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Septembre 2017 : Réacteurs Olympus 593-610 au Musée Safran
Remerciements au Musée Safran pour la visite privée, au sein de l'association PNCA.
Les photos à suivre seront volontairement orientées vers une partie du musée plus liée à Concorde.
Les collections de ce musée (entrée gratuite) étant exceptionnelles, je vous invite vraiment à venir le visiter.
Aérodrome Melun-Villaroche
Musée Aéronautique et Spatial SAFRAN
ROND-POINT RENÉ RAVAUD
77550 RÉAU
Trouvez tous les renseignements nécessaires sur le lien qui suit :
https://www.museesafran.com/
Sans plus tarder, bienvenue au musée.
On retrouve ici le banc d'essai historique des réacteurs.
Avec cette grande maquette suspendue, il serait aisé de pouvoir consacrer une longue parenthèse à André Turcat et tous ses vols sur Nord 1500 Griffon : l'aventure et les records sur statoréacteur.
Ce sera pour une autre fois !
Notre sujet du jour sera plutôt le réacteur Olympus 593-610 ayant équipé Concorde, dont vous lisez toutes les caractéristiques essentielles sur la signalétique ci-dessous.
Le musée possède, non pas un Olympus 593, mais deux réacteurs Olympus 593 complets et situés dans le même ensemble tuyères, construit d'un bloc.
Attardons-nous un "court" instant sur ce petit schéma, pour quelques petites explications utiles.
L'Olympus 593-610 est un réacteur simple flux.
Tout ce qui pénètre par le compresseur basse pression (1) ressort en totalité et d'une manière accélérée à hautes températures par la tuyère (8) puis les paupières (9).
A contrario, un réacteur double flux est équipé d'un énorme Fan à l'avant, faisant que le flux chaud rapide du réacteur "classique" sera alors englobé par le flux (température ambiante) généré par l'énorme fan.
La somme des deux flux fera que ce sera quand même toujours extrêmement chaud, derrière !!!
Reprenons les légendes sur l'Olympus 593-610 :
1 - Compresseur basse pression (BP) à 7 étages
2 - Compresseur haute pression (HP) à 7 étages
3 - Chambre de combustion
4 - Turbine haute pression (HP) reliée par un arbre (HP) au compresseur haute pression (2)
5 - Turbine basse pression (BP) reliée par un arbre (BP) au compresseur basse pression (1)
6 - Anneau de réchauffe (ou anneau de postcombustion)
7 - Canal de réchauffe (ou postcombustion)
8 - Tuyère primaire
9 - Paupières
Plus la compression en entrée d'air sera importante à laquelle on ajoute une température dans la chambre de combustion élevée, et meilleur sera (je simplifie volontairement) le rendement global du réacteur et sa poussée aussi.
Comme un compresseur a ses propres limites mécaniques de rotation, voici aussi pourquoi il y a 2 ensembles (BP et HP) tournant dans le réacteur simple flux du 593, afin d'augmenter de manière très significative le taux de compression, et sans le faire tourner exagérément vite non plus.
Pour la régularité de fonctionnement ou dans des conditions difficiles, cela présente aussi quelques autres avantages.
Plus la combustion au sein de la chambre de combustion (3) est puissante et plus les gaz sont éjectés à très grande vitesse vers les 2 ensembles turbines situés juste derrière (4) + (5).
Forcément, plus les turbines tournent vite et plus alors les compresseurs (BP + HP) eux aussi vont tourner vite, puisqu'ils sont mécaniquement reliés par des arbres avec leurs homologues.
Plus les compresseurs compressent et plus les turbines turbinent, et réciproquement !
On appelle ça un emballement réacteur.
En théorie, la limite est infinie, sauf qu'on arrêtera les frais bien avant que tout n'explose dedans !
En pratique, 2 méthodes très efficaces pour contrôler la vitesse des ensembles tournant :
- On diminue l'apport en carburant dans la chambre de combustion, l'explosion continue et contenue dans cette chambre sera alors moins puissante, et les gaz éjectés directement sur les turbines nettement moins virulents.
Pour stopper le réacteur, on coupe totalement l'arrivée en carburant : simple et efficace.
- On peut modifier aussi la section de la tuyère primaire (8) puisque la poussée d'un réacteur est aussi intimement liée aux différences de pressions et températures, entre l'entrée réacteur et la sortie.
Vous suivez toujours ?
Forcément.
Je pose donc alors cette question essentielle : mais comment démarre-t-on un réacteur ?
Puisqu'à l'arrêt, les compresseurs ne compressent rien du tout et que même avec du carburant dans la chambre de combustion, il faut quand même aussi que ça brûle dedans (que ça explose, le terme est plus adapté) et que ça expulse vers l'arrière à grande vitesse, principe élementaire de réaction sur un réacteur.
En fait au démarrage, il faut donc initier tout le processus.
Voici ci-dessous le AirStarter de l'Olympus 593, démarreur fonctionnant à l’air, relié mécaniquement au compresseur HP via le relais accessoires.
L’air sous pression alimentant le démarreur peut être fourni par un groupe au sol ou par prélèvement d’air sur un réacteur adjacent déjà en route.
Le AirStarter du 593, pour simplifier, c'est comme le démarreur électrique de votre voiture, sauf qu'ici ça fonctionne avec de l'air sous pression.
Le gros tuyaux juste au dessus, c'est d'ailleurs son alimentation en air.
Bref, ce démarreur comme je le disais plus haut, est relié mécaniquement à l'étage du compresseur HP.
On fait donc tourner de plus en plus vite le compresseur HP qui, comme son nom l'indique, se met à compresser de plus en plus fort.
La pression, forcément, augmente aussi, dans la chambre de combustion mais pour l'instant on se garde bien d'y envoyer du carburant, il y a d'autres choses à s'assurer avant.
Le compresseur HP compresse, il vient alors "souffler" les 2 étages turbines (BP et HP) qui, vous vous souvenez, sont reliées aux compresseurs par des arbres.
Peu d'influence sur l'étage HP que l'on fait tourner déjà via le Air Starter, mais par contre ça met en rotation toute la partie BP.
(Petite remarque en passant pour les experts : la rotation du compresseur HP par dépression met de toutes les manières aussi le compresseur BP en mouvement.)
Voilà nous y sommes presque, au démarrage, un peu de patience.
Quand tout cet ensemble (BP + HP) tourne et compresse suffisamment, on allume dans la chambre de combustion des igniters (sorte de grosses bougies électriques très puissantes de préchauffage) et simultanément on injecte (Rôle de la Start Pump) le carburant qui s'enflamment immédiatement et provoque une réaction vive, qui va alors faire prendre des tours au réacteur, puisque cette réaction "souffle" sur les 2 étages turbines.
La combustion devenant entretenue, on pourra alors couper les igniters et cesser d'envoyer de l'air vers le AirStarter, c'est parti, le réacteur est totalement autonome.
Sur cette partie découpée du réacteur, on voit comment est composée la chambre de combustion ( 3 ).
Venons-en à quelques subtilités de l'Olympus 593-610, qui est un réacteur disposant d'une réchauffe (Postcombustion) , comme premier exemple.
On voit l'anneau de réchauffe ( 6 ) en détail sur la photo ci-dessous, les gaz expulsés vont de la droite vers la gauche, c'est important de le préciser !
Cet anneau permet de réinjecter une deuxième quantité de carburant qui va faire monter la température derrière et accélérer encore plus les gaz en éjection.
La poussée du réacteur s'en trouve augmentée de 20%, en fonctionnement normal.
En deçà d'une certaine poussée réacteur, l'allumage de la réchauffe n'est pas possible.
20% en plus, 4 réacteurs sur un Concorde, calcul rapide, au décollage quand on active les 4 PC, c'est presque comme si on avait un 5ème réacteur supplémentaire d'installé.
Sauf que tout ça a un prix, un Olympus 593-610 au décollage, PC allumé, consomme plus de 300 kg de carburant à la minute.
80 Tonnes/heure pour les 4 réacteurs !
On comprend alors pourquoi, on ne tardera pas à couper les réchauffes puis à les rallumer uniquement sur la période nécessaire à l'accélération vers Mach2.
J'ai beaucoup causé, non ?
On retourne aux photos.
De la gauche vers la droite :
Paupières, tuyère primaire (invisible) , canal de réchauffe, anneau de réchauffe, turbine BP - HP - chambre de combustion.
Photo suivante, 2 configurations des paupières, sur les 3 possibles et autres intermédiaires.
- Au premier plan, les paupières sont en position décollage, ouvertes mais avec un léger entrebâillement (Si ça vous intéresse de savoir ce que l'on gagne ainsi, il suffit de demander)
- Au second plan, les paupières sont en position reverse, (totalement fermées) provoquant un retour du flux vers l'avant. ( * )
A Mach2, on part de la configuration décollage, mais avec des paupières ouvertes au maximum, plus du tout d'entrebâillement cette fois.
( * ) On utilise les réverses à l'atterrissage afin d'optimiser le ralentissement de l'avion et diminuer la distance de roulage.
Sur Concorde, on a aussi la possibilité de pouvoir en utiliser deux en vol. (Voici un deuxième exemple de subtilités réacteurs)
Photo suivante, on aperçoit très bien la tuyère primaire ( 8 ) dont la section d'ouverture est modifiable via des vérins pneumatiques.
Rapprochons-nous encore plus près.
9 - Paupières
8 bis - Mécanismes d'ouverture ou fermeture de la section tuyère primaire, via des vérins pneumatiques.
8 - Tuyère primaire en question
7 - Canal de réchauffe
6 - Anneau de réchauffe
Autre vue de l'un des réacteurs.
On repère facilement le réservoir d'huile, positionné sur l'avant du réacteur.
Ainsi s'achève notre petite visite autour du réacteur Olympus 593-610.
Une prochaine fois il sera possible de parler du moteur fusée SEPR du Mirage III...
...ou encore du FAN d'un réacteur double flux, tellement il y a de belles choses à voir sur place.
Je remercie une nouvelle le Musée SAFRAN.
François
10/10/2017
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