Une turbopompe est une pompe à fluide haute pression entraînée par une turbine à gaz et conçue principalement pour fournir du carburant aux moteurs à réaction et à fusée. Les turbopompes sont généralement construites comme des unités linéaires avec la pompe et la turbine colocalisées sur un arbre commun, bien que des exemples à engrenages existent. Les pompes utilisées sur les unités turbo sont soit des types à flux axial dans lesquels des fluides à faible densité sont impliqués, soit les types centrifuges les plus courants utilisés pour pomper des fluides à haute densité. L’entraînement de la pompe fonctionne de la même manière qu’un turbo de véhicule classique avec une source externe de gaz ou de vapeur entraînant la turbine. Les turbopompes peuvent présenter des vitesses de rotation de 30,000 XNUMX tours par minute (tr / min) ou plus et sont exceptionnellement sensibles, ce qui les rend difficiles à concevoir et à fabriquer avec succès.
Le concept de pompe turbo est né du besoin d’une pompe à carburant haute pression pour le projet allemand de fusée V-2 pendant la Seconde Guerre mondiale. Les moteurs-fusées nécessitaient une source de carburant à haute pression et la mise sous pression des réservoirs de carburant eux-mêmes s’est avérée peu pratique. Les premières turbopompes utilisées sur le projet V-2 étaient entraînées par du peroxyde d’hydrogène décomposé et, après plusieurs vols d’essai ratés, ont conduit avec succès la fusée V-2 à l’infamie. Bien qu’il ne s’agisse pas exactement d’une énorme réussite morale, le V-2 a prouvé la viabilité des pompes à fluide à turbine à grande vitesse, et leur développement a progressé rapidement dans les années d’après-guerre.
Le principe sur lequel reposent les turbopompes repose sur la technologie standard des turbines. Une source externe de gaz hautement pressurisé est dirigée à travers un ensemble d’aubes de turbine, les faisant ainsi tourner rapidement. Ils entraînent à leur tour une pompe soit à travers un arbre central commun à la fois à la turbine et à la pompe, soit via une série d’engrenages. Les turbopompes sont équipées de l’un des deux types de pompes, soit la variante centrifuge ou axiale. Chacun a ses propres caractéristiques de pression de sortie et de débit maximales adaptées à différents types de fluides.
Les types de turbopompes centrifuges sont par exemple particulièrement bien adaptés au pompage de fluides denses. Ces pompes se composent d’un disque plat avec un certain nombre d’aubes courbes montées autour de la surface. Lorsque le fluide est introduit au centre d’un disque de pompe rotatif, les aubes le poussent vers l’extérieur de la pompe et à travers la sortie à grande vitesse. Les pompes à flux axial, quant à elles, sont mieux adaptées aux fluides à faible densité et consistent en une alternance d’ensembles de pales statiques et rotatives de construction similaire à celle de la turbine. Le fluide traverse ces ensembles d’aubes parallèlement à l’axe de l’arbre où la pression est progressivement augmentée jusqu’à ce qu’il sorte à l’avant de la pompe.
Historiquement, la pompe turbo a été exceptionnellement difficile à concevoir et à construire. Les problèmes couramment rencontrés avec ces pompes comprennent une recirculation d’admission excessive, la génération de vortex et la cavitation. Les vitesses de rotation exceptionnellement élevées impliquées, souvent supérieures à 30,000 XNUMX tr / min, exercent également une charge physique énorme sur les pompes et peuvent entraîner des pannes mécaniques spectaculaires. La turbo-pompe, cependant, reste la méthode la plus pratique pour fournir des alimentations en carburant haute pression aux moteurs de fusée et à bélier.