Turbopropulseur

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

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

Étymologie

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

Utilisation

Le turbopropulseur est particulièrement adapté aux avions dont la vitesse de croisière est comprise entre 300 et 800 km/h. Au-delà, la baisse du rendement aérodynamique de l'hélice, lié 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 fonctionnent.

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 mettre en rotation 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, avec les mêmes contraintes de vitesse maximum en bout de pale.

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 limite en bout de pale d’hélice.

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 fournit d'après la formule :

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

Avec :

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

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

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

Entreprises fabriquant des turbopropulseurs

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

General Electric, Ivtchenko-Progress ZMKB, Pratt & Whitney, Rolls-Royce, Safran Aircraft Engines ou Safran Helicopter Engines sont des entreprises fabriquant des turbopropulseurs.

Avions équipés

De nombreux aéronefs utilisent ce mode de propulsion, plus économe en carburant qu'un turboréacteur pour les vitesses de croisière moyennes.

On le trouve, entre autres, sur de gros aéronefs comme sur le bombardier Tu-95 Bear, l'avion moyen courrier ATR 72 ou l'avion de transport militaire A400M. D'autres aéronefs plus légers comme l'avion de transport Cessna 208 Caravan ou l'avion d'entrainement militaire Pilatus PC-21 possèdent un turbopropulseur, leur permettant d'atteindre aisément des vitesses de l'ordre de 300 km/h pour le Cessna et 685 km/h pour le Pilatus.

Plusieurs entreprise aéronautiques produisent des avions à turbopropulseur, notamment Antonov, ATR, Canadair, CASA, Beechcraft, Embraer , Pilatus, Daher et Viking Air.

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

Articles connexes

• Turbomachine
• Propulsion des aéronefs
• Liste des moteurs d'avions
• Liste des motoristes aéronautiques par pays