Ce n’est pas militaire vs civil, mais subsonique vs à capacité supersonique

Notez que les avions militaires subsoniques utilisent les mêmes moteurs que les avions civils, même si leurs noms peuvent être différents.

• Le KC-135 utilisait initialement le J-57 qui était appelé JT-3C lorsqu’il était utilisé sur le Boeing 707-120. Maintenant ils volent le CFM-56, qui est utilisé sur le Boeing 737 et l’A320.
• Le C-5 Galaxy utilise le GE TF39 qui est devenu le CF6 lorsqu’il est monté sur un Boeing 747-100 ou un DC-10.
• Le Fairchild A-10 utilise le GE TF34 qui est appelé CF34 lorsqu’il est monté sur des avions civils comme le Bombardier Challenger.

Non, les différences n’apparaissent que lorsque l’avion est conçu pour voler en supersonique. Cela nécessite une approche très différente de l’intégration du moteur :

• Les moteurs des avions supersoniques sont montés près de la ligne centrale. Si possible, ils sont directement derrière les prises d’air, de sorte que le flux d’admission n’a pas besoin de changer de direction. Les exceptions comme le SR-71 sont rares.
• Les prises d’air supersoniques sont plus longues et ont des bords tranchants, par opposition aux prises d’air courtes et émoussées des avions subsoniques. De plus, la plupart ont une géométrie variable pour s’adapter aux conditions d’écoulement très différentes à la vitesse supersonique.
• Puisque le rôle d’une prise d’air est de ralentir l’air entrant dans le moteur, les prises d’air supersoniques ne peuvent pas avoir une grande surface de capture, ou leur traînée de déversement en vol supersonique serait excessive. Les moteurs supersoniques doivent créer leur poussée avec beaucoup moins de masse d’air que les moteurs purement subsoniques. Oubliez la furtivité, c’est la vraie raison des diamètres plus petits des moteurs à capacité supersonique.
• La tuyère d’un avion supersonique est également variable, contrairement à la tuyère fixe des avions subsoniques. Cela permet à nouveau de l’ajuster aux conditions d’écoulement, mais dans ce cas, la différence majeure se situe entre le réchauffage activé et désactivé. Les moteurs à postcombustion sont capables de vitesses de sortie beaucoup plus élevées pour compenser leur plus petit diamètre. Ils accélèrent moins d’air à une vitesse plus élevée pour créer une poussée comparable.
• Le dernier point l’a mentionné, mais il mérite une balle à lui tout seul : Les moteurs supersoniques utilisent des postcombustion afin d’avoir assez de poussée pour aller supersoniques à tous. Les gaz d’échappement chauds ont un volume beaucoup plus important que le flux d’admission froid, ce qui doit être accommodé en élargissant la tuyère.

Notez que le Concorde civil utilisait aussi une admission et une tuyère variables et des postcombustions. Il avait un moteur qui a été utilisé sur le BAC TSR-2 avant, un avion militaire supersonique.

La vraie distinction n’est pas entre civil et militaire, mais entre purement subsonique et à capacité supersonique. Initialement, les deux étaient réalisés avec les mêmes moteurs. Le J-57 mentionné ci-dessus a également été utilisé sur le jet militaire supersonique F-100. Ce n’est que dans les années 1960 que ces lignes ont divergé et que l’avion subsonique s’est doté d’étages de compresseur basse pression de plus en plus grands. Ceux-ci étaient à nouveau entraînés par les noyaux haute pression qui étaient utilisés sur les avions supersoniques.

Contexte

La poussée est le débit massique d’air multiplié par la différence de vitesse entre le vol et la vitesse de la tuyère du moteur. Pour augmenter la poussée, les moteurs subsoniques essaient de maximiser le débit massique (en augmentant le taux de dilution) tandis que les moteurs supersoniques s’appuient davantage sur l’augmentation de la vitesse de la tuyère (en utilisant des postcombustions). Comme la poussée nette n’est possible que lorsque les vitesses de sortie sont supérieures à la vitesse de vol, la vitesse de sortie du moteur doit augmenter avec la vitesse de vol de conception.

Les moteurs centraux ne diffèrent pas beaucoup – après tout, l’admission fera en sorte que l’air atteigne le moteur à une vitesse de Mach 0,4 à 0,5, quelle que soit la vitesse de vol. Le noyau du General Electric F110 (installé dans les chasseurs F-15 et F-16, entre autres) est devenu le noyau de la turbosoufflante CFM-56 qui équipe le Boeing 737 ou l’Airbus A320. La principale différence réside dans leur taux de dilution. Plus la vitesse de conception est faible, plus le taux de dilution peut être important. À très basse vitesse, la soufflante non réducteur et carénée est remplacée par une hélice réducteur à rotation libre, en d’autres termes, le jet se transforme en turbopropulseur. L’admission et la tuyère, cependant, sont effectivement très différentes.

Le rapport de dérivation optimal change continuellement, mais comme le coefficient de traînée diminue après avoir franchi Mach 1, les avions sont soit conçus pour un nombre de Mach maximal de 0,9 ou moins, soit pour 1,6 et plus. Aujourd’hui, les taux de dérivation correspondants vont jusqu’à 12 pour les moteurs subsoniques, et sont inférieurs à 1 pour les moteurs supersoniques. Cela produit une limite nette à la vitesse du son, et de nombreux moteurs militaires conçus pour le vol supersonique ont perdu leurs postcombustion et ont été équipés d’un grand ventilateur pour devenir les moteurs des avions de transport subsoniques.

Les différences entre les moteurs sub-soniques et supersoniques s’accentuent à mesure que l’on s’éloigne de leur cœur. Le compresseur haute pression, la chambre de combustion et la turbine haute pression ont le même aspect et le même fonctionnement, mais le compresseur basse pression des moteurs subsoniques avale beaucoup plus d’air et a un diamètre beaucoup plus grand. Les moteurs supersoniques, quant à eux, disposent le plus souvent d’une postcombustion. La plus grande différence, cependant, réside dans les prises d’air (grande prise d’air pitot à lèvres émoussées pour les avions subsoniques contre des prises d’air à pointe ou à rampe réglables pour le vol supersonique) et la tuyère (fixe pour le vol subsonique contre une tuyère convergente-divergente complexe et réglable pour le vol supersonique). Ceci est dû aux vitesses d’air très différentes et aux vitesses de sortie beaucoup plus élevées requises pour le vol supersonique.

Regardez la section d’admission du XB-70 illustrée ci-dessus (source). La zone de capture est plutôt petite, puis le tube d’admission s’élargit pour permettre le ralentissement du flux d’air. Les parois latérales inclinées de la section d’admission provoquent beaucoup de traînée à Mach 3. Imaginons maintenant que les six GE YJ-93 soient remplacés par des moteurs d’un diamètre encore plus grand. L’augmentation de la traînée d’onde due à l’admission encore plus émoussée annulerait tous les avantages d’un rapport de dérivation plus élevé.

Ce qui est moins évident, c’est que cette section d’admission crée aussi peut-être la moitié de la poussée globale du système de propulsion. Mais cette réponse est déjà trop longue, donc je garde cela pour une autre réponse.