Voir la source de Turbopropulseur

{{confusion|Turboréacteur}}
{{Article général|Propulsion des aéronefs|Moteur à réaction}}
{{Ébauche|aéronautique}}
Un '''turbopropulseur''' est un [[Propulsion des aéronefs|système de propulsion]] dont l'énergie est fournie par une [[turbine à gaz|turbine à combustion]] et dont la [[poussée]] principale est obtenue par la rotation d'une [[Hélice (aéronautique)|hélice]] [[pale|multi-pales]]<ref name=cnr>{{CNRTL|turbopropulseur}}.</ref>.

[[Fichier:TP400-D6.JPG|vignette|L'[[Europrop International TP400|EuroProp International TP400-D6]], turbopropulseur destiné à l'[[Airbus A400M Atlas|Airbus A400M]].]]

== Étymologie ==
Le terme français « turbopropulseur » est composé de turbo (désignant la turbine à combustion) et du mot propulseur, ce qui décrit bien ce mot de propulsion<ref name=cnr/>.

== Historique ==
[[Alan Arnold Griffith]] publia un article sur la conception des turbines en 1926. Des travaux ultérieurs de la [[Royal Aircraft Establishment]] étudièrent des conceptions de turbines axiales pouvant être utilisées pour alimenter un arbre, puis une hélice. À partir de 1929, [[Frank Whittle]] a commencé à travailler sur des modèles de turbines centrifuges capables de fournir une poussée pure par jet<ref name="g120">Gunston Jet, {{p.|120}}</ref>.

Le premier turbopropulseur au monde a été conçu par l'ingénieur mécanicien hongrois [[György Jendrassik]]<ref>Gunston World, {{p.|111}}</ref>. Jendrassik a publié l'idée sur les turbopropulseurs en 1928 et, le {{date-|12 mars 1929}}, il a breveté son invention. En 1938, il construisit une turbine à combustion expérimentale de petite taille ({{nobr|100 HP}} ; {{nobr|74,6 kW}})<ref>{{lien web|url=http://www.sztnh.gov.hu/feltalalok/jendrass.html |titre=Magyar feltalálók és találmányok - JENDRASSIK GYÖRGY (1898 - 1954) |éditeur=SZTNH |date= |consulté le=2012-05-31}}</ref>. Le plus grand [[Jendrassik Cs-1]], avec une puissance prévue de {{nombre|1000 ch}}, a été fabriqué et testé aux [[Compagnies Ganz]] de Budapest entre 1937 et 1941. Il était conçu de manière à flux axial avec {{nobr|15 étages}} de compresseur et {{nobr|7 étages}} de turbine, une chambre de combustion annulaire et autres caractéristiques modernes. Initialement lancé en 1940, les problèmes de combustion limitaient sa puissance à {{nobr|400 ch}}. En 1941, le moteur a été abandonné en raison de la guerre et l'usine a été confiée à la production de moteurs conventionnels. Le premier moteur à turbopropulseur au monde à être fabriqué en série a été conçu par un ingénieur allemand, Max Adolf Mueller, en 1942<ref name="g120" />.

=== Avions équipés ===
De nombreux aéronefs utilisent ce mode de propulsion, plus économe en carburant qu'un [[turboréacteur]] pour les vitesses de croisière moyennes.

On le trouve, entre autres, sur de gros aéronefs comme sur le bombardier [[Tupolev Tu-95]]<ref>[http://www.avionslegendaires.net/avion-militaire/tupolev-tu-95-bear/ Tupolev Tu-95 ‘Bear’], avionslegendaires.net.</ref>, l'avion moyen courrier [[ATR 72]] ou l'avion de transport militaire [[Airbus A400M Atlas|A400M]]<ref>{{pdf}}[http://www.easa.europa.eu/system/files/dfu/EASA-TCDS-A.169_Airbus_A400M-04-17072013.pdf Voir page 8 - 5. Engines], sur easa.europa.eu, consulté le 13 mai 2017.</ref> qui peut atteindre {{unité|882|km/h}} (Mach 0,72<ref>{{ouvrage |auteur institutionnel=[[Agence européenne de la sécurité aérienne]] (EASA) |titre=EASA Type-Certificate Data Sheet for Airbus A400M |numéro chapitre=EASA.A.169 |date=17 juillet 2013 |page=11| pages totales=18 |url=http://www.easa.europa.eu/system/files/dfu/EASA-TCDS-A.169_Airbus_A400M-04-17072013.pdf |format électronique=Pdf |id=easa}}</ref>) . D'autres aéronefs plus légers comme l'avion de transport [[Cessna 208 Caravan]] ou les avions d'entrainement militaire [[Pilatus PC-21]] et [[TAI Hürkuş|TAI Hürkus]] possèdent un turbopropulseur, leur permettant d'atteindre aisément des vitesses de l'ordre de {{unité|300|km/h}} pour le Cessna, {{unité|574|km/h}} pour le Hürkus et {{unité|685|km/h}} pour le Pilatus<ref>{{pdf}}[http://www.pilatus-aircraft.com/00-def/main/scripts/ckfinder/userfiles/files/Downloads/Brochures/Pilatus%20Aircraft%20Ltd%20-%20PC-21%20Fact%20Sheet.pdf Voir page 2 : Performance], sur pilatus-aircraft.com, consulté le 13 mai 2017.</ref>.

Plusieurs entreprises aéronautiques produisent des avions à turbopropulseur, notamment [[Antonov (aéronautique)|Antonov]], [[Avions de transport régional|ATR]]<ref>[http://artheauaviation.com/produit/atr-72/ ATR 72 - Aviation Commerciale], sur artheauaviation.com, consulté le 13 mai 2017.</ref>, [[Canadair]], [[Construcciones Aeronáuticas Sociedad Anónima|CASA]], [[Beechcraft]]<ref name="ten">{{en}} [https://www.benzinga.com/pressreleases/14/05/p4564768/ten-top-private-turboprop-aircraft-companies-ranked-in-may-2014-by-best Ten Top Private Turboprop Aircraft Companies Ranked en Mai 2014 sur bestofluxury.com], 18 mai 2014, benzinga.com.</ref>, [[Embraer]] , [[Pilatus Aircraft]]<ref name="ten" />, [[Daher]]<ref name="ten" /> et [[Viking Air]]<ref name="ten" />.

== Utilisation ==
Le turbopropulseur est particulièrement adapté aux [[avion]]s dont la vitesse de croisière est comprise entre {{unité|300|et=800|km/h}}<ref group=alpha>Voir par exemple le [[Tupolev Tu-95|Tupolev Tu 95-MS]] aux turbopropulseurs de {{Unité|15000|ch}} à [[hélices contrarotatives]] de {{Unité|6,2|m}} de diamètre, dont la vitesse maximale est de {{Unité|830|km/h}}.</ref>. Au-delà, la baisse du [[rendement (physique)|rendement]] [[aérodynamique]] de l'hélice, liée à l'écoulement [[transsonique]] ou [[supersonique]] en bout de pale, conduit à préférer le [[turboréacteur]].

== Principe ==

Le turbopropulseur est une [[turbomachine]] dont le fonctionnement est proche de celui d'un [[turboréacteur]], bien que leur ''conception poursuive un objectif diamétralement opposé'' :
* un [[turboréacteur]] doit ''produire le maximum de poussée'' en éjectant le maximum de gaz à la vitesse la plus élevée possible, par la tuyère ;
* un turbopropulseur doit fournir le maximum de puissance pour la ''mise en rotation d'une hélice'' tout en perdant le minimum d’énergie dans les gaz d'échappement, afin de produire le déplacement d'un gros volume d'air le plus efficacement possible. Il est donc très similaire au fonctionnement du [[turbomoteur]] équipant les hélicoptères<ref>[https://www.lavionnaire.fr/MotorTurboProp.php Les turbomachines - Les turbopropulseurs], surlavionnaire.fr, consulté le 13 mai 2017.</ref>, avec les mêmes contraintes de vitesse maximum en bout de pale<ref name=vl group=alpha>Ne pas dépasser la [[vitesse du son]] en bout de pale au risque de faire beaucoup de bruit voire de la détruire.</ref>.

Par sa conception, le turbopropulseur obtient le maximum d'énergie possible pour faire tourner l'[[Arbre (mécanique)|arbre]] de l’hélice, les gaz d'échappement ayant une température relativement faible et une vitesse d'éjection très réduite. Cette rotation de l'arbre moteur est renvoyée vers l'hélice au travers d'un [[réducteur mécanique]]. La poussée résiduelle d'échappement des gaz est faible (moins de 10 %), la majeure partie de la poussée étant produite par l'hélice avec un bien meilleur rendement qu'un réacteur classique, mais avec l'inconvénient de ne pas pouvoir approcher les vitesses supersoniques, du fait du risque de dépasser la [[vitesse du son]] en bout de pale d’hélice<ref name=vl group=alpha/>.

=== Variantes de conception ===

Il existe des turbopropulseurs à turbine liée et d'autres à turbine libre. Dans le premier cas, la même partie tournante (turbine et arbre) s'occupe à la fois d'entrainer le compresseur (ou l'un des deux compresseurs) et de motoriser l'hélice, via un réducteur. Dans un turbopropulseur à turbine à libre, il y a une turbine séparée, chargée uniquement de fournir  l'énergie mécanique à l'hélice. Il n'y a donc aucun lien mécanique entre l'hélice et les parties centrales du moteur. Si elle est plus complexes, l'architecture à turbine libre présente des avantages. En particulier, un turbopropulseur à turbine libre demande moins d'apport d'énergie pour le démarrage, car il ne faut mettre en rotation que les parties internes du moteur, et non l'hélice<ref>{{Lien web |langue=en |titre=Free-turbine faceoff |url=https://www.aopa.org/news-and-media/all-news/2018/march/pilot/turbine-denali-pt6 |site=www.aopa.org |date=2018-05-02 |consulté le=2024-03-30}}</ref>.

Comme le [[Degré de liberté (physique)|nombre de degrés de liberté]] des turbopropulseurs à turbine liée et à turbine libre n'est pas le même, le nombre d'instruments moteurs n'est pas nécessairement le même, non plus. Par exemple, dans le cas d'un [[Pratt & Whitney Canada PT6|PT6A]], à turbine libre, il est nécessaire de connaitre à la fois la vitesse de rotation du générateur de gaz d'une part (désignée habituellement par "N1") et d'autre part la vitesse de rotation de l'hélice (désignée habituellement par "N2" ou [[Tour par minute|"RPM"]]).

Comme pour les turboréacteurs, on distingue des turbopropulseurs à arbre unique ou à deux arbres. Dans le premier cas, un seul arbre relie l'ensemble des turbines et l'ensemble des compresseurs. Dans le deuxième cas, il existe deux arbres coaxiaux et non reliés mécaniquement, l'un reliant le compresseur basse pression à la turbine basse pression, l'autre, tournant à un régime plus élevée, relie les composants haute pression. La structure à deux arbres permet d'obtenir de plus haut taux de compression<ref>{{Article|prénom1=Thamir K.|nom1=Ibrahim|prénom2=Mohammed Kamil|nom2=Mohammed|prénom3=Omar I.|nom3=Awad|prénom4=Ahmed N.|nom4=Abdalla|titre=A comprehensive review on the exergy analysis of combined cycle power plants|périodique=Renewable and Sustainable Energy Reviews|volume=90|pages=835–850|date=2018-07|issn=1364-0321|doi=10.1016/j.rser.2018.03.072|lire en ligne=http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2018.03.072|consulté le=2024-03-30}}</ref>.

A titre d'exemple, le [[Rolls-Royce RB.53 Dart]] est à arbre unique et turbine liée. Toutes les parties tournantes fonctionnent donc au même régime (environ {{unité|15000|rpm}}), et une réduction de rapport 10:1 entraîne l'hélice. Le [[Europrop International TP400]] possède un générateur de gaz à deux arbres, plus une turbine libre. Les parties tournantes sont donc réparties en trois ensembles mécaniquement indépendantes, tournants à des régimes différents<ref>{{Lien web |titre=Airbus EPI TP400 Engine Takes Off |url=https://www.aviationpros.com/home/press-release/10402318/airbus-epi-tp400-engine-takes-off |site=Aviation Pros |date=2008-12-18 |consulté le=2024-03-31}}</ref>.

<gallery>
Fichier:Turboprop operation-fr.svg|Principe de fonctionnement d'un turbopropulseur à turbine liée. 
Fichier:Flowtp.gif|upright|Passage de l'air dans un turbopropulseur en fonctionnement.
Fichier:Reduction Gear of PT6A-20A turboprop engine at Archive room of JMSDF Tokushima Air Base September 30, 2017.jpg|Réducteur mécanique d'un PT6A ([[Train épicycloïdal]]).
Fichier:Principe turboprop met straaluitgang.JPG|principe d'un turbopropulseur à turbine libre.
</gallery>

=== Eléments partagés avec les turboréacteurs ===

La partie générateur de gaz d'un turbopropulseur utilise les mêmes éléments qu'un turboréacteur. Ainsi, pour réduire les coûts de développement et profiter d'économies d'échelle sur les pièces, certains turbopropulseurs ont été conçus à partir de turboréacteurs, ou inversement. Ainsi, le [[Rolls-Royce AE 2100]] (qui équipe notammet les [[Lockheed C-130J Super Hercules|C-130J Super Hercules]]) utilise les mêmes parties internes que le réacteur pour aviation d'affaires [[Rolls-Royce AE 3007]]<ref>{{Lien web |langue=en |titre=Rolls-Royce AE Engine family hits 25 million hours milestone |url=https://www.rolls-royce.com/media/press-releases-archive/yr-2007/rr-ae-engine-family.aspx |site=www.rolls-royce.com |consulté le=2024-04-05}}</ref>.

== Calcul de la puissance ==
Un turbopropulseur fournit une [[puissance (physique)|puissance]] pour faire tourner l’hélice, tandis que le [[turboréacteur]] fournit une [[turboréacteur#Calcul de la poussée|poussée]].

L'hélice étant en rotation, on connaît son régime (en [[Tour par minute|tours par minute]] par exemple), et son couple ce qui permet d'en déduire la [[Puissance (physique)#Puissance d'un couple|puissance fournie]] d'après la formule :

: <math>P = \vec{C} \cdot \vec{\Omega}</math>

Avec :
* <math>P</math> : la puissance (en [[Watt|W]]).
* <math>\vec{C}</math> : le couple (en [[Newton (unité)|N]]·[[mètre|m]]), 
* <math>\vec{\Omega}</math> : la vitesse de rotation (en [[radian|rad]]/[[seconde (temps)|s]]), 

Si l'on souhaite obtenir la puissance <math>P</math> en chevaux (ch), on utilisera le régime de rotation <math>N</math> en tr/min, et le couple <math>C</math> en mètre-kilogramme (m · kg), ainsi qu'une constante : 
:<math>P = \frac{C \cdot N}{716,5} </math>

== Entreprises fabriquant des turbopropulseurs ==
[[Fichier:General Electric T31, Presidential Gallery, National Museum USAF.jpg|thumb|upright|Le [[General Electric T31]], [[#Variantes de conception|à turbine liée]], premier turbopropulseur testé sur banc d'essai.]]
Principales entreprises fabriquant des turbopropulseurs :
*{{Canada}}
** [[Pratt & Whitney Canada]]
*{{USA}}
** [[General Electric]]
** [[Pratt & Whitney]]
** [[Garrett AiResearch|Garrett]] puis [[Honeywell Aerospace|Honeywell]] avec leur [[Garrett TPE331|TPE331]]
*{{Tchéquie}}
** [[Walter (entreprise)|Walter]] et son M601
*{{Ukraine}}
** [[Ivtchenko-Progress ZMKB]]
*{{GBR}}
** [[Rolls-Royce (entreprise)|Rolls-Royce]]
*{{FRA}}
** [[Safran Aircraft Engines]]<ref>{{Article|titre=TP400|périodique=Safran Aircraft Engines|date=2015-05-22|lire en ligne=https://www.safran-aircraft-engines.com/fr/moteurs-militaires/avions-de-transport-strategique-et-tactique/tp400|consulté le=2017-12-08}}.</ref> ou [[Safran Helicopter Engines]]
{{clr}}

== Notes et références ==
{{Traduction/Référence|en|Turboprop}}

=== Notes ===
{{références|groupe=alpha}}

=== Références ===
{{Références|taille=40}}

== Annexes ==
{{Autres projets
|commons=Category:Turboprop engines
}}

=== Articles connexes ===
* [[Turbomachine]]
* [[Propulsion des aéronefs]]
* [[Liste des moteurs d'avions]]
* [[Liste des motoristes aéronautiques par pays]]
* [[Hélice (aéronautique)|Hélice]]

{{Palette|Moteurs à combustion interne|Avion|Moteur à réaction|Composants d'un moteur à réaction}}
{{Portail|aéronautique|énergie}}

[[Catégorie:Turbopropulseur| ]]