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Turbines - Guide pratique

Guide pratique EDF

Draft 11/01

Définition du rendement propulsif :

np= 2.V0/(V6+V0)

où V0 est la vitesse de vol de l'engin (ou vecteur comme-y-disent-dans-le-tableau-Excel)et V6 la vitesse d'éjection des gaz brûlés (euh, pardon, de l'air)

En, clair, un sèche cheveux monté sur une cellule qui se traîne ne sert qu'à faire du bruit !

Poussée d'une turbine "électronique" (qui marche aux zélectrons) :

Fp=Q(V6-V0) + S6 (P6-P0)

où ici S6 est la section de sortie de la tuyère,

P6 est la pression du flux sortant

P0 est la pression atmosphérique

En pratique la poussée est maximale si le terme P6-P0 est nul, car cela correspond à une vitesse maximale de V6. Vu dans l'autre sens, cela signifie que tant que la pression de sortie n'est pas égale à la pression atmosphérique (on dirait alors que la tuyère est adaptée), on n'a pas le maximum de vitesse d'éjection du flux.

Principe de conservation des débits

On peut faciliter le travail de la turbine en produisant une partie de l'accélération par la veine d'entrée d'air qui sera convergente (merci Bernoulli). De la même façon, la tuyère de sortie sera convergente de manière à continuer l'accélération (on reste en subsonique, hein ? pas de blague !).

Oui, mais de combien ? Excellente question, on peut raisonner sur les débits:

Partant du principe que tout ce qui rentre doit ressortir on a :

S0.V0=S1.V1=S2.V2 avec

S0 : Section frontale d'entrée d'air (m²)

V0 : Vitesse de vol (m/s)

S1 : Section du passage d'air de la turbine (ne pas compter la Surface des ailettes)

V1 : Vitesse d’éjection de l'air juste derrière la turbine

S2 : Section de sortie de la tuyère

V2 : Vitesse d'éjection de l'air en sortie de tuyère

Dans ce calcul, S1 est connue, V1 peut être mesurée ou approximée par le calcul (en fonction de son régime (rpm) et de son pas, voir à ce sujet la méthode expérimentale de détermination du pas des hélices déjà expliquée)

V0 peut être fixée en fonction de la vitesse "souhaitée" du modèle. Enfin on peut tenter de déterminer S2 par S1=moyenne(S0;S2) ce qui correspond à une accélération de l'air partagée entre avant et après la turbine.

Exemple :

Ainsi ta turbine soufflant à 25 m/s par sa tuyère de 7cm de diam, cela donne un débit de sortie de 0.096211275 m3/s Ok ? (VxPIxD^2/4)

Ton avion volant à 16 m/s, ton entrée d'air de 7cm de diam, ne capte correctement que 0.061575216 m3/s (*), si tu portes ce diamètre à 8.75 cm exactement, tu captes alors le bon débit. CQFD

(*) On se trouve ici dans le cas d'un flux convergent aérodynamique externe, en français dans le texte cela signifie que :

1- Ta turbine à besoin de plus d'air que ce que lui fournit l'entrée d'air (possible d'ajouter des entrées additionnelles, trappes de train, etc...)

2- La qualité de l'écoulement à l'intérieur de ton entrée d'air dépend PRINCIPALEMENT du rayon des lèvres de l'entrée d'air, avec risque de décollement si entrée d'air "affûtée", incidence trop élevée, dérapage, etc...

Poussée statique ou vitesse ?

De la même façon, On peut faire une analogie avec les hélices non carénées.

Une grande hélice ne tournant pas très vite brasse beaucoup d'air mais sans trop de vitesse.

- une bonne poussée statique

- le modèle ne pourra pas aller très vite.

Une petite hélice tournant très vite brasse peu d'air mais avec beaucoup de vitesse

- une poussée statique très mauvaise

- le modèle pourra aller assez vite.

Concernant les turbines

Si on rétrécit la sortie, l'air est accélère, donc comme a dit Laurent, peu d'air est expulse mais avec beaucoup de vitesse

Mais on peut aussi agrandir la sortie.

Plus d'air est envoyé mais avec moins de vitesse. On améliore ainsi la poussée statique Le modèle peut donc voler moins vite.

Vous n'avez jamais remarque sur les jets grandeurs, les volets en sortie de tuyère.

Bien ouverts au décollage pour avoir de la pousse statique, et bien

Fermes en vole pour voler plus vite.

En revanche, je n'ai aucune formule permettant de modéliser puis calculer tout cela.

Nous avions vérifié (un peu) cela sur un modèle que nous avions fait cet été, avec la petite turbine pour speed300 (Merci Claude).

Sans aucune tuyère la turbine avait une meilleur poussée statique que dans le modèle ou la veine d’éjection était assez longue et se rétrécissait.

L’entrée d'air était la même dans les deux cas.

Auteur ?


Date de création : 07/10/2005 @ 22:00
Dernière modification : 20/11/2005 @ 00:18
Catégorie : Turbines
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Réaction n°1 

par AlbertGobin le 31/08/2006 @ 23:35

Si je peux me permettre:

Surface de référence = surface du disque utile de la turbine, soit diam. interne de la turbine moins le diametre occupé par le moteur.

Dans tous les cas, la surface d'entrée (somme des 2 entrées si il y en a 2) doit être comprise en 0,95% du diam intérieur de la turbine pour un jet orienté vitesse (sinon surpression en amont du rotor) et 105% de la surface utile pour un jet volant lentement.

Si o­n veut un jet avec bonne accélération, poussée verticale, la surface de sortie doit être légérement sup à la surface utile (le disque). Au max 105% à nouveau. Là, décollages courts du sol, belles montées, mais le zinc va
rapidement "bourrer"...

Pour un jet rapide, la surface de sortie doit être plus petite que le surface utile, jusqu'à 70% est possible, mais là c'est lancé à la catapulte, et vol basé principalement sur la vitesse et l'inertie (peu de poussée verticale)

Dans les 2 cas, si la tuyère est longue, il faudra garder le diam de la turbine le plus longtemps possible, et ramener le retrecissement le plus à l'arriere possible

Enfin, le rayon de l'intake ring (idéalement un clark Y extrados à l'intérieur) doit faire 6% au moins du diam de turbine, et les tuyères amont et aval ne doivent pas avoir de rétrecissement sup à 4° au maximum



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