moteur à combustion sèche

Un moteur à air chaud est un moteur à combustion interne conçu pour propulser des torpilles autopropulsées. Il utilise de l'air comprimé ou de l'oxygène pour brûler le carburant, et se base uniquement sur le refroidissement par air plutôt que d'injecter de l'eau dans la chambre de combustion. Le moteur allume un carburant hydrocarboné, généralement un liquide comme le kérosène ou un diesel marin similaire, en présence d'un gaz oxydant sous pression stocké dans des bouteilles embarquées. Cela crée une explosion thermique qui entraîne un piston ou un mécanisme rotatif connecté à un arbre d'hélice, propulsant l'arme dans l'eau à des vitesses généralement comprises entre 30 et 45 nœuds, selon le modèle de torpille et la charge de carburant.

L'absence d'injection d'eau distingue fondamentalement les moteurs à air chaud de leurs homologues à injection d'eau. Les moteurs à injection d'eau, qui dominaient la conception des premières torpilles, injectent de l'eau de mer dans la chambre de combustion pour refroidir le moteur et générer simultanément de la vapeur pour une poussée supplémentaire. Les moteurs à air chaud abandonnent ce système de refroidissement à double usage au profit d'une expansion purement thermique. Le compromis est mécanique: les moteurs à air chaud fonctionnent à des températures plus élevées et nécessitent des matériaux plus robustes, généralement de l'acier ou de la fonte ductile pour les cylindres et les pistons, avec des tolérances de fabrication plus strictes pour éviter le grippage et les fuites autour des segments de piston.

Un moteur à air chaud typique fonctionne sur un cycle à deux temps avec des rapports de compression d'environ 20:1 à 40:1. Le carburant et l'oxydant sont dosés dans l'espace de combustion par des soupapes de distribution contrôlées par un arbre à cames; le piston comprime ce mélange, une source d'allumage (généralement une bougie chaude ou une étincelle électrique) initie la combustion, et les gaz à haute pression résultants se dilatent pour entraîner le piston vers le bas pendant la course de puissance. Les orifices d'échappement s'ouvrent près du point mort bas, et les orifices d'admission de charge fraîche admettent le mélange du cycle suivant. Les températures du bloc moteur peuvent dépasser 200 degrés Celsius pendant le fonctionnement, de sorte que les contraintes thermiques dans la coulée de fer sont un mode de défaillance chronique, surtout si le dosage du carburant est incorrect ou si la pression d'alimentation en oxydant fluctue.

Place des moteurs à air chaud dans l'évolution des torpilles

Les moteurs à air chaud sont devenus la norme sur les torpilles militaires au milieu du XXe siècle, à mesure que les bouteilles d'air comprimé devenaient plus légères et plus fiables, et que les améliorations métallurgiques permettaient de supporter des températures de combustion plus élevées. Le terme «moteur à air chaud» lui-même reflète le contraste technique: il est «sec» parce qu'il n'y a pas de refroidissement par eau et «chaud» parce que le moteur est essentiellement une chambre de combustion à volume constant qui chauffe et dilate une masse fixe de gaz pour produire un travail mécanique. Certaines marines, en particulier celles dotées de flottes de sous-marins avancées, sont finalement passées à la propulsion électrique ou aux moteurs diesel à cycle fermé, mais les torpilles à moteur à air chaud sont restées en usage et sont toujours en stock dans le monde entier.

La vulnérabilité des moteurs à air chaud réside dans leur dépendance à une pression d'oxydant stable et à un dosage précis du carburant. Si la pression de la bouteille d'air comprimé ou d'oxygène chute, le carburant ne brûle plus efficacement et le moteur perd de la poussée; si le carburant encrasse la soupape de dosage, la combustion devient irrégulière et le moteur peut s'arrêter complètement ou fonctionner avec de violents cognements. L'entretien est donc essentiel: les conduites de carburant doivent être purgées régulièrement, les sièges de soupape inspectés pour l'accumulation de carbone, et les segments de piston vérifiés pour l'usure. La conception scellée signifie également que toute défaillance mécanique interne est difficile à diagnostiquer sans démontage, et la corrosion à l'intérieur de la chambre de combustion due à l'oxydant résiduel ou à l'humidité peut réduire la durée de vie du moteur en stockage.