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. Le terme français « turbopropulseur » est dérivé de l'anglais « turboprop », qui désigne une hélice (propeller) entraînée par une turbine.

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

Le turbopropulseur est particulièrement adapté aux avions dont la vitesse de croisière est comprise entre 300 et 800 km/h. Au-delà de cette vitesse, 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.

Le turbopropulseur est une turbomachine et son mode de fonctionnement est proche de celui d'un turboréacteur cependant leur conception est diamétralement opposée :

• un turboréacteur produit le maximum de poussée en éjectant le maximum de gaz à la vitesse la plus élevée possible, par la tuyère ;
• un turbopropulseur met en rotation une hélice tout en perdant le minimum d’énergie dans les gaz échappement. Il est donc très similaire au fonctionnement du turbomoteur équipant les hélicoptères.

Par sa conception, le turbopropulseur obtient le maximum d'énergie possible pour faire tourner l'arbre de l’hélice, les gaz d'échappements 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

On pourra remarquer qu'un turbopropulseur fournit une puissance, tandis que le turboréacteur fournit une poussée. En effet l'hélice étant en rotation, on connaît son régime (en tours par minute par exemple), ainsi que son couple. Or la puissance d'un couple s'écrit :

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

Avec ${\vec {C}}$ (en N·m), ${\vec {\Omega }}$ (en rad/s), et $P$ (en W).

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-kilo (mkg), ainsi qu'une constante :

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

Le General Electric T31General Electric T31, premier turbopropulseur testé sur banc d'essai.

Avions équipés

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

On le trouve, entre autres, dans de gros aéronefs comme sur l'A400M ou sur le Tu-95 Bear, avion possédant le plus puissant turbopropulseur jamais construit, le Kouznetsov NK-12 de 15 000 ch.

D'autres aéronefs plus légers comme le Pilatus PC-21 ou le Cessna 208 Caravan possèdent un turbopropulseur, leur permettant d'atteindre des vitesses supérieures à 300 km/h.

Annexes

Articles connexes

• Liste des motoristes aéronautiques par pays
• Airbus A400M