L'efficacité des avions à réactions

Un avion à réaction (ou simplement à réaction) est un avion (presque toujours un aéronef à voilure fixe) propulsé par des moteurs à réaction

Alors que les moteurs des aéronefs à hélices atteignent généralement leur efficacité maximale à des vitesses et des altitudes beaucoup plus basses, les moteurs à réaction et les avions atteignent une efficacité maximale à des vitesses proches ou même bien supérieures à la vitesse du son Les avions à réaction naviguent généralement à une vitesse supérieure à environ Mach 0,8 ( 609 mph, 981 km / h ou 273 m / s) à des altitudes d'environ 10000 à 15000 mètres (33000 à 49000 pieds) ou plus.

L'idée du moteur à réaction n'était pas nouvelle, mais les problèmes techniques impliqués n'ont commencé à être résolus que dans les années 1930. Frank Whittle, inventeur anglais et officier de la RAF, a commencé le développement d'un moteur à réaction viable en 1928 1 et Hans von Ohain en Allemagne a commencé à travailler de manière indépendante au début des années 1930. En août 1939, le Heinkel He 178 propulsé par turboréacteur, premier avion à réaction au monde, effectue son premier vol. Une large gamme d'avions à réaction existe, à la fois à des fins civiles et militaires.

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Heinkel He 178, en août 1939, le premier avion au monde à voler uniquement sur turboréacteur

Caproni Campini N1 en vol

Le Gloster E28 décolle

Après le premier vol motorisé, un grand nombre d'usines de moteurs à réaction ont été suggérées. René Lorin, Morize, Harris ont proposé des systèmes pour créer un efflux de jet. 2 En 1910, l'inventeur roumain Henri Coandă a déposé un brevet sur un système de propulsion à réaction qui utilisait des gaz d'échappement de moteurs à pistons pour ajouter de la chaleur à un flux d'air par ailleurs pur comprimé par la rotation des pales de ventilateur dans un conduit. Il a été installé dans son Coandă-1910 mais cet engin n'a probablement jamais volé.

Au cours des années 1920 et 1930, un certain nombre d'approches ont été essayées. Une variété d'avions motorisés, turbopropulseurs, à impulsions et fusées ont été conçus. Les avions à réaction propulsés par fusée ont été lancés en Allemagne. Le premier avion à voler sous la puissance d'une fusée fut le Lippisch Ente, en 1928. 3 L'Ente avait auparavant été piloté comme planeur. L'année suivante, en 1929, l'Opel RAK.1 est devenu le premier avion fusée spécialement conçu à voler.

Le turboréacteur a été inventé en 1939, indépendamment par Frank Whittle et plus tard Hans von Ohain. Le premier avion à turboréacteur à voler était le Heinkel He 178, le 27 août 1939 à Rostock (Allemagne). Il s'agissait en grande partie d'une preuve de concept, car le problème du «fluage» (fatigue du métal causée par les températures élevées à l'intérieur du moteur) n'avait pas été résolu et le moteur a rapidement grillé.

Le premier vol d'un avion à réaction à attirer l'attention du public est le prototype de motorjet italien Caproni Campini N.1 qui a volé le 27 août 1940. 5 C'était le premier avion à réaction reconnu par la Fédération Aéronautique Internationale (à l'époque le Le programme allemand He 178 était toujours tenu secret). Campini avait proposé le motorjet en 1932.

L'expérimental britannique Gloster E.28 / 39 a pris son envol le 15 mai 1941, vol en avion de chasse propulsé par le turboréacteur de Sir Frank Whittle. 6 Les États-Unis ont produit le Bell XP-59A en utilisant deux exemples d'une version du moteur Whittle construit par General Electric, qui a volé le 1er octobre 1942. Le Meteor était le premier biréacteur de série car il est entré en production quelques mois avant le Me 262, citation nécessaire qui était elle-même en développement depuis avant le début de la guerre sous le nom de Projekt 1065.

Reproduction moderne du Me 262 en vol en 2006. Premier turboréacteur opérationnel, le Messerschmitt Me 262 est entré en service en avril 1944.

Le premier chasseur à réaction opérationnel était le Messerschmitt Me 262, 7 fabriqué par l'Allemagne pendant la Seconde Guerre mondiale, qui est entré en service le 19 avril 1944 avec Erprobungskommando 262 à Lechfeld juste au sud d'Augsbourg. C'était l'avion conventionnel le plus rapide de la Seconde Guerre mondiale - bien qu'il y ait eu des avions plus rapides propulsés par des moyens non conventionnels, tels que le Messerschmitt Me 163 Komet propulsé par fusée Le Messerschmitt Me 262 avait volé pour la première fois le 18 avril 1941, avec des plans initiaux élaborés par L'équipe de conception du Dr Waldemar Voigt en avril 1939, mais la production de masse ne débuta qu'au début de 1944 avec les premiers escadrons opérationnels cette année-là, trop tard pour un effet décisif sur l'issue de la guerre.

Gloster Meteor F.3s. Le Gloster Meteor a été le premier chasseur à réaction britannique et le seul avion à réaction des Alliés à réaliser des opérations de combat pendant la Seconde Guerre mondiale.

À peu près à la même époque, au milieu de 1944, le Gloster Meteor du Royaume-Uni était engagé dans la défense du Royaume-Uni contre la bombe volante V-1 - elle-même un avion à impulsions et ancêtre direct du missile de croisière - puis des opérations d'attaque au sol au-dessus de l'Europe. dans les derniers mois de la guerre. En 1944, l'Allemagne a mis en service le bombardier et de reconnaissance à réaction Arado Ar 234, bien que principalement utilisé dans l'ancien rôle, avec le chasseur léger à jet unique Heinkel He 162 Spatz lancé à la fin de 1944. L'URSS a testé son propre Bereznyak-Isayev BI-1 en 1942, mais le projet a été abandonné par Joseph Staline en 1945. La marine impériale japonaise a également développé des avions à réaction en 1945, y compris le Nakajima J9Y Kikka, une version modifiée et légèrement plus petite du Moi 262 qui avait des ailes repliables. À la fin de 1945, les États-Unis avaient mis en service leur premier chasseur à réaction, le Lockheed P-80 Shooting Star, et le Royaume-Uni son deuxième avion de chasse, le de Havilland Vampire.

Le Boeing 737-300, qui fait partie de la famille Boeing 737, est l'avion à réaction le plus produit qui soit encore en service.

Les États-Unis ont mis en service le B-45 Tornado nord-américain, leur premier bombardier à réaction, en 1948. Bien que capable de transporter des armes nucléaires, il a été utilisé pour la reconnaissance au-dessus de la Corée. Le 8 novembre 1950, pendant la guerre de Corée, le lieutenant Russell J.Brown de l'US Air Force, volant dans un F-80, a intercepté deux MiG-15 nord-coréens près de la rivière Yalu et les a abattus dans le premier -jet dogfight dans l'histoire. Le Royaume-Uni a mis en service l'Anglais Electric Canberra en 1951 en tant que bombardier léger.Il a été conçu pour voler plus haut et plus vite que n'importe quel intercepteur

BOAC Comet 1 a été le premier avion de ligne à réaction

Boeing 707

La BOAC a exploité le premier service à réaction commercial, de Londres à Johannesburg, en 1952 avec l'avion de ligne de Havilland Comet Cet avion très innovant voyageait beaucoup plus vite et plus haut que l'avion à hélice, était beaucoup plus silencieux, plus fluide et avait des ailes élégantes mélangées contenant des moteurs à réaction cachés . Cependant, en raison d'un défaut de conception et de l'utilisation d'alliages d'aluminium, l'avion a subi une fatigue catastrophique du métal qui a entraîné plusieurs accidents. 8

La série d'accidents a donné le temps au Boeing 707 d'entrer en service en 1958, ce qui a dominé le marché des avions de ligne civils. Les moteurs suspendus se sont avérés avantageux en cas de fuite de propulseur, et le 707 avait donc un aspect assez différent du Comet: le 707 a une forme qui est effectivement la même que celle des avions contemporains, avec une similitude marquée encore évidente aujourd'hui exemple avec le 737 (fuselage) et l'A340 (monocylindre, aile en flèche, quatre moteurs sous l'aile).

Les avions à turboréacteurs ont commencé à entrer en service dans les années 1950 et 1960, apportant une efficacité énergétique beaucoup plus élevée, et c'est le type d'avion largement utilisé aujourd'hui.

Le transport supersonique Tu-144 était l'avion à réaction commercial le plus rapide à Mach 2,35 (1 555 mi / h, 2 503 km / h). Il est entré en service en 1975, mais a rapidement cessé de voler. L'avion Mach 2 Concorde est entré en service en 1976 et a volé pendant 27 ans.

L'avion à réaction militaire le plus rapide était le SR-71 Blackbird à Mach 3,35 (2275 mi / h, 3661 km / h).

La plupart des gens utilisent le terme `` avion à réaction '' pour désigner les moteurs à réaction à air comprimé à turbine à gaz, mais les fusées et les scramjets sont également propulsés par propulsion à réaction.

Les missiles de croisière sont des avions à réaction sans pilote à usage unique, propulsés principalement par des statoréacteurs ou des turboréacteurs ou parfois des turbosoufflantes, mais ils auront souvent un système de propulsion de fusée pour la propulsion initiale.

L'avion à réaction le plus rapide est le scramjet X-43 sans pilote à environ Mach 9-10.

L'avion habité (fusée) le plus rapide est le X-15 à Mach 6,85.

La navette spatiale, bien que beaucoup plus rapide que le X-43 ou le X-15, n'était pas considérée comme un avion pendant l'ascension car elle était transportée de manière balistique par la poussée de la fusée plutôt que par l'air. Lors de la rentrée, il a été classé (comme un planeur) comme un avion non motorisé. Le premier vol a eu lieu en 1981.

Il existe des combinaisons d'ailes à réaction - propulsées par des modèles réduits de moteurs à réaction - mais de courte durée et devant être lancées en hauteur. dix

En raison de la façon dont ils fonctionnent, la vitesse d'échappement typique des moteurs à réaction est transsonique ou plus rapide, par conséquent, la plupart des avions à réaction doivent voler à des vitesses élevées, soit supersoniques, soit des vitesses juste en dessous de la vitesse du son ("transsonique") pour être efficaces. vol. L'aérodynamique est donc une considération importante.

Les avions à réaction sont généralement conçus en utilisant la règle de la zone de Whitcomb, qui dit que la surface totale de la section transversale de l'avion à tout point le long de l'avion à partir du nez doit être approximativement la même que celle d'un corps Sears-Haack forme A avec cela la propriété minimise la production d'ondes de choc qui gaspilleraient de l'énergie.

Les différents types sont utilisés à des fins différentes.

Les roquettes sont le type le plus ancien et sont principalement utilisées lorsque des vitesses extrêmement élevées ou des altitudes extrêmement élevées sont nécessaires. En raison de la vitesse d'échappement extrême, typiquement hypersonique, et de la nécessité de transporter un comburant à bord, ils consomment le propulseur extrêmement rapidement. Pour cette raison, ils ne sont pas pratiques pour le transport de routine.

Les turboréacteurs sont le deuxième type le plus ancien; il a une vitesse d'échappement élevée, généralement supersonique, et une faible section frontale, et est donc mieux adapté au vol à grande vitesse, généralement supersonique. Bien qu'autrefois largement utilisés, ils sont relativement inefficaces par rapport aux turbopropulseurs et aux turbosoufflantes pour le vol subsonique. Les derniers grands avions à utiliser des turboréacteurs étaient les transports supersoniques Concorde et Tu-144.

Les turboréacteurs à faible contournement ont une vitesse d'échappement inférieure à celle des turboréacteurs et sont principalement utilisés pour les vitesses soniques élevées, transsoniques et supersoniques basses. Les turboréacteurs à double flux élevé sont utilisés pour les avions subsoniques et sont assez efficaces et sont largement utilisés pour les avions de ligne.

Les avions à réaction volent considérablement différemment des avions à hélices.

Une différence est que les moteurs à réaction réagissent relativement lentement. Cela complique les manœuvres de décollage et d'atterrissage. En particulier, lors du décollage, les moteurs d'avion à hélices soufflent de l'air sur leurs ailes, ce qui donne plus de portance et un décollage plus court. Ces différences ont attrapé certains des premiers pilotes de BOAC Comet. 8

L'est l'efficacité, en pourcentage, avec laquelle l'énergie contenue dans le propulseur d'un véhicule est convertie en énergie utile, pour remplacer les pertes dues à la traînée d'air, à la gravité et à l'accélération. Elle peut également être exprimée en proportion de l'énergie mécanique réellement utilisée pour propulser l'aéronef. Il est toujours inférieur à 100% en raison de la perte d'énergie cinétique à l'échappement et de l'efficacité moins qu'idéale du mécanisme de propulsion, qu'il s'agisse d'une hélice, d'un échappement à réaction ou d'un ventilateur. De plus, l'efficacité de la propulsion dépend fortement de la densité de l'air et de la vitesse.

est l'efficacité propulsive. L'efficacité du cycle, en pourcentage, est la proportion d'énergie qui peut être dérivée de la source d'énergie qui est convertie en énergie mécanique par le moteur