes contraintes de vitesse maximum en bout de pale^{[alpha 2]}.

Par sa conception, le turbopropulseur obtient le maximum d'énergie possible pour faire tourner l'arbre de l’hélice, les gaz d'échappement ayant une température relativement faible et une vitesse d'éjection très réduite. Cette rotation de l'arbre moteur est renvoyée vers l'hélice au travers d'un réducteur mécanique. La poussée résiduelle d'échappement des gaz est faible (moins de 10 %), la majeure partie de la poussée étant produite par l'hélice avec un bien meilleur rendement qu'un réacteur classique, mais avec l'inconvénient de ne pas pouvoir approcher les vitesses supersoniques, du fait du risque de dépasser la vitesse du son en bout de pale d’hélice^{[alpha 2]}.

Calcul de la puissance

Un turbopropulseur fournit une puissance pour faire tourner l’hélice, tandis que le turboréacteur fournit une poussée.

L'hélice étant en rotation, on connaît son régime (en tours par minute par exemple), et son couple ce qui permet d'en déduire la puissance fournie d'après la formule :

${\displaystyle P={\vec {C}}\cdot {\vec {\Omega }}}$

Avec :

• ${\displaystyle P}$ : la puissance (en W).
• ${\displaystyle {\vec {C}}}$ : le couple (en N·m),
• ${\displaystyle {\vec {\Omega }}}$ : la vitesse de rotation (en rad/s),

Si l'on souhaite obtenir la puissance ${\displaystyle P}$ en chevaux (ch), on utilisera le régime de rotation ${\displaystyle N}$ en tr/min, et le couple ${\displaystyle C}$ en mètre-kilogramme (m · kg), ainsi qu'une constante :

${\displaystyle P={\frac {C\cdot N}{716,5}}}$

Entreprises fabriquant des turbopropulseurs

Le General Electric T31, premier turbopropulseur testé sur banc d'essai.

Principales entreprises fabriquant des turbopropulseurs :

• États-Unis
  • General Electric
  • Pratt & Whitney
• Russie
  • Ivtchenko-Progress ZMKB
• Royaume-Uni
  • Rolls-Royce
• France
  • Safran Aircraft Engines^[12] ou Safran Helicopter Engines

Notes et références

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Turboprop » (voir la liste des auteurs).

Annexes