Qu'est-ce qu'un statoréacteur ?

Qu'est-ce qu'un statoréacteur ?

 

         Dans cette partie, nous allons expliquer le fonctionnement d'un statoréacteur, après avoir fait un petit rappel succinct de l'histoire des statoréacteurs et leur évolution depuis leur invention. Enfin, on parlera rapidement de la partie du statoréacteur qui nous intéresse dans ce projet numérique.

 

NASA X-43 (Source)

Un peu d'histoire

Un peu d'histoire smiley

 

       L'origine du statoréacteur remonte pratiquement aux débuts de l'aviation, dans un article publié par le français René Lorin, décrivant le principe d'un moteur à réaction sans pièce en mouvement ni hélice. N'ayant aucun moyen de mettre en œuvre son idée, du fait de l'impossibilité de propulser son statoréacteur a une vitesse suffisamment élevée pour qu'il puisse démarrer. Son idée tombe alors aux oubliettes. Elle est reprise par les américains qui font quelques expérimentations pour la NACA en 1927 et par les russes qui le découvrent en 1929. Ce n'est qu'au début des années trente qu'un brevet est déposé par René Leduc pour sa tuyère thermopropulsive. En 1936 est présenté officiellement le premier statoréacteur financé par le ministère de l'air, dénommé Leduc 010. Quelques années plus tard (en 1936), une théorie détaillée est publiée par Jean Villey, collaborateur de René Leduc.

                       

Figure 1 : Leduc 010 (Source)

         La seconde guerre mondiale suspend le projet, mais les vols d'essais du Leduc 010 sont repris après celles-ci, pendant seulement deux ans, mais ils sont optimistes pour la suite. Toutefois, les allemands, les américains et surtout les russes ont continués d'étudier ce mode de propulsion, et les soviétiques ont fait voler une fusée avec un statoréacteur en 1939. Quant aux américains, ils lancent en 1944 un grand programme militaire pour produire des missiles antiaériens avec des statoréacteurs.

         Même si pendant cette période, les statoréacteurs ont une applications plutôt tournée vers les missiles, un constructeur américain s'y intéresse en tant que propulseur d'appoint pour les avions, bien qu'il ne soit pas capable de décoller seul et qu'il doive donc être équipé d'un autre système de propulsion ou largué depuis un appareil porteur. Les années cinquante sont donc marquées par des appareils combinés comprenant un statoréacteur. Les Etats-Unis conçoivent alors le Lockheed P-80 Shooting Star en 1944 et les Russes le Lavochkin La-7S en 1946.

Lockheed P-80 Shooting Star

  Figure 2 : Lockheed P-80 Shooting Star (Source)

        Toutefois, ces modèles restent expérimentaux, et les modèles opérationnels arrivent plus tard. Le premier statoréacteur à s'élancer sans appareil porteur est le Nord 1500 Griffon II en 1957,qui atteint Mach 1,85 et le premier engin balistique à statoréacteur opérationnel est lancé en 1955.

Figure 3 : Nord 1500 Griffon II (Source)

Principe

Principe

 

      Un statoréacteur est un système de propulsion des aéronefs qui utilise le cycle thermodynamique classique compression/combustion/détente, et pour lequel la poussée est produite par éjection de gaz issus de la combustion d'un carburant, généralement le kérosène.

     

Composition du statoréacteur (Source)

      Il ne comporte aucune pièce mobile, d'où le terme "stato", ce qui fait de lui le plus simple des moteurs pour aéronef mécaniquement parlant. Il est composé d'un tube ouvert aux deux extrémités, dans lequel on injecte le carburant qui va se mélanger à l'air.

      L'air est injecté à vitesse supersonique dans l'entrée d'air (à gauche). Celle-ci permet de comprimer l'air en abaissant sa vitesse (théorème de Bernouilli). L'augmentation de pression s'accompagne d'une augmentation de température de l'air. L'air comprimé arrive alors dans la chambre de combustion avec une pression et température élevée et une vitesse réduite (Mach <1) et il est mélangé à du carburant pulvérisé par des injecteurs à l'endroit où la pression de l'air est maximale. Le carburant s'enflamme grâce à un système d'allumage et la combustion est entretenue grâce à des dispositifs appelés "accroches flammes". Cette combustion produit des gaz chauds en grande quantité, qui, en se détendant dans la tuyère, vont accélérer, provoquant une poussée significative.

                         

Principe du statoréacteur (source)

 

       La totalité des gaz est convertie en poussée efficace puisqu'il n'y a aucune turbine a actionner, donc le rendement sera maximal. Toutefois, le statoréacteur ne peut fonctionner à faible vitesse puisque pour obtenir une pression dynamique élevée, il est nécessaire d'avoir de très grandes vitesses.

      Enfin, les statoréacteurs fonctionnent avec des carburants variés sous différentes formes : liquides ou solides. Le solide est un propergol solide à faible taux d'oxygène brûlant dans un générateur de gaz, et les produits gazeux issus de ce générateur alimentent la chambre du statoréacteur et brûlent avec l'oxygène de l'air.

 

 

      Dans notre problème, on s'intéresse à la partie après la compression, au niveau de l'injection de carburant, donc la chambre de combustion, et on va regarder comment le kerosène injecté va se déplacer dans l'air à grande vitesse.