GROUPE PROPULSEUR ATA 70 – 80. Partie 7

Et pour terminer voici le dernier article consacré au groupe propulseur : le réacteur OLYMPUS.

La société BRISTOL SIDDELEY ENGINES est à l’origine en 1948, du premier réacteur au monde doté de deux compresseurs indépendants avec deux rotors tournant à des vitesses de rotation différentes.

Ce réacteur BRISTOL à double corps et simple flux avec post-combustion sera finalement réalisé à partir de 1966 en coopération par ROLLS-ROYCE et SNECMA et servira de base à la réalisation du réacteur de Concorde.

Dans le programme SNECMA sera chargé de l’étude et de la réalisation de la réchauffe (appelé aussi poste combustion) et du canal d’éjection a tuyère convergente, de section variable, ainsi que du dispositif d’inversion de poussée. Il apportera son savoir-faire acquis avec les différentes versions des réacteurs des Mirage III et IV.

Concorde sera équipé de quatre propulseurs groupés par paire dans deux nacelles sous la voilure, des réacteurs ROLLS-ROYCE/SNECMA type Olympus 593-610 développant une poussée brute de 14.700 kg à sec, et 17.400 avec la réchauffe.

Ce réacteur est un moteur subsonique classique ; qui a besoin de la régulation de l'entrée d'air dont nous avons parlé dans la partie 4 et qui a pour but d'assurer que la vitesse de l'air qui arrive au réacteur ne dépasse pas Mach 0,5. Ainsi que les articles dans les parties 5 et 6 qui constituent avec le réacteur l’ensemble du groupe propulseur. La propulsion de l'avion permet à Concorde d'atteindre une vitesse de Mach 2,02.

Le moteur Olympus 593 Mk.610 est un turboréacteur à double corps à flux direct, présentant un rapport de pression de 15:1 à la vitesse de rotation maximale du compresseur. Les deux compresseurs, Basse Pression (BP) et Haute Pression (HP), sont disposés en tandem. Les compresseurs sont de type axial, chacun comportant sept étages de compression. Chaque compresseur est entraîné par un seul étage de turbine.

Le rôle des réacteurs est de fournir la poussée nécessaire à la propulsion de l'avion. De plus les réacteurs fournissent l'entraînement mécanique des équipements annexes et délivrent l'énergie pneumatique nécessaire aux différentes servitudes.

Autopsie d’un Olympus :

(Cet article est réalisé en nous basant sur la documentation de formation Air France et Rolls Royce).

Le réacteur est de construction modulaire.

Les stations caractéristiques de ce réacteur sont :

Station 1 : Entrée compresseur B.P.

Station 2 : Sortie compresseur B.P. entrée compresseur H.P.

Station 3 : Sortie compresseur H.P.

Station 4 : Sortie chambre de combustion.

Station 5 : Se trouve après la turbine H.P.

Station 6 : Après le stator entre les turbines.

Station 7 : Se trouve dans le canal d'éjection.

Voici les parties principales qui le composent en quelques dessins :

Entrée d'air annulaire.

Ensemble d'admission d'air.

Cet ensemble constitue le conduit par lequel l'air, fourni par l'admission d'air, pénètre dans le compresseur basse pression (BP).

En alliage de titane, il est réalisé à partir de 2 carters reliés par 5 bras creux soudés aux extrémités, supportant le logement du palier n° 1 et formant aubages de "prérotation". Tous les bras peuvent-être dégivrés par de l'air provenant de P3 et les bras n° 3 et 4 permettent le passage des tuyauteries de pression et récupération d'huile du palier n° 1.

Compresseur basse pression (BP) à sept étages.

Le compresseur B.P. est un compresseur axial à sept étages présentant un rapport de pression de 3:1. Il est composé de deux composants principaux : le carter et le rotor. Six rangées d'aubes statoriques en titane sont logées dans le carter du compresseur.

Carter intermédiaire où sont logés les entraînements et les boitiers relais d'accessoires G et D.

Le carter intermédiaire est composé d'un carter extérieur et d'un carter intérieur, traversés par l'air refoulé par le compresseur basse pression vers l'admission du compresseur haute pression. Ces carters sont séparés par six aubes profilées, le tout en acier inoxydable.

Boitiers relais d’accessoires :

Deux relais d'accessoires sont montés de part et d'autre de la partie inférieure du carter intermédiaire les deux sont entraînés par l'arbre HP.

Le relais d'accessoires droite entraîne :

- L’alternateur avec CSD intégré.

- Deux pompes hydrauliques pour les réacteurs 2 et 4.

- Une pompe hydraulique seule pour les réacteurs 1 et 3.

- Le démarreur à air.

Le relais d'accessoires gauche entraine :

- Tous les systèmes propres au moteur.

Le relais d’accessoires intermédiaire :

- Sonde d'impulsions.

- Pressostat d'huile moteur.

- Transmetteur de pression d'huile moteur.

Compresseur haute pression (HP) à sept étages.

Le compresseur haute pression (HP) reçoit son air du compresseur basse pression via le carter intermédiaire. Le compresseur travaille ensuite sur cet l'air, augmentant ainsi considérablement sa pression.

Ce compresseur HP est un compresseur axial à sept étages présentant un rapport de pression de 5:1. L'ensemble est composé de deux composants principaux : le carter du compresseur et le rotor.

Zone de prélèvement d'air pour les diverses servitudes pneumatiques.

Les prélèvements pour les servitudes externes sont :

-  l'air P2, pour entraîner la turbopompe carburant (pompe 2e étage).

-  l'air P2, est prélevé au niveau du 5e étage compresseur HP, utilisé pour alimenter le purgeur des injecteurs de réchauffe.

-  l'air P3 prélevé dans le carter diffuseur à la sortie du compresseur HP utilisé pour :

- le conditionnement d'air de l'avion,

- le circuit de démarrage et les tuyères primaire et secondaire.

- l'antigivrage du carter d'entrée d'air.

Chambre de combustion de type annulaire.

Ensembles carter de refoulement et chambre de combustion :

-Le carter d’éjection constitue le conduit par lequel l'air est rejeté du compresseur HP et acheminé vers la chambre de combustion. C'est dans cette chambre que le carburant et l'air sont mélangés et brûlés, augmentant ainsi considérablement l'énergie du flux de gaz.

-Le carter de refoulement est constitué d'une seule pièce

-La chambre de combustion est de type annulaire et comprend une chambre intérieure et un carter extérieur.

-La chambre de combustion comporte seize vaporisateurs

Ensemble turbines HP et BP à un seul étage chacune et le diffuseur avec le cône arrière.

Ensemble turbine :

Les turbines sont soumises aux gaz à haute température, haute pression et haute énergie émis par la chambre de combustion. Elles en extraient la puissance nécessaire pour entraîner les compresseurs et les équipements auxiliaires du moteur via des arbres d'interconnexion.

La turbine complète ainsi les principaux composants rotatifs du moteur. Il existe deux groupes de turbines indépendants :

-Le compresseur HP.

-Le compresseur BP.

La première turbine exposée aux gaz de combustion est celle qui entraîne le compresseur HP. Elle comporte un étage statorique de 32 segments, chacun comportant deux aubes. Chaque aube est dotée de 21 fentes de sortie d'air de refroidissement sur son bord de fuite. Les stators HP sont fixés par seize segments de retenue. Le rotor de la turbine HP monoétage est fixé à l'arbre du compresseur HP. Le rotor de la turbine comporte 87 aubes fixées Chaque aube est dotée de 18 trous de refroidissement. Le joint labyrinthe avant est fixé à la turbine et tourne avec elle.

La turbine HP est suivie de la turbine BP.

Le stator de la turbine du deuxième étage est composé de 24 segments, chacun comportant deux aubes. Des perçages sont pratiqués dans les segments extérieurs pour faciliter la visualisation horoscopique du bord de fuite des aubes du rotor de la turbine HP.

Juste après le stator se trouve le rotor de la turbine BP. Il comporte 70 aubes, chacune refroidie par air par huit trous. La turbine est fixée au compresseur BP par un arbre traversant l'arbre d'entraînement HP creux. Un roulement à rouleaux à film compressible, roulement n° 5, assure le support du moyeu arrière. 

Ensemble canal d’éjection.

Diffuseur d'échappement :

L'énergie rémanente du flux de gaz sortant des turbines constitue désormais la puissance nette du moteur. Jusqu'à présent, la section transversale du flux de gaz était annulaire, c'est-à-dire qu'elle présentait un noyau creux. Une expansion sur toute la section tubulaire était nécessaire. Cette transition s'effectue dans un passage appelé diffuseur d'échappement. Comme son nom l'indique, il déclenche également la détente des gaz d'échappement éjectés dans l'atmosphère.

Le diffuseur d'échappement est un ensemble, composé d'un carter extérieur et d'un cône intérieur, reliés par 10 aubes. Ces aubes creuses permettent le passage de l'air de pressurisation et de ventilation, ainsi que des conduites d'alimentation et de récupération d'huile.

Enfin le dispositif de détection de rupture de l’arbre BP.

Sur le moteur Olympus est monté un dispositif particulier, c'est le système de détection de cassure de l'arbre BP.

L'arbre est long et subit des contraintes en torsion importante ; sa rupture entraînerait un emballement de la turbine BP et l'éclatement éventuel de celle-ci.

Pour éviter ce grave inconvénient, le dispositif de détection de cassure provoque dans le cas d'une rupture, l'arrêt.

Le système représenté ci-dessous comprend un mécanisme à rampe hélicoïdale qui se désaccouple quand le compresseur n'est plus au même régime que la turbine BP.

Le désaccouplement provoque le déplacement vers l'arrière d'un écrou à cannelures hélicoïdales.

L'écrou commande un levier qui provoque, par l’intermédiaire d'un câble, la fermeture de la vanne carburant ''Quick-Shut-Down-Valve".

Le compresseur, les turbines et leurs arbres associés sont montés sur cinq paliers et constituent l’ensemble rotatif principal du moteur.

Le palier LP possède un roulement à rouleaux devant le compresseur et un palier de butée (à billes) derrière, avec un roulement à rouleaux pour supporter l'extrémité de la turbine, tandis que le palier HP plus court fonctionne sur un palier de butée devant le compresseur et un rouleau devant la turbine.

En résumé voilà « comment ça marche » :

Vu de l'arrière, le sens de rotation des ensembles est antihoraire.

La turbine entraîne non seulement les compresseurs du moteur, mais fournit également la puissance motrice nécessaire à l'entraînement des équipements auxiliaires nécessaires. Ces équipements, notamment les pompes à carburant et à huile, entre autres accessoires, sont montées sur les relais d’accessoires.

Les gaz d'échappement sortant des turbines peuvent être réchauffés par ajout de carburant, via un système d'injection fixé au carter du diffuseur d'échappement.

Le moteur est équipé d'une tuyère primaire variable qui contribue au maintien en toute sécurité d'un débit d'air massique optimal dans le moteur.

Le moteur est logé dans une zone ventilée et refroidie. La température et les conditions ambiantes à l'intérieur de la nacelle sont surveillées par de nombreux capteurs, tout comme les paramètres de santé du moteur.

Et après tout ça si vous souhaitez encore plus d’explications par des spécialistes nous vous conseillons de vous reporter au site du MUSEE SAFRAN (précédemment Snecma).

^{www.museesafran.com}

En tout cas, aujourd’hui nous pouvons dire un grand merci à BRISTOL et à SNECMA d’avoir initialisé cette merveille qui s’appelle « Olympus ».

Toutes les photos et les documents collection AAMD (DR).