Projet Turboréacteur pour Saphir !!!

[cp1315]

Demain, je vais essayer de le comparer à un Potez sur une cellule de super emeraude, juste pour voir...
Et bons vols à tous

Si on prends exemple sur le cric cri bimoteur biturbine, pas de qualif néccessaire !!!!

Philippe, je veux bien un comparatif !!!

Ceci dit, j'aimerai bien une turbine pour le quart du prix, avec le quart du potentiel !!!! 2500 heures, ca me suffit amplement

Attendons les prochains éléments

Laurent

[FAUVET Damien]

Bonjour à tous,

Merci pour les encouragements Philippe, et ne t’inquiètes pas pour le prix Laurent, il sera abordable ce petit bijou…

Par contre James, je ne comprends pas bien ce que tu entends par « là j'ai peur qu'on soit dans le délire.... »…

Me serais’je trompé dans mes calculs ?!!!! Le BE de l’un des plus grand motoriste mondial serait’il aussi dans l’erreur en ayant validé mes calculs ?

Alors, sortons nos bouquins de thermo, et calculons (prends ton crayon James, et écrit avec moi…)

Soit un compresseur centrifuge, d’un rendement isentropique de 80%, avec un rapport de pression P2/P1=3,4, d’un débit massique M=0,8 kg/s, avec la chaleur spécifique à pression constante de l’air CP12=1005 J/kgK, la T° en entrée de compresseur T1=288K, la constante de l’air R=287, le coef gamma/(gamma-1)=3,5017…

Calculons l’élévation de T° en sortie de compresseur :

Ca fait combien ?

Allez, calculez moi la puissance absorbée par le compresseur maintenant :

Alors ?

Bon, vous faites ce genre d’exercice pour chaque élément du moteur : chambre de combustion, échangeur, turbine HP, turbine BP, etc………………..et vous me dites ce que vous trouvez… Comment, c’est trop long !!!

Bon, je vous donne tous les résultats des calculs intermédiaires dans les images du fichier Excel dans lequel j’ai rentré toutes les formules de thermo.
Regardez surtout le bilan en bas !

Il y a une feuille pour le décollage : Cs=0,213 kg/kW/h , P=98,95 kW

Et une pour la croisière 71% : Cs=0,222 kg/kW/h, P= 71,19 kW

Alors, convaincu James ?

Si tu as encore des doute, reportes-toi à l’excellent ouvrage « gas turbine engineering » de RT. Harman, pour les détails du calcul avec échangeur...

Pour la calif, Philippe a tout dit. Je signale au passage que la classe B a aussi disparu…

C’est bien de calculer, mais y’a la réalisation pratique aussi. Je vous joins des images du doc pdf sur l’échangeur Volvo, qui possède exactement les caractéristiques le rendant compatible avec mon turboprop…

Cet échangeur est constitué de 2x390 tôles de 1/10 de mm embouties et soudées au laser, il pèse 140 kg et a une durée de vie de 60 000 H…

Vous verrez dans mon fichier Excel une estimation de la masse de l’échangeur en fonction du matériau et de l’épaisseur des tôles, dont la solution XXX…

A bientôt

[cp1315]

Salut Damien

Quand tu parle de rechauffer l'air sortant du compresseur, tu veux dire que tu rechauffe l'air déja chaud du à la compression, en sortie de compresseur pour le reinjecter dans la chambre de combustion ou bien tu veux dire que tu injectes de l'air déja réchauffé grace à ton echangeur air/air à l'entrée du compresseur, pour qu'il ressorte encore plus chaud en sortie de compresseur ?

L'echangeur air/air rechauffera t'il toute l'air néccessaire au fonctionnement de la turbine ou qu'une partie ?

Quel sera le debit d'air à l'interieur de l'echangeur air/air ?

Comment l'echangeur air/air sera t'il réchauffé ? Par tout les gaz chaud, une partie ? Flux forcé ?

Le gain de poids de l'échangeur sera t'il obtenu par la technologie de fabrication ou bien des materiaux employés ?

Merci Damien

[FAUVET Damien]

Re-salut Laurent,

Que de questions !!!

Alors, dans l’ordre :

- Réponse 1 : pour le circuit d’air, c’est ta première proposition la bonne. C’est bien l’air qui sort du compresseur que l’on réchauffe (et non l’air qui y rentre), un peu comme le compresseur du turbo qui crache dans l’intercooler (sauf que là, c’est pour refroidir l’air avant de l’envoyer dans les cylindres)…

- Réponse 2 : oui, l’échangeur réchauffe la totalité de l’air sortant du compresseur…

- Réponse 3 : le débit d’air et la pression dans l’échangeur sont visibles ci-dessus, dans les images du fichier Excel (écrit petit, je te l’accorde) : débit massique au décollage = 0,8kg/s (0,7 en croisière) rapport de pression 3,4 bars au décollage (3,2 en croisière)…

- Réponse 4 : ce sont la totalité des gaz chauds sortant de la turbine BP qui permettent l’élévation de T°. Flux forcé : si tu parles de la convection forcée, la réponse est non. Convection forcée = échangeur à matrice rotative type Chrysler ou Rover…

- Réponse 5 : le gain de poids est obtenu en optimisant les deux points que tu cites…

Et voilà, tu sais tout !

A+

[cp1315]

Attends, j'ai pas fini !!!!

L'air sortant du compresseur est a quel temperature ?

L'echangeur augmente la temperature de combien de degres ?

La temperature des gaz en sortie de turbine est de combien ?

Une chose que j'ai du mal à saisir :

Dans un moteur turbo compressé intercooler, on cherche à refroidir l'air pour pour en augmenter la densité et pouvoir pour un meme volume, mettre plus de carburant et d'air pour le bruler. Donc plus de puissance pour un meme volume, c'est bien ça ?

Dans le cas de ta turbine, tu cherches à faire l'inverse !!!

Rassure toi Damien, je ne cherche pas à devellopper une turbine de mon coté !!!

Laurent

[FAUVET Damien]

Salut Laurent,

Toutes les réponses à tes questions sont dans les images du fichier Excel ci-dessus :

Prends l’image « Décollage.jpg », et regardes les 3 premiers groupes de cellules :

Il y a « Données du compresseur » : ce sont les hypothèses de perfos du compresseur : rendement, rapport de pression, débit massique),
Il y a ensuite « Données nécessaires au calcul » : ce sont les caractéristiques de l’air et des constantes ( le Cp de l’air, les coefs R, gamma/(gamma-1), la T° de l’air)
Et puis il y a « Calculs » : c’est là que se trouve l’une des valeurs qui t’intéresse : à savoir T2 (la T° en sortie de compresseur) = 438,59 K (soit 164,85°C).

Tu as donc, dans ce tableau, toutes les pressions, T°, débits, etc…en chaque point du moteur. Les notations sont normalisées : dans les calculs de turbomachines, T1 sera toujours la temp ambiante (288 K en ISA), T2 la temp en sortie de compresseur, T2i le temp en sortie d’échangeur coté air, T3 la temp en sortie de chambre de combustion, la fameuse T4 qui est la temp en sortie de turbine HP, T5 la temp en sortie de turbine BP, T5i la temp en sortie d’échangeur coté gaz, etc, etc…

Comme tu peux le lire dans le tableau, et pour répondre complètement à tes questions, voici les valeurs que tu demandes (dans les normes de calculs, les T° sont en °K, et les élévations de T° en °C) :

T2 : 438,59 K (164,85°C)

T2i : 986,12 K (712,85°C) (le rendement de l’échangeur est de 90%, c’est à dire qu’il récupère 90% du delta de T° entre l’air qui sort du compresseur 438,59 K, et les gaz d’échappement du moteur qui sortent à 1046,5 K, soit 547,53°C récupérés … donc T2+547,53 = 438,59 + 547,53 = 986,12 = T2I … heum…la bonne énergie toute chaude…)
Donc l’air entre ensuite dans la chambre de combustion à 986,12 K, et en ressort à 1273 K…

T3 : 1273 K (1000°C) : c’est cette valeur de T° que le FADEC cherche à maintenir en dosant le débit de carburant dans la chambre, et c’est là que l’on comprend l’économie de carburant réalisée par l’échangeur. Je veux 1273 °K en sortie de chambre : si il n’y a pas d’échangeur, il faut que je porte la T° de l’air sortant du compresseur (et donc qui entre directement dans la chambre) de 438,59 K à 1273 K grâce à la seul combustion du carburant, soit 1273-438,59 = 834,41 °C à gagner.
Maintenant, je place mon échangeur entre le compresseur et la chambre de combustion. L’air entrant dans la chambre n’est plus à T2 = 438,59 K, mais à T2i = 986,12 K, pour atteindre mes 1273 K, l’élévation de T° par la combustion du carburant n’est plus que de 1273-986,12 = 286,88 °C…. no comment !

La suite est classique..

L’air sort de la turbine HP :

T4 = 1149,57 K (875,85°C)

Puis de la turbine BP :

T5 = 1046,5 K (772,85°C)

Puis au lieu de rejeter ces 1046,5 K directement dans la nature, il passe dans l’échangeur, qui, comme expliqué plus haut, en extirpe 90% du delta de T° avec T2…

L’air tiède sort finalement de l’échangeur et part dans le nature :

T5i = 499 K (225,85°C)

Oui Laurent, c’est ça pour le turbo : la fonction est d’apporter un surcroît de puissance en augmentant le taux de remplissage des cylindres.

L’échangeur, lui, sert à économiser du carburant (beaucoup de carburant).

En anglais, le cycle de ma turbine s’appel « régénérative engine ». Comme tu as vu plus haut, plus le delta T° est grand entre T2 et T5, plus on peut récupérer de la chaleur : il y a donc un autre cycle, encore plus performant que le mien, qui consiste à placer un intercooler avant l’échangeur, afin de refroidir les gaz sortant du compresseur (exactement comme pour un turbo) : ça s’appel « l’intercooled-régénérative-engine »…Voir projet MTU ci-après :

A+

Damien

[cp1315]

Je suis perdu Damien !!!!!!

Cela t'etonne ?

Toi, tu cherche à rechauffer l'air en sortie de compresseur pour elever sa temperature afin que le delta avec la temperature des gaz en sortie ne soit pas trop elevé, pour limiter la consommation.

Ca ok !!!

Ensuite, tu parles de l'intercolled regenerative engine, plus performant, qui lui, au lieu de rechauffer l'air en sortie de compresseur, comme sur ta turbine, va la refroidir !!!!

Mais alors, pourquoi tu t'embetes à vouloir la rechauffer ???

J'ai peut etre raté un épisode ?

Laurent

[FAUVET Damien]

Oui, tu as raté un petit truc :

Comme son nom l'indique, l'intercooled-regenarative-engine refroidit l’air avant de le réchauffer : c’est exactement mon turboprop avec un deuxième échangeur qui refroidit l’air sortant du compresseur.

Pour résumer, voici le trajet de l’air dans mon projet regenarative-engine :

1) Compresseur
2) échangeur coté air réchauffé grâce aux gaz d’échappement
3) chambre de combustion
4) turbine HP
5) turbine BP
6) échangeur coté gaz d’échappement réchauffant l’air sortant du compresseur
7) éjection dans la nature

Et maintenant le trajet dans l'intercooled-regenarative-engine :

1) Compresseur
2) échangeur refroidissant l’air du compresseur grâce à l’air ambiant (exactement comme un échangeur de turbo)
2) échangeur coté air réchauffé grâce aux gaz d’échappement
3) chambre de combustion
4) turbine HP
5) turbine BP
6) échangeur coté gaz d’échappement réchauffant l’air sortant du compresseur
7) éjection dans la nature

Dans l'intercooled-regenarative-engine, l’air circule dans un échangeur supplémentaire, pour être refroidi avant d’entrer dans le 2ème échangeur pour être réchauffé…ainsi, on augmente le delta T2/T5,et on récupère encore plus de chaleur… ça se comprend très bien en traçant le diagramme TS…

C’est compliqué la thermodynamique… hein !

Blague à part, ces turbines ont un potentiel de développement incroyablement supérieur aux moteurs à piston (diesel ou essence), qui, dans les décennies à venir, ne pourra gagner que quelques points de rendement, alors que les technos actuelles permettent déjà aux micro turbines de les dépasser.

Un point que je trouve crucial également, c’est le niveau d’émissions polluantes extrêmement bas de ces petites turbines. Voir ci-dessous le tableau comparatif des différents moteurs existant de nos jours :

[FAUVET Damien]

Laurent, tu as écris

"Toi, tu cherche à rechauffer l'air en sortie de compresseur pour elever sa temperature afin que le delta avec la temperature des gaz en sortie ne soit pas trop elevé, pour limiter la consommation.

Ca ok !!! "

Eh bien NON ! C'est l'inverse, il faut que le delta T soit le plus grand possible entre T2 et T5 : plus le delta T est grand, plus on récupère de puissance… !!!

[cp1315]

Dans l'intercooled-regenarative-engine, l’air circule dans un échangeur supplémentaire, pour être refroidi avant d’entrer dans le 2ème échangeur pour être réchauffé…

Garçon, un aspro SVP !!!!

L'air sort du compresseur, il est chaud, on le refroidi, dans un premier echangeur, puis on le rechauffe dans un second !!!!!! ?????

Pourquoi ne pas simplement rechauffer l'air deja chaud en sortie de compresseur, plutot que de le refroidir pour le rechauffer par la suite ?

Prenons le chemin dans le bon sens : T1=20°C T2=160°C T3 Intercolled=140°C T4=680°C T5=1000°C

J'ai arrondi les valeurs !!!!

Avec T3, on refroidi l'air avec l'air ambient, j'en conclus que l'on doit perdre 20°C
Avec T4, on rechauffe l'air avec ton echangeur
Avec T5, c'est la temperature voulu dans la chambre

Tu dis que plus le delta entre T2 et T5 est grand, plus on recupere de puissance.

Donc dans ce cas, il faudrait retirer ton echangeur pour augmenter le delta et recuperer de la puissance, mais en consomant plus de carburant.

Un peu avant, tu disais que plus le delta est petit, moins l'apport d'energie est neccessaire pour aller à T5, on gagne en consomation.
Dans ce cas, il faudrait se passer de l'intercoller pour diminuer ce delta non ?

C'est bien compliqué la thermodynamique !!!!

[FAUVET Damien]

Et un régénérative Aspro...un !!!

Je comprends ton désarroi... et tes questions ! Essayons encore :

Tout d'abord, petit rappel sur ce que l'on appel le rendement de l'échangeur :

Un échangeur de 80% de rendement, c'est un échangeur qui va permettre de transférer 80% de la différence de T° des 2 fluides circulant de chaque côté dudit échangeur.

Prenons un exemple simple, c'est plus parlant : imaginons un échangeur de 80% de rendement, avec un flux d'air A1 qui rentre d'un coté à une température T1=50°C et de l'autre coté un flux d'air A2 à T2=100°C. A quelle température T1i sera le flux A1 en sortant de l'échangeur ?

Et bien c’est simple. l’élévation de température DeltaT sera :
DeltaT = 0,8*(T2-T1) = 0,8*(100-50) = 40

La température T1i sera donc :
T1i = T1+DeltaT = 50+40 = 90

Le flux A1, entré à T1=50°C, sera à T1i=90°C en sortant de l’échangeur soit 40°C de plus (le fameux DeltaT).

Si l’on calcul la puissance que l’on récupère ainsi : P=M*Cp*DeltaT avec les valeurs suivantes :

M : le débit massique = 1kg/s
Cp : la chaleur spécifique à pression constante de l’air : 1005 J/kgK
DeltaT = 40°C

Cela donne :

P = 1*1005*40 = 40200

La puissance récupérée est de 40200 W…

Et maintenant gardons exactement les mêmes conditions,mais refroidissons le flux d’air A1 en le faisant passer dans un premier échangeur avant de l’envoyer se faire… réchauffer dans le deuxième échangeur :

Imaginons donc que le flux A1 passe de 50°C à 10°C dans ce premier échangeur (par échange avec de l’air ambiant, comme dans un intercooler de turbo).

Nous avons alors :

DeltaT = 0,8*(T2-T1) = 0,8*(100-10) = 72

La température T1i sera donc :
T1i = T1+DeltaT = 10+72 = 82

Le flux A1, entré à T1=10°C, sera à T1i=82°C en sortant de l’échangeur soit 72°C de plus (toujours le fameux DeltaT).

Si l’on calcul à nouveau la puissance que l’on récupère ainsi : P=M*Cp*DeltaT avec les valeurs suivantes :

M : le débit massique = 1kg/s
Cp : la chaleur spécifique à pression constante de l’air : 1005 J/kgK
DeltaT = 72°C

Cela donne :

P = 1*1005*72 = 72360

La puissance récupérée est de 72360 W…

Comparons : pour les mêmes conditions, le simple fait de rajouter un échangeur pour refroidir A1 avant de le réchauffer dans le deuxième échangeur, fait passer la puissance récupérée dans les gaz d’échappement de 40200 à 72360.

Compris ?

C’est vrai que de prime abord, ça paraît bizarre de refroidir un flux dans un échangeur avant de le réchauffer juste après dans un deuxième échangeur ! Mais les lois de la thermo sont ainsi !

Pour t’aider à comprendre cela Laurent, tu n’a qu’à te dire que plus l’air qui entre dans le deuxième échangeur est froid, plus sa capacité à récupérer de la puissance dans les gaz d’échappement est grande.
C’est pour cette raison qu’il n’est pas intéressant d’utiliser les échangeurs sur des turbines à fort taux de compression : la compression des gaz produit une telle chaleur que le DeltaT entre l’échappement du moteur et les gaz comprimés devient trop faible pour espérer récupérer beaucoup de puissance dans ces gaz d’échappement….clair comme du jus de turbine !!! De l’huile quoi !!!

A+

[cp1315]

Merci Damien, maintenant c'est clair !!!!!

Tout est dans le rendement de l'echangeur, je ne connaissais pas ce principe de rendement basé sur le delta de température dans un echangeur.

Bizarement, je n'ai plus mal à la tete, vraiment efficace ce regénéaspro !!!

Laurent

[Philippe Dejean]

Bonsoir Laurent,

Philippe, je veux bien un comparatif !!!

Laurent

J'ai un peu tardé, mais voilà :

En partant des chiffres de Damien :
45 kg
98.98 kW au décollage avec 0,213 kg/kWh
71.19 kW en croisière avec 0,222 kg/kWh

Une hélice à pas variable électrique moderne et les caractéristiques de l'émeraude CP301A ou B on arrive à :

Masse maximale au décollage : 640 kg (la même que le CP301A ou B)
Compte tenu du gain de poids sur le moteur, ça laisse quand même une charge utile de 220 kg avec un plein de 100 litres de kéro.

Plein gaz : Conso horaire de 26,35 litre de kéro à l'heure (ce qui ne veut pas dire grand chose, vu qu'on n'a peut-être pas intérêt à rester une heure plein gaz !)
Vitesse de montée initiale à pleine charge supérieure à 1600 ft/min
Vitesse maximale au niveau du sol : 245 km/h pour une consommation de 10,75 litres de kéro pour 100 km.

Au régime de croisière : Conso horaire de 19,75 litre de kéro à l'heure
Vitesse de montée au niveau du sol : 1000 ft/min
Vitesse de croisière au niveau du sol : 220 km/h pour une consommation de 9 litres de kéro pour 100 km.
Avec un plein de 100 l, ça fait une distance franchissable de 1000 km et 30 minutes de réserve

Ces performances sont sous-estimées parce que je n'ai pas pris en compte le gain de trainée de refroidissement. D'autre part en volant en niveau (et à condition de ne pas avoir trop de vent de face !) on pourrait sûrement aller un peu plus loin dans le même temps.

On pourrait sûrement faire mieux (au moins 290 km/h en croisière) en partant d'un saphir à l'échelle 0,9 de 635 kg de masse maximale au décollage...

Bravo Damien !

PS : "La qualif B n'existe plus" : C'est à ce genre de détails qu'on se rend compte qu'on est un vieux croûton...

[cp1315]

Salut Philippe

Merci pour tes calculs mais le CP1315 fait 700 kilos Masse Max, 450 à vide !!!

20 litres de kerozene contre 22 litres de 100LL, y a pas photos !!!!

Le temps que Damien finisse son proto, j'aurai peut etre le temps d'user mon Potez et essayer sa turbine, quoi que !!!!!

Ca reste fort interressant, continuons de le soutenir dans son projet, en esperant que les années futurs nous reserves de bien meilleur cieux pour notre activité de loisirs.

Laurent

[Philippe Dejean]

Bonjour Laurent,

Salut Philippe

Merci pour tes calculs mais le CP1315 fait 700 kilos Masse Max, 450 à vide !!!

Laurent

Je sais bien, le CP1315 fait 700 kg de masse maximale alors que le CP301A n'en fait que 640... (+60kg)
de même la charge utile est respectivement de 290 et 260 kg (+30 kg)
Donc il y a 30 kg de plus quelque part...

Je veux bien que de passer du Continental 90CV au Lycoming 115 CV coûte une quinzaine de kg, mais il reste une autre quinzaine de kg qui ne peut s'expliquer que par une dérive de la "masse planeur"

J'ai fait l'hypothèse que dans le travail de remise à plat du CP30 pour l'adapter à un moteur de 45 kg, on serait plus proche du CP301A (même si on ajoute quelques baguettes de carbone ici ou là) que du CP1315...
D'où les chiffres annoncés...

Une autre remarque concernant le moteur de Damien :
La trainée de refroidissement d'un moteur Lycoming avec un capot classique ordinaire peut représenter jusqu'à 20% de la puissance du moteur en croisière.
Si on compte que de par sa taille et surtout sa quasi-absence de refroidissement la turbine permet de gagner 80% de cette trainée, soit 16% de la puissance du moteur, les 71,19 kW du moteur de Damien en croisière doivent se comparer à un moteur de :

71190/((1-0,16)x746x0,75) = 151,5 HP à 75%

Si on utilise une hélice à pas variable :
On peut gagner quelques pourcents en croisière.
On peut surtout gagner au décollage et en montée, là ou la trainée de refroidissement est moins grande, mais où le rendement d'une hélice taillée pour la croisière est aussi moins bon.
Alors dans ce cas le moteur de Damien est sûrement capable de faire jeu égal avec un Lycoming de 160 CV avec une hélice à pas fixe...
(Donc à motoriser un Saphir... pour une petite vingtaine de litres de kérozene ou de FOD à l'heure ! Ou pour un peu plus d'huile végétale !)

Même avec un échangeur en acier existant qui le plomberait à un bon 160 kg, ça serait déjà une solution intéressante pour un Saphir compte tenu de sa consommation...
Alors à 45 kg, je vous laisse imaginer...
- Un Saphir 2+2 ?
- Un CP80 capable de voler plusieurs heures à plus de 300 km/h ?
- Un CP750 remoqueur de planeur économique qui pourrait redescendre vite sans criquer ses culasses ?
- Un CP20 capable de remonter à la verticale après un torque-roll ?

Bons vols
PS : Je ne vois qu'un défaut au moteur de Damien. Il est parfaitement adapté à la plupart des avions légers, mais il est trop gros pour un ULM.
Tant pis, on ne peut pas courir après 2 lièvres à la fois...

[Philippe Dejean]

Bonsoir Damien,

Maintenant, je place mon échangeur entre le compresseur et la chambre de combustion. L’air entrant dans la chambre n’est plus à T2 = 438,59 K, mais à T2i = 986,12 K, pour atteindre mes 1273 K, l’élévation de T° par la combustion du carburant n’est plus que de 1273-986,12 = 286,88 °C…. no comment !

La suite est classique..

L’air sort de la turbine HP :

T4 = 1149,57 K (875,85°C)

Puis de la turbine BP :

T5 = 1046,5 K (772,85°C)

Puis au lieu de rejeter ces 1046,5 K directement dans la nature, il passe dans l’échangeur, qui, comme expliqué plus haut, en extirpe 90% du delta de T° avec T2…

L’air tiède sort finalement de l’échangeur et part dans le nature :

T5i = 499 K (225,85°C)

En anglais, le cycle de ma turbine s’appel « régénérative engine ». Comme tu as vu plus haut, plus le delta T° est grand entre T2 et T5, plus on peut récupérer de la chaleur : il y a donc un autre cycle, encore plus performant que le mien, qui consiste à placer un intercooler avant l’échangeur, afin de refroidir les gaz sortant du compresseur (exactement comme pour un turbo) : ça s’appel « l’intercooled-régénérative-engine »…Damien

Je ne prétendrais pas connaitre la thermo aussi bien que toi : C'est un des rares domaines où je peux dire que mes profs étaient remarquablement nuls, et où je me suis débrouillé tant bien que mal à m'en faire une idée pratique.
Donc ne prends pas mes questions comme une remise en cause de ce que tu dis, mais un Nième essai de recaler mes modestes connaissances dans ce domaine...

Il me semble que je comprends bien l'usage de ton échangeur : récupérer l'énergie contenue dans les fumées pour avoir moins à chauffer l'air comprimé avant de le détendre dans le corps HP... (C'est ça?)

Par contre je n'arrive pas à comprendre l'intérêt de refroidir l'air déjà complètement comprimé avant de le réchauffer. Certes ça permet de mieux épuiser la chaleur des fumées, mais il me semble qu'il faudrait déduire la chaleur évacuée (perdue?) en refroidissant l'air comprimé...
Et que, compte tenu du rendement de l'échangeur et de l'écart accru de température, le pincement final et donc le bilan n'est pas favorable.
(d'ailleurs dans ton exemple, T1i passe de 90 à 82°C donc on est moins chaud avant d'entrer dans la chambre de combustion, re-donc il faudra dépenser plus de carburant pour retrouver les mêmes conditions de température à l'entrée du corps HP... Non ?)

Je comprendrais si on refroidissait l'air partiellement comprimé avant de terminer sa compression : on gagnerait sur l'énergie mécanique de la deuxième phase de compression, mais là...

Je n'ai pas besoin d'aspro, mais mon "comprenoir" atteint une limite que j'aimerais bien repousser un peu plus loin!

Merci d'avance

Ah, oui, encore une petite question : Ton échangeur, il te permettra aussi de faire un turboréacteur à fort taux de dilution économique en terme de conso spécifique?

Bons Vols
Philippe Dejean

[FAUVET Damien]

Salut Philippe,

Ne t’inquiètes pas, toute remarque, question ou rectification est la bienvenue, du moment que cela s’inscrit dans une démarche constructive : ce qui a toujours été le cas de tes mails.

La thermo, c’est effectivement compliqué, surtout quand on essaie de l’expliquer simplement !

Alors, essayons de clarifier un peu les choses.

Tout d’abord, je tiens à préciser que le moteur sur lequel je travaille possède un cycle à « REGENERATION » uniquement, et non pas « INTERCOOLED + REGENERATION » (il n’y a qu’un échangeur thermique).
De plus, quand je dis que le cycle INTERCOOLED + REGENERATION est plus performant que le cycle REGENERATION, je parle de la puissance installée pour un même moteur.

Philippe, tu as raison de dire «Je comprendrais si on refroidissait l'air partiellement comprimé avant de terminer sa compression : on gagnerait sur l'énergie mécanique de la deuxième phase de compression, mais là... », tu mets le doigt sur ce que j’ai mal expliqué dans mes mail précédents :

Le cycle INTERCOOLED + REGENERATION n’est effectivement applicable que pour des compresseurs multi-étages : un intercooler est intercalé entre chaque étage.
La puissance supplémentaire que l’on récupère dans les fumées permet de compenser la plus faible T° de l’air en sortie de compresseur (d’ou la conso identique au cycle à régénération), tandis que l’intercooler permet de diminuer par 2 environ la puissance absorbée par le compresseur, puissance qui peut alors être récupérée par la turbine BP (d’ou la puissance supérieure au cycle à régénération)…

Je pense donc que tu as bien compris le truc Philippe, et ton commentaire me permet de préciser les choses.
En relisant mes mails précédents, je me suis effectivement aperçu que mes propos laissaient penser que l’intercooler crachait directement dans l’échangeur, ce qui n’est pas vraiment exact…il y a le deuxième étage de compresseur entre les deux. Mais je ne voulais pas trop compliquer les explications non plus…

Alors pourquoi ne pas mettre un intercooler pour refroidir l’air du compresseur sur mon moteur ?
Et bien parce-que pour des raisons de simplicité (et donc de fiabilité et de coût), j’utilise un compresseur centrifuge mono-étage.
De plus, l’intercooler doit échanger cette chaleur avec l’air extérieur : donc entées d’air à la Lycoming (adieu la pureté aérodynamique du turboprop à REGENERATION) !!!

Comme souvent, l’aéronautique est une histoire de compromis.

Je joins les diagrammes Température/Entropie réels des différents cycles :

Le mien, c’est le cycle (c), sauf que je suis en compresseur mono-étage, (T3=T2=439K) et en turbine bi-étage (T6=T7=1173K environ) pour mon moteur, on peut donc récupérer pas mal de chaleur : plus que ce qu’il apparaît dans ce diagramme.

Le (d) est le cycle INTERCOOLED + REGENERATION avec en plus une réchauffe entre la turbine HP et la turbine BP, pour augmenter encore la puissance…..
Voilà, je pense que tout est clair maintenant !

Je suis intimement convaincu que les turbines à cycle régénératif sont des moteurs idaux pour nos avions légers (ou plus gros).
Les nouveaux matériaux, tels que la céramique (ou d’autres) laissent entrevoir des possibilités d’évolution énormes, avec des moteurs approchant les 50% de rendement thermique pour des masses 4 à 6 fois inférieures aux meilleurs diesels !
Et j’insiste encore sur le côté écologique de ces petites turbines…

Pour finir, il est prévu de faire un turbo-fan avec échangeur déporté (dans le fuselage, avec les conduites passant dans le bras du support moteur).

A+

Damien

[Philippe Dejean]

Bonsoir Damien,

Merci pour tes explications : Cette fois-ci je crois que c'est clair pour moi !

Je suis intimement convaincu que les turbines à cycle régénératif sont des moteurs idaux pour nos avions légers (ou plus gros).
Les nouveaux matériaux, tels que la céramique (ou d’autres) laissent entrevoir des possibilités d’évolution énormes, avec des moteurs approchant les 50% de rendement thermique pour des masses 4 à 6 fois inférieures aux meilleurs diesels !
Et j’insiste encore sur le côté écologique de ces petites turbines…

Si ton moteur tient ses promesses en termes de prix, de fiabilité et de durée de vie des composants (je crains un peu le colmatage de l'échangeur "chaud" si on brûle un fioul un peu trop lourd comme le MDO), il me semble également très intéressant pour toutes les applications stationnaires où semi-stationnaires où le poids est peu ou pas du tout important, et donc où une solution d'échangeur "lourd" (en acier) n'est pas vraiment un problème.

Je pense en particulier aux groupes électrogènes utilisables en cogénération. Les alternateurs rapides sources d'"inverters" (onduleurs) existent déjà donc la partie "génération électrique" ne pose pas de problème.

Ce qui me semble très positif sur ton moteur c'est :
- La température des fumées T5i = 499 K (225,85°C) est encore tout à fait suffisante pour produire de l'eau chaude (sanitaire + chauffage) ou de la vapeur basse température (application au dessalement d'eau de mer de type distilation flash à basse pression, ou à la distilation de... Biocarburants ! )
- Le rendement proche de 50% qui la surclasse largement par rapport aux micro-turbines qu'on trouve sur le marché (25 à 28% de rendement seulement, mais avec des fumées beaucoup trop chaudes 700 à 800°C même si on veut faire de la vapeur industrielle - rarement à plus de 400°C). Ce très bon rendement ouvre largement le marché dans la mesure où le prix du combustibe est le premier paramètre financier d'une cogénération.

Toujours si le prix (investissement) est assez bas, la faible puissance de chauffe (si je ne me trompe pas, 50 à 60 kW thermiques récupérable en continu - à la puissance mécanique "de croisière" de 71 kW) le rend intéressant même pour le chauffage collectif de petits immeubles ou de locaux agricoles, qui ne sont pas visés actuellement par le cogénération. Le bruit en haute fréquence étant plus facile à réduire qu'en basse fréquence, il doit être possible de faire des groupes silencieux de type "ventouse" utilisables en ville.

Pour les applications semi stationnaires, il y a bien sûr les groupes électrogènes mobiles, mais il me semble qu'il pourrait aussi avoir une place de choix dans les applications marines un peu luxueuses(suppression du 'teuf-teuf' ou du grondement des diesels). Il y a d'ailleurs déjà des yacht de grand luxe (gamme des 30 mètres de long) qui ont déjà des turbines à gaz à la place des diesels pour la propulsion. Ton moteur serait adapté à des unités beaucoup plus petites, mais autrement plus nombreuses !

A la fin, l'application aéronautique pourrait finir par être marginale... (Mais si la grande série fait baisser les prix comme pour les moteurs automobiles, c'est tout bénef ! )

Alors continue !

A+

Philippe

[FAUVET Damien]

Bonjour Philippe,

Effectivement, les applications des microturbines sont multiples.

D’ailleurs, une microturbine de 105 kW vient d’être installée à Versailles.

C’est une Turbec, avec l’échangeur Volvo en photo plus haut. Le compresseur est dérivé d’une petite turbine d’hélico…

Je t’invite à visiter leur site : http://www.turbec.com

Comme tu pourras le constater, le rendement électrique net est de 33%, donc le rendement thermique de la turbine doit approcher les 36%.

La chaleur des fumées est ensuite récupérée pour produire de l’eau pour le chauffage urbain : le rendement global est alors de 80%.

Pour les premiers protos, je vise un rendement thermique identique : 36% (ce qui équivaut à une conso spé de 0,24 kg/kW/h) mais avec des composants beaucoup plus légers.
Comme vous le voyez, les chiffres que j’annonce ne sont pas que théoriques : ils sont vérifiés sur des moteurs déjà en vente, et qui marchent bien !…Regardez les durées de vie des différents éléments : ça va de 30 000 à 60 000 h, avec des intervalles de maintenance toutes les 6 000 h pour l’échangeur (2 h d’intervention seulement) !!!!!!!!

Il y a un réel marché pour ces petits moteurs, et une production de masse permet effectivement de baisser les coûts.

Pour le moment, je travaille avec un compresseur et une turbine HP provenant d’un turbo de groupe diesel à gaz. Ces pièces sont fabriquées en grande série, donc peu chères, mais la turbine ne support pas des T° de plus de 850°C (c’est déjà limite). Il faut donc un rouet plus réfractaire, en INCONEL 713LC ou en IN100.

Il me faudra également réduire le jeu entre le compresseur et son carter, afin d’obtenir un rendement isentropique de 80% (qui doit être à environ 75% actuellement).

Il y a donc encore pas mal de boulot.

Pour le colmatage de l’échangeur, je ne me fais pas trop de souci : le JET A1 est de très bonne qualité…

Ce samedi, je récupère la chambre de combustion toute fraîche sortie de soudure TIG, et j’attaque les finitions du corps HP (passage des sondes, de la lubrification, des arrivées carburant, etc…) et le câblage de l’électronique… et fin janvier, ça devrait tourner.

Après tout cela, on lance la fabrication du corps BP, avec le réducteur intégré… puis réalisation de l’échangeur proto… on refait tourner…on optimise en réduisant les jeux…on refabrique un moteur « bon pour le vol »…on achète un CP301 d’ocase…on remplace le continental…et hop !

Le Saphir à réaction et échangeur arrivera naturellement après tout cela, car à force de parler de turboprop, il va falloir changer le nom de la rubrique… !!!

Allez, au boulot…

A+

[FAUVET Damien]

Quand on vous dit que 58 kW/l, c'est trop pour un moteur stationnaire !

Avec 2 l de cylindrée pour 135ch, on passe à 49,5 kW/l... je pense que cela fait encore beaucoup, surtout si le vilo n'a pas été renforcé... ???

La bonne solution, pour cette gamme de puissance, eut été un moteur 3 l (environ 30kW/l)…

[Philippe Dejean]

Bonjour à tous,

Quand on vous dit que 58 kW/l, c'est trop pour un moteur stationnaire !

Avec 2 l de cylindrée pour 135ch, on passe à 49,5 kW/l... je pense que cela fait encore beaucoup, surtout si le vilo n'a pas été renforcé... ???

La bonne solution, pour cette gamme de puissance, eut été un moteur 3 l (environ 30kW/l)…

Je suis tout à fait d'accord avec toi pour les trois points.

- Pour le choix du 2l, il est quelque peu dicté par le remplacement du 1,7 litre par le 2 litres. Ce qui pose problème, par contre, c'est qu'effectivement, il est encore un peu petit pour faire plus de 100 CV "aviation" (60 kW continus), et aussi qu'il faut refaire un autre bloc.

L'histoire Mercedes/Thilert rappelle un peu trop celle du VW/Limbach : on commence par adapter un moteur d'automobile, mais comme on est trop gourmand sur la puissance, et que la production automobile évolue (vers l'économie), un nombre croissant de pièces du modèle avionné est spécifique... Jusqu'à ce que sur un Limbach 2400 EFS, la masse des pièces VW représente moins de 10% du total ! A se demander s'il ne valait mieux pas faire d'emblée un moteur aéronautique (quitte à faire aussi une version stationnaire industrielle pour allonger les séries) : C'est comme ça que Continental a commencé : le 45 et le 65 HP étaient aussi montés sur des batteuses avant la seconde guerre mondiale !
Il suffit de comparer les ventes de Jabiru 80-120 CV et de Rotax 912 et 914 avec celles des Limbach, toutes versions confondues pour voir les limites de l'avionnage d'un moteur automobile.

- Il aurait fallu 3 litres... Et oui ! C'est le cas du Wilksch de 120 CV et le DeltaHawk de 3,2 l n'est pas très loin... d'autant qu'en deux temps, avec 1 temps moteur par tour, la pression efficace n'a pas besoin d'être aussi élevée que sur un 4 temps dès que le 4 temps ne tourne pas deux fois plus vite que 2 temps.


Côté Turbofan, tu dis qu'on pourra garder l'échangeur dans le fuselage avec passage des gaz dans le mat réacteur. Je vois deux solutions :

1/ Seul l'échangeur est dans le fuselage, le générateur de gaz près de la turbine et du fan. Dans ce cas, il y a trois conduits de gaz et un conduit de carburant dans le mat : l'air comprimé qui part vers le fuselage, l'air réchauffé qui revient vers la chambre de combustion, les fumées qui repartent ves l'échangeur et bien sûr, l'alimentation en kéro.

2/ Le générateur de gaz est dans le fuselage avec l'échangeur. Dans ce cas, il n'y a plus que deux conduits de gaz dans le mat réacteur : les gaz chauds du générateur de gaz qui viennent du fuselage vers la turbine du fan, et les fumées détendues qui retournent à l'échangeur.

La deuxième solution peut paraitre plus simple, mais il y a des gaz plus chauds et sous une pression inférieure qui passent par le mat réacteur(nécessité d'une section supérieure et d'un calorifuge plus efficace ?) N'y a-t-il pas risque de perdre du rendement à éloigner le générateur de gaz de la turbine qui entraine le fan ?

Pour une première version, ne vaudrait-il pas mieux garder tout le turbofan dans le fuselage, même si ce dernier est un peu gros, comme sur le Vampire ?
Je pense que pour un quadriplace ou un biplace côte à côte confortable, on pourrait assez facilement loger deux turbofan côte à côte avec tous leurs auxiliaires dans la partie arrière du fuselage.

Bons vols

Philippe Dejean

[FAUVET Damien]

Bonjour Philippe,

Bravo, tu as trouvé l'architecture que je préconise pour la version turbofan + échangeur, à savoir la n° 1 !

J'ai été pas mal occupé ces derniers temps, surtout avec la maquette numérique de l'échangeur qui ma donné quelques insomnies... Mais bon, elle est quasi terminée à présent.

En attendant de nouvelles photos, voici quelques vues du turboprop à échangeur :

A+

[nicolaslamy]

voici un site super interressant et avec le cours du dollars actuellement c est interressant au niveau prix:


www.innodyn.com

[Philippe Dejean]

Bonjour,

Le dollar favorable fait baisser le prix en Euros, mais je n'ai trouvé aucune info satisfaisante côté consommation.

Comme il n'y a aucun échangeur, il est probable que le rendement est assez faible (comparable à celui d'un moteur 2 temps)...

Bons vols

[cp1315]

Salut

Damien aurait il des nouvelles à nous communiquer sur son projet ?