Comment construire votre propre maquette de réacteur en 10 étapes

Nazir DALATI
22 mai 2020
3 min de lecture

Dernière mise à jour : 5 janv. 2022

Vous cherchez à créer une maquette de réacteur ? Voici Comment concevoir votre propre maquette de micro-réacteur en 10 étapes seulement.

Vous trouverez les pièces 3D en format stp sur le lien suivant : http://www.mediafire.com/folder/6ouglp0nkrfun/Scrap_engine

Avant de construire un réacteur, vous avez besoin de quelques bases en thermodynamique. Voici un diagramme simple décrivant le cycle moteur (idéal) du réacteur :

Le diagramme à gauche représente l’évolution de la pression en fonction du volume du fluide. Celui de droite représente l’évolution de la température en fonction de l’entropie (degré de désordre du système)

Du point 4 à 1 c’est le processus de compression : le fluide est pompé vers le cœur du réacteur par le compresseur. Sa pression, température et masse volumique augmentent alors que son volume diminue.

L’étape 1 à 2 (combustion) correspond à la phase où le carburant (propane ou butane pour ce microréacteur) est injecté dans la cuve de combustion et se mélange avec l’air comprimé. Dans le cas idéal, il n’y a pas de perte de pression, mais, en réalité, comme l’écoulement est toujours visqueux il y a toujours des pertes de pression lors de la combustion. Une réaction exothermique a lieu à l’intérieur de la section de combustion, ce qui donne une énergie supplémentaire au fluide, afin de faire tourner la turbine. L’entropie (dégradation de l'énergie) augmente logiquement lors de ce processus.

De 3 à 4 (expansion ou turbinage), le fluide passe dans la turbine attachée au même arbre que le compresseur. Avec l’énergie fournie lors de la compression, puis la combustion, le fluide fait tourner la turbine plus rapidement que le rotor ce qui assure la continuité du cycle.

Enfin, les gaz s’échappent et se refroidissent. Un cycle est ainsi complété.

Passons maintenant à l’assemblage

1. Commencez par monter le compresseur radial sur l’arbre tournant et le verrouiller par son écrou associé. Le compresseur pompe l’air vers le cœur du réacteur en augmentant sa pression. La compression s'accompagne d'une augmentation de température, souvent nommée chaleur de compression. Dans le cas idéal, la compression sera isentropique : elle se fait sans perte ni frottement. Le compresseur utilisé ici est un compresseur radial, un modèle robuste et efficace pour les turbines à taille réduite.

Il est nécéssaire de faire un filetage taille M4 à l’intérieur de l’écrou du compresseur ainsi que sur les extrémités de l’arbre afin de les visser correctement.

2. Montez l’arbre extérieur du rotor en insérant des roulements de taille 8x22x7 dans chaque extrémité de l’arbre comme suit. L’arbre extérieur permet de maintenir la structure du réacteur grâce aux roulements, mais aussi de protéger l’arbre tournant.

3. Montez l’arbre statique à l’intérieur du corps du réacteur.

Votre assemblage doit correspondre à l’image suivante :

4. Glissez l’arbre de rotor dans l’assemblage statique.

5. Montez la cuve de combustion à l’intérieur du corps du moteur. C’est dans cette partie du réacteur qu’aura lieu la combustion. L’énergie de la combustion s’ajoute à l’énergie fournie au fluide par le compresseur, ce qui permettra de faire tourner la turbine et de compléter le cycle thermique.

Votre montage doit correspondre au suivant:

Il est conseillé de prendre des roulements en céramique, car ils peuvent résister à des températures extrêmes et n’ont pas besoin d’être lubrifiés en continu. Le choix des matériaux a un effet direct sur le rendement du réacteur.

6. Insérez l’injecteur de carburant dans la position correspondante et soudez-le au cylindre extérieur. Ce composant permet d’injecter du carburant à l’intérieur de la cuve de combustion.

7. Montez le stator de la turbine (NGV/ Nozzle guide vane) au reste de l’assemblage. Celui-ci a pour fonction de rediriger correctement les gaz avant d’entrer dans la turbine, afin de maximiser l’extraction d’énergie par cette dernière.

8. Montez ensuite la turbine et verrouillez son emplacement par un écrou de 7 mm de diamètre. La fonction de la turbine est d’extraire l’énergie du fluide pour la transformer en force mécanique permettant de faire tourner l’arbre du rotor. Elle fournit donc directement du “travail”, dont une partie servira à faire tourner le compresseur relié au même arbre et l’autre sera de la poussée. C’est un composant essentiel du réacteur.

9. Montez le diffuseur puis l’entrée d’air du moteur

La fonction du diffuseur est de ralentir l’écoulement tout en maintenant sa pression constante, afin qu’une combustion puisse avoir lieu au cœur du réacteur. En effet, si l’écoulement est trop rapide à l’intérieur de la cuve de combustion, il y aura extinction de la flamme donc aucune combustion.

10. Verrouillez l’emplacement de l’entrée d’air par des vis de 7mm de diamètre.