Postcombustion

Postcombustion d'un McDonnell Douglas F/A-18 Hornet de l'US Navy.

La postcombustion^[1] ou post-combustion^[2], parfois dénommée réchauffe, est un système utilisé par les avions militaires supersoniques pour augmenter temporairement la poussée fournie par un turboréacteur.

Cette technique consiste à injecter et enflammer, à l'aide de brûleurs auxiliaires, du kérosène — derrière la turbine du moteur, d'où le terme « post » — dans les gaz d'échappement du réacteur, ce qui a pour conséquence une augmentation importante de la poussée. En contrepartie, la consommation de carburant augmente de façon significative.

Cet apport de puissance supplémentaire est particulièrement utile lors d'un décollage sur une piste courte, à l'image des porte-avions, ou pour se sortir d'une situation étriquée lors d'une mission militaire.

Technique

Principe

Les disques visibles dans les gaz sont des ondes de choc engendrées par leur vitesse supersonique.

Le principe de la postcombustion est d'injecter du kérosène, via un canal prolongeant la tuyère du turboréacteur, dans les gaz d'échappement qui s'enflamment alors spontanément sous l'effet de la chaleur. La température élevée des gaz, comprise entre 1 800 K et 2 000 K, favorise en effet la formation du mélange carburant-gaz ainsi que son inflammation et sa combustion^[3]. Il se produit alors une réaction supplémentaire. Le fait de réchauffer l'air en sortie de réacteur permet d'augmenter la vitesse de sortie des gaz, et donc la poussée du réacteur.

Ces gaz atteignent d'ailleurs des vitesses supersoniques et forment des disques d'ondes de choc facilement reconnaissables. Ils ne doivent pas dépasser Mach 1 en sortie de tuyère mais étant donné que réchauffer l'air a pour effet d'augmenter la vitesse du son, les gaz peuvent être éjectés avec plus de vitesse sans toutefois dépasser le mur du son.

Ce système offre un incroyable avantage, celui d'augmenter significativement la poussée de l'avion sans ajout de systèmes de propulsion complexes et lourds^[4]. Cette puissance supplémentaire est obtenue au prix d'une augmentation importante de la consommation en carburant, environ quatre à cinq fois plus importante que sans postcombustion, du bruit et de la signature infrarouge. La postcombustion produit une flamme gigantesque en sortie des réacteurs, qui dépasse parfois la longueur de l'avion, ainsi qu'un bruit effroyable.

Efficacité

Tuyère d'un MiG-23 laissant apercevoir les anneaux d'injection de carburant de la postcombustion (en vert).

Quand on mesure la poussée d'un réacteur, on parle de poussée « à sec » (« dry » en anglais) quand la postcombustion n'est pas utilisée et « avec PC » (« wet » en anglais) quand elle est enclenchée.

Sur les avions militaires, la poussée obtenue avec PC maximale atteint en général 150% de la poussée à sec. C'est par exemple le cas du réacteur General Electric J79, qui équipe certains avions militaires célèbres comme le F-104 Starfighter ou le F-4 Phantom II, et du Snecma M53-P2 qui équipe le Mirage 2000. Sur le Concorde, la poussée du moteur Olympus 593 passait de 14,7 à 17,4 tonnes avec PC, soit une augmentation de 18%.

Limites

Sur les avions militaires, la postcombustion ne peut généralement être utilisée plus d'une dizaine de minutes, en raison non seulement de l'augmentation de la consommation de carburant mais aussi des contraintes thermiques et structurelles qu'elle implique. Quelques avions ont cependant été conçus dès le départ pour supporter la PC plus longtemps, comme le Mirage IV et le Lockheed SR-71 Blackbird.

Utilisation

Le concorde est l'un des deux seuls avions civils à postcombustion.

Utilisée depuis les années 1950, la postcombustion fut longtemps le seul moyen d'atteindre des vitesses supersoniques, et est employée presque uniquement sur les avions militaires. Les seuls avions civils ayant été dotés de postcombustion étaient les deux seuls avions de ligne supersoniques : le Concorde (réacteurs civils) et le Tupolev Tu-144 (réacteurs militaires).

De nos jours, les avions les plus récents comme le F-22 sont capables de dépasser Mach 1 sans PC et donc de tenir plus longtemps de telles vitesses. On parle alors de supercroisière, pour « croisière supersonique ». La postcombustion est néanmoins toujours utilisée comme réserve de puissance pour faire des pointes de vitesse, ou apporter de fortes accélérations nécessaires par exemple en situation de combat aérien ou lors du catapultage depuis un porte-avions.

Annexes

Notes et références

Bibliographie

• Philippe Arquès, Théorie générale des machines : Machines à réaction, motrices et réceptrices, à vapeur ou à gaz, Editions Ophrys, 2007 (ISBN 978-2710808954) 

Articles connexes

• Turboréacteur
• Statoréacteur
• Poussée vectorielle

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