TURBINES À GAZ

Le foyer

Le foyer, ou chambre de combustion, est l'endroit où l'on fournit à l'air l'énergie sous forme chimique en y réalisant une réaction chimique ou une combustion de l'air. La combustion est une oxydation d'un hydrocarbure. La quantité de carburant injectée dans le foyer placé entre le compresseur et la turbine est généralement inférieure à la valeur, appelée stœchiométrique, utilisant toute la quantité d'air aspirée, cela afin d'amener les gaz brûlés à une température admissible pour les matériaux employés pour la turbine (aubes, disques, carters, etc.). On dit alors que le mélange est pauvre, ou encore que la richesse est inférieure à l'unité.

L'obtention d'une combustion satisfaisante dans le foyer suppose tout d'abord qu'un mélange intime entre air et carburant soit réalisé. Dans le cas où un carburant liquide est utilisé, trois types d'injecteurs sont généralement employés : des pulvérisateurs de type mécanique, des cannes de prévaporisation ou encore des pulvérisateurs aérodynamiques, les gouttelettes de carburant liquide étant cisaillées entre deux lames d'air contrarotatives. Le délai d'inflammation, qui dépend de la température, de la pression et de la richesse, doit être suffisamment court. Enfin, pour que la flamme soit stabilisée dans le foyer, il faut organiser la combustion dans des zones où la vitesse du fluide est très faible, afin que la propagation de la flamme par effet de conduction puisse compenser la convection des gaz vers l'aval. À cet effet, on utilise parfois des accroche-flammes, et, plus généralement, on organise des zones de recirculation stable.

Un foyer de turboréacteur comporte un tube à flammes, où est admis en premier l'air primaire mélangé au kérosène au moyen d'injecteurs. Dans la première partie de ce tube est organisée une combustion stœchiométrique. L'air secondaire enveloppe ensuite ce tube, assurant ainsi une protection thermique, et des perforations réalisées dans ce dernier contribuent à organiser les recirculations souhaitées dans le tube et assurent une dilution des produits de combustion. Des travaux de recherche sont actuellement consentis pour diminuer sensiblement la pollution (poussières, NO_x, CO, SO₂, etc.). Dans le cas des machines aéronautiques, la difficulté provient du fait que le foyer fonctionne à différents régimes (ralenti, montée, croisière, etc.). Des chambres à deux têtes sont, depuis les années 1990, incorporées sur certains moteurs S.N.E.C.M.A./G.E., comme le CFM 56 et le GE 90. On envisage à plus long terme plusieurs techniques pour diminuer les polluants. Citons principalement la chambre de combustion à prémélange pauvre, la chambre de combustion riche à dilution rapide et finalement la chambre de combustion catalytique.