Effet de la pluie et de l'humidité sur les performances d'un moteur

Bonjour à tous
Est-ce que quelqu'un sait comment les performances d'un réacteur sont influencées par la présence d'eau (pluie, humidité, givre, etc.) dans l'air aspiré. D'un côté la chaleur latente de vaporisation doit absorber une certaine énergie thermique, de l'autre, la détente de la vapeur ajoute certainement à la poussée (injection d'eau au décollage sur le B-47). Quel est l'effet global? Est-ce que la soufflante est affectée?
Merci de vos lumières!

Qui n'a jamais constaté dans sa prime jeunesse qu'une mobylette, qu'une deux-chevaux ou une Renault 4 tirait plus (ramait moins) par temps de pluie ?
L'injection d'un spray d'eau (en général mélangée à du glycol) à l'admission est d'ailleurs un moyen de tirer plus de puissance d'un moteur à pistons, ça permet d'augmenter le taux de compression sans toucher à la mécanique tout en diminuant la température dans la chambre de combustion, ça va en général de pair avec le blocage d'une waste gate sur un compresseur, et je crois que c'était le principe utilisé pour la surpuissance du Hawker Tempest.
Plus près de chez nous et sur un véhicule terrestre, il y avait un concessionnaire Alpine-Renault du Nord de la France (Douai, il me semble) qui commercialisait , dans les années '80 (avec l'accord de la maison-mère), une version de l'Alpine A 310 V6 équipée d'un tel système.
Je crois que pour tout moteur à combustion interne, il doit en aller de même, sachant qu'en parlant d'eau, on parle bien entendu d'un spray. Il y a une concentration critique d'eau dans l'air rapidement atteinte à partir de laquelle tout moteur va moins bien fonctionner.
La certification des turbofans modernes exige qu'ils puissent ingurgiter des quantités d'eau phénoménales sans s'arrêter et en continuant à pousser un minimum, la ruse étant bien entendu de canaliser toute cette eau dans le by-pass.
Ceci dit, voilà peut-être une solution à suggérer à ce général américain dont j'ai oublié le nom et qui fabrique des moteurs qui peinent un peu dans le hot and high: ressortir les vieilles recettes de grands-pères, celles-là même qui on fait leur preuves.

Merci, cher vonricthoffen ! Un régal !

Merci pour ces explications. J'adore votre humour.

Merci cher Baron, de me rappeler les mobs de notre jeunesse, la mienne en particulier, que j'avais un peu bricolé avec une injection de nitrométhane qui améliorait bien les reprises... jusqu'à la fusion du piston.
En fait, je ne parlais pas des moteurs à pistons, mais bien de l'effet de l'eau dans un réacteur. Pour mémoire, les moteurs des Focke-Wulf (Ta 152?) bénéficiaient d'une injection d'eau-méthanol qui leur assurait une surpuissance pendant quelques minutes.
Pour en revenir à l'aviation actuelle, je me demandais qu'elle était l'effet, négatif ou positif, sur le corps chaud du moteur. Il est certain que les motoristes cherchent à évacuer l'eau au maximum vers le flux froid, mais une certaine quantité doit passer dans la section chaude. Dans le cas du B-47, c'étaient des réacteurs purs et durs sans by-pass et l'eau devait avoir un utilité certaine au décollage sur des terrains high and hot. Amélioration du cycle thermodynamique, réduction de la température des chambres, augmentation de poussée, etc.
Sur un turbofan moderne, la crainte majeure semble être le risque d'extinction ou d'étouffement au niveau des chambres, mais il est possible que l'humidité améliore la puissance jusqu'à un certain point. Comme les membres de ce forum semblesnt avoir des contacts fantastiques chez les motoristes, je pensais que vous pouviez poser la question à un ingénieur.

Merci Baron!
C'est clair !
Noter aussi que les pilotes …. Quand ils peuvent éviter les pluies "Tropicales" ils le font ! Faut pas jouer non plus !

Une réponse bien sur un blog !
http://www.answerbag.com/q_view/474330
Et un test que j'ai retrouvé (RR)
https://www.youtube.com/watch?v=faDWFwDy8-U
Et le mauvais élève, comme d'hab !
http://rgl.faa.gov/Regulatory_and_Guidance_Library/rgAD.nsf/0/b51bf59705afd3e4862568820061cbea

J'ai lu quelque part que l'effet de l'injection d'eau était de refroidir l'air du compresseur et de brûler plus de carburant, ce qui augmente la poussée. C'est ce qui fait fumer autant les B-52. Aujourd'hui, on remplace tout cela par une postcombustion sur les chasseurs. Sur les moteurs à explosion, l'eau sert aussi refroidir les chambres, mais surtout à retarder la détonation, comme avec du super. Apparemment personne ne parle d'une amélioration du rendement.
Ader n'avait peut-être pas tort avec son avion à vapeur.

Les rendements .... pas forcément améliorés, et ça peut coûter trés cher si on pousse trop fort inutilement (Dans le civil, bien sur) !!

Ne pas oublier que les phases qui peuvent être "Mouillées" naturellement pour le moteur, sont seulement la montée et la descente ! Au dessus, c'est trés rare, l'eau !
Et emporter de l'eau pour tout le voyage .... C'est lourd !
Les T° sont calculées trés "Limite" à qq dizaines de degrés prés .... pour les matériaux !
Et les poussées sont optimum ... la surpuissance, pas d'intérêt c'est conso + usure et entretien qui comptent !

Pousser plus fort, ça consomme pour rien .... faut surtout éviter !
Les Fadecs optimisent avec une précision totale l'alimentation pour une combustion à 100 % ... à travers des mesures de débit massique !
Et la compression est régulée !
C'est à mon avis la principale cause de la disparition des fumées, comme sur votre diesel !

La PC est une cata pour le rendement ! Voir le Concorde !

D'après ce que je comprends, l'injection d'eau était essentiellement utile au décollage par temps chaud et en altitude ou en surcharge (hot & high) sur les bombardiers des années 50-60. L'idée étant d'abaisser la température de l'air et de rétablir une densité normale au niveau de la mer. La régulation ne devrait pas en souffrir avec des sondes de température aux bons endroits. Le FADEC devrait automatiquement ajuster le débit de carburant au débit massique d'air. L'injection dans les chambres ne devrait pas poser de gros problèmes de régulation et la combustion peut être maintenue à 100%. Ce n'était certainement pas le cas sur le B-52!

Quand à "emporter de l'eau pour tout le voyage .... C'est lourd !", comme on la consomme surtout au décollage, ce n'est pas très pénalisant.
J'ai trouvé un document de P&W sur le sujet que je vais inclure dans un post séparer.

From PWA OI 200, "The Aircraft Gas Turbine Engine and its Operation" published by Pratt & Whitney:

The sensitivity of gas turbine engines to compressor inlet temperature results in appreciable loss of the thrust (or power, in the case of a turboprop) which is available for takeoff on a hot day. It is frequently necessary, therefore, to provide some means of thrust augmentation for nonafterburning engines during takeoff on warm or hot days. This is also the case on at least one afterburning engine. Ten to thirty percent additional thrust (power) can be gained by injecting water into the engine, either at the compressor air inlet or at some other point, such as the diffuser case. In a piston engine, during power augmentation by means of water injection, the water acts primarily as a detonation suppressor and a cylinder charge coolant. Induction air cooling is secondary. Higher takeoff horsepower results chiefly because when water is added, the engine can operate at the fuel/air ratio that will produce "best power." Sometimes a higher manifold pressure may be obtained than would otherwise be possible without experiencing detonation. Jet engines, however, have no detonation difficulties. When water is added, thrust or power augmentation is obtained principally by cooling the air entering the engine, by means of vaporization of the water introduced into the airstream. Cooling the air has the effect of reducing the compressor inlet temperature. The reduction in temperature increases the air density and the mass airflow. More and cooler air to the burners permit more fuel to be burned before limiting turbine inlet temperatures are reached, which, in turn, means more thrust.

Although methyl or ethyl alcohol (or a mixture of one or both of these and water) has been used in the past for injection to augment jet engine thrust, water has a higher heat of evaporation, and is therefore the only liquid generally used for thrust augmentation today. The effect upon engine thrust depends upon the rate of water flow into the engine.

Water injection is usually accomplished by spraying water into the engine at the compressor air inlet or directly into the diffuser section, in the case of axial flow compressor engines. Occasionally, a combination of both methods is used. When the injection system permits a pilot to select manually either a combination of both compressor and diffuser injected water or diffuser water alone, the latter may be used at lower ambient temperatures than is permissible when water is introduced into the compressor, because the problem of possible ice formation at the front end of the engine is eliminated. In addition to this, diffuser case injection, although less efficient, also has the advantage of requiring less change in the basic engine design when a water injection feature is added, and avoids the problem of deposits forming on the compressor blades.

James Beaver
Pratt & Whitney

Merci vector,

As tu un lien pour cette merveilleuse (archive ?) de chez PW

Merci

C'est effectivement une vieille archive:

http://www.kls2.com/cgi-bin/arcfetch?db=sci.aeronautics.airliners&id=

Voilà, tout est dit. Mobylette, Rolls Royce Merlin, JT-8 ou GE 115, même combat.
Pour l'anecdote, alors qu'en cas de température trop élevée dans la chambre de combustion ou dans la tuyère, un mécano-nav des années '70 aurait eu le réflexe d'enrichir, un FADEC de nos jours, en vertu du respect des normes d'émission, va être obligé de réduire.
Il ne faut pas emporter beaucoup d'eau pour un système de spray à l'admission, 50 litres devraient suffire à deux GE-90-115 (par exemple) pour un décollage, et si ça peut éviter de laisser 500 Kg sur le tarmac, ça vaut peut-être le coup. En gardant une réserve pour une éventuelle remise des gaz, ça ne ferait en tout et pour tout que le la masse d'un pax avec ses bagages.

J'imagine que les fumées d'un B-52 seraient mal vues sur un aéroport civil! Et les JT-8D appartenaient à une autre époque.
Ceci dit, selon P&W, l'injection d'eau procure un gain de poussée de 10 à 30%. Pas négligeable!

Un ancien pilote de KC-135A dit que l'eau injectée avant les chambres de combustion permettait de gagner environ 20% sur la poussée, mais ils consommaient 5000 lbs en 90 secondes. Alors pour un moteur civil, mieux vaut oublier ça!

5000 lbs en 90 secondes, ça fait plus de 6 litres/secondes par moteur, ça me parait beaucoup. Il faudrait l'avis d'un spécialiste.
Le citoyen TRIM 2, peut-être ?

En principe, c'est pour les 4 moteurs et d'ailleurs Wikipedia donne à ce propos les renseignements suivants:
All KC-135s were originally equipped with Pratt & Whitney J-57-P-59W turbojet engines which produced 10,000 lbf of thrust dry, and approximately 13,000 lbf of thrust wet. Wet thrust was achieved through the use of water injection on takeoff. 670 gallons of water (2500 litres) were injected into the engines over the course of two and a half minutes. This water allowed a second set of fuel injectors to activate without melting the turbine buckets. The water turned to steam, was ejected out the rear of the engine, and increased thrust. The water and the extra fuel increased the mass through the engine, increasing thrust. The engine ran a little hotter, increasing thrust as well as engine noise.
Il me semble qu'ils n'ont pas la même vision de l'utilité de l'eau que l'article de P&W (réduire la température de la turbine et non augmenter la densité de l'air), en pratique, les deux effets doivent coexister et l'effet global doit être une amélioration du cycle. C'était ce que je voulais savoir au début de ce thread, mais personne ne semble d'accord sur ce point.
De toute façon, les quantités sont prohibitives...

Oui, vous avez raison, il faudrait que je revoie mes estimations à la hausse... Un GE 90-115 peut avaler 950 m3/seconde d'air au décollage, j'avais tablé sur un débit d'eau de 1/4 de litres/seconde (ça équivaut tout de même à un robinet domestique grand ouvert). Même en tenant compte du fait que cette eau est sous forme de spray et ne concerne que le flux chaud, j'ai pensé vraiment trop juste. Ceci dit, il ne s'agirait pas là d'augmenter la poussée, mais juste de tenir les spécifications dans le hot and high, sans laisser non plus derrière soi la trainée d'une fusée Titan.

La traînée d'une fusée Titan me fait penser à un développement qui a eu lieu en artillerie. Un aérodynamicien, Gerald Bull, s'est avisé que la traînée de culot d'un obus était un facteur très important dans la résistance à l'avancement. Il a donc ajouté à l'obus standard américain un cône arrière tronqué contenant un bloc de poudre dont la combustion produisait juste assez de gaz pour combler le vide, sans effet de propulsion.
Question: ne pourrait-on pas de la mème maniére supprimer la traînée du fuselage par un petit réacteur crachant au cône arrière? Pas des fusées comme sur le Trident! Encore que...

Ben suffirait de laisser l'Apu au ralenti !
Mais pas convaicant jusqu'à maintenant !
Je crois que l'APU est coupé en phases de vol en palier !
faut reconnaître aussi que le Tail Cône est bien travaillé sur les avions de ligne ! et entre 5-6 mètres de diamètre frontal, et 20-30 cm de diamètre de la sortie de L'APU, c'est de l'ordre du millième ...

Pas bête l'idée de l'APU, mais c'est vrai qu'un cône bien profilé fait sans doute aussi bien! Alors on en revient au B-717, DC-10 et Tristar?

Bon là je triche, mais en attendant la réouverture, j'ai trouvé ça pour le transall -> Eau/méthanol

http://www.aviation-fr.info/avion/eaumethanol.php

Pour Vonrichthoffen, c'est sûr que pour récupérer les perf hot et high il ne faut pas temps d'eau ça...
Pour les KC135 l'injection permet +30 % soit plus d'un moteur en plus ... 2500 l d'eau + pompes + plomberie à comparer au poids d'un moteur en plus ?

Oui, et le but sur le KC-135 était aussi d'augmenter la quantité de mouvement par augmentation de la masse éjectée, tant que le réacteur pouvait supporter sans s'éteindre. Il n'y sont pas allé de main morte. De nos jours, ça passe quasiment pour de la délinquance.