Fabriquer sa propre micro-turbine à gaz

Concevoir, fabriquer et tester sa propre micro-turbine, un rêve…

J’ai toujours été attiré par les réacteurs d’avion… La vie m’a offert bien des satisfactions mais pas au point d’embrasser une carrière de pilote ni même de devenir mécanicien sur avion. J’ai, par contre, la chance de pouvoir faire voler des modèles réduits radio commandés. Aujourd’hui, le temps est venu de construire ma propre micro-turbine…

Mon projet est de concevoir et de réaliser un prototype de micro-turbine « fait maison » avec des moyens à la portée d’un « bricoleur » confirmé. Cette turbine à gaz devra donc être capable de tourner un certain temps à un régime légèrement supérieur à celui du ralenti. (les contraintes thermiques et mécaniques sont déjà importantes). Pour mener à bien cette résolution, il est nécessaire d’être équipé d’un tour et d’une fraiseuse avec l’outillage ad hoc (outils de coupe, fraises, tarauds, filières, forets à centrer…). Le plateau diviseur fait partie de la panoplie sans oublier l’extincteur indispensable pour les essais.

L’aspect matériel est important mais il ne doit jamais occulter le côté sécurité. Un turboréacteur chauffe, peut prendre feu et fait beaucoup de bruit. Soyons prudent et méthodique ! J’ai donc adopté une procédure pour mes essais sur banc que je respecte et qu’au besoin, j’améliore. Je ne m’empresse jamais pour un test. C’est la règle, pas d’imprévu !

A l’heure où j’écris ces quelques lignes, mon prototype de micro-turbine a pris forme comme vous pourrez en juger. Il est partiellement abouti puisque je ne suis pas encore parvenu à l’amener à l’autonomie… Cette petite phrase résume d’une certaine manière l’avancement de mon projet.

Je dois vous préciser encore quelques détails afin que vous puissiez vous en faire une idée plus précise.

Tout d’abord, ce blog n’a pas vocation à expliquer le fonctionnement d’un turboréacteur. Il existe de nombreux médias qui le font très bien. Toutefois, s’il m’arrive de m’y aventurer, sachez que ce n’est que pour expliquer la démarche qui me conduit à réaliser un élément de la turbine.

J’ai entrepris de dessiner et de concevoir cette machine de a à z en ayant toujours à l’esprit l’aspect pratique des choses. En effet, je ne dispose pas d’outils performants pour l’usinage de pièces réputées dures  (aciers spéciaux) et ne possède pas les compétences pour souder avec un poste TIG, MIG-MAG… Par contre, un ajustement au 1/100mm ne me pose pas de problème.

Mon prototype a certainement un aspect robuste pour les raisons évoquées ci-dessus mais c’est aussi parce que je n’ai pas à me soucier du poids. Un jour viendra où, peut-être, j’aurai envie de l’accrocher à l’aile d’un avion. Une cure d’amaigrissement s’imposera alors ! En attendant, je me consacre au démarrage. J’entends par démarrer, l’amener à l’autonomie car aujourd’hui la turbine cale. Un peu comme un moteur à explosion qui manquerait de puissance dans un démarrage en côte…

Pour parvenir à mes fins, je me suis inspiré de ce que propose la « concurrence » et de nombreux documents trouvés sur le web. Certains m’ont aidé, d’autres plus évasifs voire pour quelques-uns trop ardus, ont eu le mérite de me faire poser les bonnes questions. Il arrive aussi que les solutions proposées ne soient pas forcément assimilables tout de suite par le néophyte que je suis mais le recoupement des sources permet tôt ou tard d’approcher la réponse.

Parlons de la micro-turbine !

Les deux pièces maîtresses que sont le rouet (roue compresseur, impeller) et la roue turbine (disk) ont toutes deux été achetées. La roue compresseur est une Garrett TB03-T4 et la roue turbine est une Wren. Les roulements à billes sont des GRW-D688 céramique. Voilà pour le corps tournant dit, lié. Je n’ai donc pas pu choisir le sens de rotation puisqu’il est conditionné par l’impeller et le disk.

J’ai adopté une structure modulaire pour construire ma micro-turbine et ce, pour des questions pratiques. La mise au point en est en principe facilitée. Le cœur du réacteur est aussi un bloc pré-monté qui reçoit, d’un côté, l’étage d’entrée et de l’autre, la tuyère. La chambre de combustion est elle-même un élément modulaire. Les seules soudures qu’elle comporte sont destinées à la fixation des buses. Ce choix me permet de tester et de reprendre chaque élément en cas de besoin sans pour autant tout modifier.

J’utilise essentiellement l’aluminium (2017) et l’acier inoxydable (303). Le circuit d’alimentation est prévu pour fonctionner dans un premier temps au gaz et dans un deuxième temps au kérosène . J’utilise pour la phase du démarrage exclusivement le gaz, un mélange 70/30 de butane et de propane . J’ai conçu l’embrayage qui remplit maintenant pleinement son rôle. Le moteur électrique du démarreur est un Brushless.

Le turboréacteur est doté d’un système de tachymétrie. Sa cellule de détection est composée d’une roue phonique placée sur l’arbre et comporte deux aimants permanents. Le récepteur à effet Hall est monté dans le diffuseur. Les impulsions issues du capteur sont envoyées vers une platine interface, elle-même raccordée à une carte de développement Velleman K8055. Cette carte est ensuite raccordée à un PC où une macro VBA interprète les impulsions. Pourquoi VBA et non pas le C ? Comme vous pouvez l’imaginer, ce projet requiert quelques notions diverses et variées. Je connais un peu VBA mais pas du tout le C… Cela m’amène à vous dire que ma turbine ne possède pas encore le moindre embryon de régulation mais j’y pense…

Je vous laisse découvrir la micro-turbine…

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Des problèmes! Rien que des devinettes…