Turbojet engine

Embraer 170.

Le turboréacteur inventé par Charles Louvrié (brevet déposé en 1863) à du attendre Aout 1939 et le Henkel HE 178 avant de voler pour la première fois. Le 18 Aout 1942, Messerschmitt fit voler le ME 262, premier avion de série (plus de 1400 exemplaires produits) à exploiter un turboréacteur. Trop bruyant, trop gourmand, après une courte apogée dans les années 60, ce moteur fut abandonné par l’aviation civile, malgré des capacités intéressantes à très haute vitesse comme l’ont prouvés le Concorde et les applications militaires (Le Lockheed SR71 BlackBird est l'avion à turboréacteurs le plus rapide: il est capable d’atteindre Mach 3,5 soit plus de 4000 km/h!).

Petit schéma de principe pour comprendre ce qu’est un turboréacteur:


Le flux d’air qui arrive dans le moteur en A est aspiré et comprimé par le compresseur B. Du carburant est injecté et enflammé en C. L’énergie produite est récupérée par la turbine D. Les gaz sont ensuite expulsés dans la tuyère E. A noter : l’air chaud qui sort de la tuyère ne se mélange pas avec l’air froid de l’extérieur du moteur (des fluides de températures différentes se mélangent toujours difficilement), mais il se crée une zone de forte turbulence à la frontière entre les deux flux. En plus de nuire à la performance de l’avion, ces turbulences produisent énormément de bruit.

Le cas de la post combustion: sur certains moteurs à très haute performances, on injecte du carburant dans la tuyère E. Cela à pour effet d’augmenter encore les performances du moteur, Mais la consommation d’un moteur en mode postcombustion est catastrophique.

Ici, un Fokker 100 à Saint Exupery.

Here, an Fokker 100 in Lyon Saint Exupery.

La solution qui fut trouvée pour rendre ces moteurs moins bruyants et plus économe fut le turboréacteur à double flux, ou turbofan.
Le bruit étant en grande partie provoqué par la détente des gaz en sortie de réacteur, on ajoute une grosse hélice carénée (fan en anglais) devant pour « envelopper » les gaz d’échappement, et augmenter la poussée (et donc le rendement).
Fonctionnement:

Le flux d’air qui arrive dans le moteur en A est aspiré et comprimé par la soufflante B. Une partie de cet air est éjecté directement en C pour produire jusque 80% de la poussée pour un avion civile. Pour le fonctionnement de la turbine D, voir au dessus. En effet, pour simplifier, le turboréacteur à double flux n'est qu'un turboréacteur auquel on aurait ajouté un compresseur supplémentaire de grande taille, la soufflante. A noter tout de même que l’arbre principal est divisé en trois parties, ce qui permet trois vitesses de rotation différentes. Le cône E n’est pas un artifice inutile : il permet de lisser le flux et permet casser et ralentir les lignes de flux supersonique, ce qui évite des turbulences. De plus, le flux chaud est entouré par le flux froids. Deux flux de température différente ne se mélangent toujours pas, mais cela permet de réduire fortement les turbulences, et donc, le bruit produit.
Pour ce genre de moteur, on parle de taux de dilution. C’est le rapport entre le flux froid massique (dit secondaire) qui est généré par la soufflante, et le flux dit chaud massique (dit primaire) qui sort de la turbine. Ce taux est variable selon les moteurs. Elle est d'autant plus élevée que le moteur est destiné à voler à des vitesses faibles. Les moteurs militaires optimisés pour le vol supersonique peuvent avoir un taux de dilution en dessous de 1, alors que les moteurs utilisés pour propulser les avions civils, optimisés pour des croisières autour de 900Km/h ont des taux de dilution allant de 5 à 10.


747's 3rd engine.

Moteur N°3 d'un 747.


The turbojet engine was invented by Charles Louvrié (copy right in 1863). It needs to wait August 1939 with the Henkel HE 178 before to fly for first time. On 1942, August, the 18th Messerschmitt do the first flight of the ME 262, first serial airplane (more than 1400 built) to use a turbojet engine. Too noisy, too gourmand, after a short highlight during the 60’s, this engine was abandoned by civilians airplane, even if it can have interesting capacities on very high speed, like proved by Concorde and military applications (The Lockheed SR71 BlackBird is still the fastest turbojet engine airplane: it can fly at Mach 3,5 or more of 4000 km/h!).
Little scheme to understand how it works:


The air flow come on the engine in A and is sucked up and comprimed by the compressor B. Some fuel is injected and burned in C. The power delivered is got back by the turbine D. Then the gaz are expulsed by the nozzle E. To be noted: the hot flow that goes out the nozzle didn’t mix with the cold flow outside of the engine (different temperatures fluids cannot mix them easy), but a strong turbulence area is created on the frontier of the two flows. It decreases the airplane performance, and also made a lot of noise.

The post combustion case: on certain high performance engine, some fuel is injected on the nozzle E. It increase the performance of the engine, but the consumption in post combustion mode is very heavy.

CRJ100 turbofan.

Turbopropulseur double flux d'un CRJ100.

The solution founded to made these engines less noisy and more economic was the double flow turbojet engine, or turbofan.
The bigest part of the noise is due to the gaz detente on the nozzle exhaust. So, we add a big fan in front of the engine to « wrap » the exhaust gaz, and increase the engine performance.
Work:

The air flow come in to the engine in A, and is sucked and comprimed by the fan B. A large parts is directly ejected by C to product to 80% of the engine push for a civilian airplane. For the turbo jet engine D, see fonctionnement behind. In fact, to simplify, the double flow turbojet engine is only a turbojet engine for who we add a supplementary big compressor, the fan. To be précised: the principal driveshaft is divised in tree parts, it permise to obtain tree different speed. The cone E is not an inutile device : it permit to break and slow down the supersonic flow line, and avoid turbulence, so noise and bad work. Other point: the hot flow is surrounded by the cold flow. Two flow with different temperature still not mix, but it reduce strongly the turbulence, and so, the noise…
For this kind of engine, we speak about dilution rate (I don’t know if the English expression is really this one!). It is the relationship betwen the mass of the cold flow generated by the fan and the mass of the hot flow generated by the turbojet. This rate is variable between the engine. More the airplane is destined to have low speed, more this rate will be hight. The military engine, optimised for supersonic flight can have a dilution rate under 1, wihle the engine use on airliner, optimised to flight 900Km/h as dilution rate near 5 to 10.

Turbojet engine number 3 and 4.

Turbopropulseur double flux N° 3 et 4 d'un 747.

Turboprop: What it is and how does it work?

Qu’est ce qu’un turbopropulseur et comment ça marche?

Parler de turbopropulseur est un abus de langage. En effet, le mot vient de l’anglais « turboprop » qui est l’assemblage de turbo (pour la turbine) et propeller (pour l’hélice). Ainsi, nous comprenons que ce moteur est l’assemblage d’une turbine et d’une hélice.
L’idée de l’utilisation des turbopropulseurs remonte en 1939, aux U.S.A. quand J. Northrop débuta l'étude d’une turbine à gaz en remplacement du moteur à explosion pour propulser des avions. Mais en 1944, le turboréacteur fut mis au point avec succès avec le Messerschmitt ME262. La turbine à gaz fut donc oubliée au profit du turboréacteur pour alimenter l'hélice: Le turbopropulseur était né. Le premier turbopropulseur à atteindre le banc d'essai était le Rolls-Royce Trent en mars 1945. Il fut couramment utilisé sur tous type d’avions avant de céder la place au turbopropulseur à simple, puis à double flux. Un peu tombé en désuétude, il est de nouveau fortement sollicité de nos jours pour les avions de transport régionaux, de capacité réduite, ou les hélicoptères afin de répondre aux défis majeurs du rendement économique et des normes environnementales toujours plus serrées.
L’inconvénient de cette motorisation est qu’un appareil ainsi équipé est limité en vitesse par son hélice. La formation des ondes de choc sur les hélices est connu depuis les années 20, en effet, des recherches avaient été déjà faites sur des hélices tournant à grande vitesse. La vitesse de l'air frappant hélice est due non seulement à la rotation des pales mais également à la vitesse de l’appareil. A mesure que ces deux vitesses augmentent, l'extrémité des pales subies des ondes de choc transsoniques, ainsi à 800 km/h, un tiers de la longueur des pales est touché par ces ondes, diminuant l’efficacité de 50%! Il est couramment admis que cette vitesse est le plafond de vitesse pour un avion à hélice (même si le F-84 H atteindra tout de même 1050 km/h soit pratiquement Mach 1!) Le turbopropulseur est donc employé généralement sur des avions dont la vitesse n'excède pas 500 à 600 km/h, tels que les avions de tourisme ou les appareils de capacité réduite. On utilise aussi le turbopropulseur sur les hélicoptères. Il est intéressant de noter que c'est ce même phénomène qui limite la vitesse des hélicoptères à 400Km/h car l'hélice, en position horizontale, subit plus de contrainte.

Détail du fonctionnement :

Une partie de l’air poussé par l’hélice A pénètre dans le moteur en B. Ce flux est comprimé par le compresseur C.
Le flux arrive ensuite dans la chambre de combustion à flux inversé D, dans laquelle il est mélangé au carburant. Un système d’allumage provoque la combustion du mélange.
L’énergie ainsi crée est utilisée de deux façons :
-Elle entraine les turbines E qui transmettent une forte puissance et un régime de rotation élevé mais un faible couple au réducteur F. Celui-ci transforme cette énergie en forte puissance, régime de rotation modéré mais couple élevé.
-Elle fournie entre 10 et 15% de la poussée du moteur par échappement par la tuyère G.

What is a Turboprop, and how does it work? Turboprop is the assembly of a turbine and a propeller. The idea to use turbine engine to actione a proppler is borne on the U.S.A. in 1939, when J. Northop begin the studie of a gaz turbine to replace the traditional piston engine to propulse the airplane. But in 1944, the turboreacteur was succesfully built with the Messerschmitt ME262. So, the gaz turbine was forget and replaced by the turboréacteur to entrain the proppler: the turbopropulseur was born. The first one was the Rolls-Royce Trent in march 1945. It was largely used in all airplane type before to be replaced by a simple Flux, then to a double flux turbopropulseur. Forget during the 60's, it is strongly asked today for small and regional airplane, or for the hélicoptères in order to responde to the defial of the economical return and to the environmental law stronger every year. The less of thi kind of motor is that speed of the airplane equiped with it is limited by it's proppler. The formation of shock waves on the proppler is knew since the 20's, some research have proved that the air who strike the proppler turning at heavy fast is due to the rotation of the proppler, and also to the airplane speed. due non seulement à la rotation des pales mais également à la vitesse de l’appareil. As these two speeds increase, the extremity of pales undergone by transsoniques shock waves, so, at the speed of 800 km/h, one on three of the pales lenght is touched by these waves, this cause the lost of 50% of the efficacity! It's often admetted that this speed is the maximum speed for a proppler airplane (even if the F-84 H as reach 1050 km/h, nearly the sound wave speed!) The turbopropulseur is so generaly used on airplanes who dont go faster than 500 to 600 km/h, like tourism or small airplane. It's also used on helicopters. It is interessting to constate that it is the same phénomena who limite the helicopters speed to 400Km/h, because the proppler in horisontal position sudden more forces.

Working details:

One parts of the air flow pushed by the proppler A go in the engine by the open B. This air flow is comprimed by the compressor C. The flow arrived in the inversted stream combustion chamber D, in wich one it is mixed with carburant. Then, an ignition device burn this mix. The power delivred is used pf two manners:

-It made turn the turbines E, who transmitted a strong power and a hight regime of rotation but a low torque to the reducer F. This one is changing this energy in high power, low regim rotation, but hight torque.

-It furnish near 10 and 15% of the engine with the exhaust by the nozzle G.

Chambery airport

Chambery est historiquement la ville la plus importantes des Alpes Française. Elle dispose de son propre aeroport internationnal. Quasiement inutilisé hors saison, en hiver, il frôle la saturation...

Chambery is historically the most important town of the French Alpes. It's got its own international airport. Nearly not used during summer, in winter, it's nearly saturated...

Je me suis rendu aujourd'hui à cet aéroport pour voir le balais des vols charters.

Today, i went on this airport to see the charters works.

Pour les gens qui paient des impôts en France, regardez de quelle manière votre argent est dépensé...

Arrivée en hélicoptère...

For people whom paid any taxes in France, look how your money is spend... Arrived by helicopter...

Et petit jet privé, rentabilisé par un remplissage fabuleux... (je n'ai vu que 3/4 personnes monter à bord...)

And small private airplane, fully occupated (i've see nearly 3/4 guys coming inside...)

Pour mémoir, un airbus A319 tel que celui ci peut emporter de 107 à 129 passager...

For memory, an airbus A319 like this one can take inboard from 107 to 129 passengers...

Turbo-propre

L'avion est il si polluant que ça?
Je me suis rendu à Limoges en avion Lundi dernier. Le même jour, des collègues ont effectués le même déplacement, eux en voiture...
Sur ce trajet au départ de Lyon, l'avion à consommé 216 Kg de carburant dans le réservoir gauche, et 225 coté droit.
La masse volumique du kérosène étant d'environ 800kg/m3 à 20°C, je conclue que nous avons consommé environs 551 litres de kérosène.
447 Km de voyage, ce qui veux dire que nous avons consommé 123 litres par 100Km.
Mes collègues, eux, n'ont consommé qu'une moyenne de 7,5 litres par 100Km.
Au niveau écologique, la voiture est donc largement avantagée par ce calcul… Vraiment?
La voiture avait deux passagers (remplissage 5O%). Nous étions 35 dans l'avion (remplissage 45%)…

Par passagers, la consommation était donc de 3,75 litres par 100Km en voiture.
Par passager, l'avion, lui à consommé 3,52 litres par 100Km. Et pourtant, il était lui aussi loin du remplissage optimal...

Alors? L'avion pollue t il vraiment tant que ça? Et si c'était plutôt la manie que nous avons a vouloir nous déplacer sans arrêt qui était source de pollution?

As the airplanes are the biggest sources of pollution?
I was in Limoges on the last Monday by airplane. The same day, two team mates have done the same trip in car…
On this travel, departure from lyon, the airplane have burn 216 Kg of fuel in the left tank, and 225 on the right tank.

The fuel volumic masse is nearly 800kg/m3 at 20°C, so, we have burn 551 litre of fuel.

The travel is 447Km fare, it means that the fuel consumption it 123 litre for 100 Km.

My team mate have only burn 7,5 litre for 100Km.

For the environment, the car is so better than the plane… Really?

The car has two passengers (50% full). We are 35 in the plane (45% full)…

By passengers, the car consumption was 3,75 litre by 100Km.
For the plane, 3,52 litre by 100 Km… And it was also fare from it's optimal passengers load.

So? As the airplane is polluting a lot? And if it is ours comportment to always want to go in trip who is polluting?

New trip with Airlinair.

Aujourd'hui, grace a la gentillesse de l'équipage de mon vol Airlinair, j'ai pu assister à toute la phase de descente et atterissage depuis le cocpit, avec en prime les conversation radio de l'équipage!

Today, thanks to the team of my Airlinair's flight, i've assited to the whole down and landing process from the front cocpit, with in more the rodio conversation of the team!

After landing. Après l'atterissage.

En vol à plus de 10000 pieds. In flight, at more than 10000 foot.

Parcked in Limoges.

Vortex at the end of the wing.

Vortex en bout d'aile.

Go on board on the morning.

L'embarquement pour l'allé ce matin.

Changes in Limoges...

Il y à quelques années, l'aeroport de Limoges Bellegarde à été entièrement refait. Pour ceux qui ne l'ont pas vu depuis, en voici quelques photos.

In the few lasts year, Limoges Bellegarde was totally rebuilt. Found here some pictures for people who have know this airport in the past...