La propulsion, sur un aéronef, est obtenue en créant une force, appelée poussée, qui résulte de l'accélération d'une masse d'air en sens opposé du déplacement de celui-ci. Cette masse d'air est captée et canalisée dans une veine d'air au plus près de la structure de l'aéronef. Pour obtenir ce résultat la solution initiale a été le développement d'une structure constituée de profils ou pales mis en rotation afin d'être soumises à un vent relatif radial permettant de développer des forces aérodynamiques axiales permettant de transmettre à une masse d'air une certaine vitesse.
Cette structure, appelée hélice, est entrainée au début de l'aviation par un moteur thermique à pistons et se transforme ensuite en raison des limites aérodynamiques liées à la compressibilité de l'air et appelées le mur du son. Cette hélice se retrouve sous une forme carénée au sein d'une nouvelle machine appelée turbomoteur où l'énergie est fournie par la combustion d'un mélange air/carburant.
Le groupe motopropulseur qui comprend le plus souvent un, deux ou quatre moteurs, est l'un des composants principaux de l'avion. Cette caractéristique est souvent utilisée pour classer les avions : mono, bi ou quadrimoteur, bi ou quadriturbopropulseur, mono, bi ou quadriréacteur.
Le turboréacteur à simple flux, apparu au cours de la Seconde Guerre mondiale, a donné naissance à des dérivés : turbopropulseur et turboréacteur à double flux (turbofan), utilisés sur la quasi-totalité des avions lourds ou rapides (moins de ), civils et militaires, ainsi que sur les avions de chasse. Il existe également un hybride entre ces deux systèmes appelé « propfan » ou "Open Fan". vignette|Le Heinkel He 178, premier avion à voler avec un turboréacteur en 1939. vignette|Le Gloster E.28/39, premier avion anglais avec un turboréacteur en 1941.
Vitesse et portance Les lois de l'aérodynamique s'appliquant à un profil d'aile soumis à un vent relatif engendrent une force résultante de portance permettant d'équilibrer le poids du dit profil afin d'annuler les effets de la gravitation. En clair un aéronef ne peut décoller et se maintenir en palier que si l'on est capable de compenser les forces de gravitation par des forces opposées de la portance. Il faut maintenir les structures portantes de l'aéronef dans un flux d'air en mouvement relatif suffisamment rapide pour que se développent les forces de portance nécessaires pour équilibrer son poids. Cela engendre des forces de résistance, appelées traînées, sur la structure de l'aéronef qui ont tendance à le freiner et donc à contre-carrer le maintien de la vitesse relative du flux d'air autour de l'aéronef.
Pour assurer le déplacement de l'aéronef de manière autonome du décollage à l'atterrissage en passant par la croisière ont été développés des propulseurs basés sur le principe de réaction en milieu élastique.
Au début du , le moteur à piston entraînant une hélice reste le système le plus utilisé sur la quasi-totalité des avions légers (ULM, avions et hélicoptères légers). Il a été supplanté par le turbomoteur pour les hélicoptères lourds ou rapides, civils et militaires.
Les réacteurs sont classés en fonction de leur taux de dilution : la proportion entre la poussée résultant de l'accélération d'air froid et d'air chaud. Ce classement a le mérite de montrer qu'un seul et unique principe est utilisé pour la propulsion, même s'il est décliné en différentes technologies. C'est pourquoi cet article inclut le moteur à hélice carénée, le statoréacteur et le pulsoréacteur qui, bien que n'ayant pas connu de développement important, s'inscrivent dans la continuité de la présentation.
Définition La propulsion permet la mise en mouvement d'un corps; elle est obtenue en produisant une force de pousséeDéfinition du dictionnaire Larousse. Le propulseur est un dispositif qui crée cette force de poussée.
Force de poussée La force de poussée peut être obtenue de différentes manières : par un système statique Dans le cas d'un planeur, le moteur est la pesanteur. L'aile, qui transforme une grande partie de la vitesse verticale de chute en vitesse horizontale, est le propulseur.
par un système mécanique embarqué Pour déplacer un aéronef de masse M à la vitesse V, on peut aussi créer une force F (traction ou poussée) qui augmente la vitesse d'une masse d'air d'une valeur dV, dV étant la différence entre la vitesse de l'air à l'entrée et à la sortie.
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Propulseurs Il existe plusieurs façons d'accélérer une masse d'air pour obtenir un effet propulsif : On défléchit (accélération vers le bas) une masse d'air. Dans le cas de l'aile portante, on a un effet propulsif quand la résultante aérodynamique passe en avant de la verticale et fournit alors une poussée ; c'est le cas des avions et planeurs en descente Stephen Vogel, "Comparative Biomechanics : life's Physical World", About Lift, pages 225 et 252 "In short, it will have a component of thrust...". On accélère faiblement une veine d'air de grande section : Exemples : hélice d'avion, rotor d'hélicoptère. On accélère fortement une veine d'air de faible section : Exemple des turboréacteurs à simple flux et de leurs dérivés (statoréacteur…).
Les soufflantes carénées, les turbopropulseurs, propfans les turboréacteurs à double flux sont des dispositifs intermédiaires entre l'hélice « pure » et le statoréacteur « pur ».
Cas particuliers Le moteur-fusée est un cas particulier, ce moteur emportant son propre comburant et ne nécessitant pas le dioxygène de l'air extérieur pour fonctionner. On parle de moteur « anaérobie », alors que tous les moteurs cités précédemment sont de type « aérobie ».
La postcombustion, dispositif très présent sur les avions militaires, n'est en aucun cas un système de propulsion. Elle ne pourrait en effet assurer seule la propulsion d'un aéronef, si elle n'était pas systématiquement associée à un turboréacteur.
Taux de dilution thumb|right|Évolution du taux de dilution des réacteurs à double flux pour avions commerciaux entre 1960 et 2020. Dans les turboréacteurs à double flux (turbofans), on appelle « taux de dilution » le rapport entre le debit massique d'air du flux froid par rapport à celui du flux chaud.
Dans un turboréacteur à double flux, le flux « chaud » est celui qui contient les gaz issus de la combustion du mélange air/carburant, qui se produit dans la partie souvent désignée « cœur » du moteur. Le flux « froid » est celui du canal secondaire du moteur, qui contourne le cœur du moteur et ne subit aucune combustion.
Plus le taux de dilution est élevé, plus le rendement énergétique est élevé (et donc la consommation pour franchir une certaine distance faible). Actuellement (2025), avec les moteurs carénés double flux les plus performants (tel que le réacteur LEAP de CFM ou GE90 de General Electric), on atteint un taux de dilution de 10. Afin de faire progresser ce taux de dilution, et donc de réduire encore la consommation des aéronefs, les recherches se tournent vers les moteurs non carénés, tel que le RISE de CFM. Les études semblent indiquer qu'avec la technologie de moteur non caréné, on pourrait atteindre un taux de dilution de 50 et réduire la consommation des avions de 20 %.
Le moteur à piston et l'hélice
Histoire vignette|Le Packard V-1650 Merlin, moteur V12 qui propulsait le P-51 Mustang, d'une puissance de . Le moteur à piston a permis le premier vol propulsé. Le moteur du Wright Flyer de 1903 avait en ligne. Certains des premiers avions étaient équipés de moteurs en étoile rotatifs : le vilebrequin était fixe et l'ensemble moteur + hélice était en rotation. Cette solution améliorait le refroidissement mais créait un couple gyroscopique préjudiciable à la manœuvrabilité de l'avion. Les avions militaires des années 1940 utilisaient des moteurs V-12 refroidis par eau, comme les Rolls-Royce Merlin équipant les Supermarine Spitfire, ou des moteurs en étoile fixes à deux rangées de refroidis par air, comme les très célèbres R-2800 Double Wasp qui ont équipé les P-47 Thunderbolt. Les avions commerciaux des années 1950 étaient équipés de ces moteurs en étoile avec jusqu'à quatre rangées de pour les plus puissants ().
Le développement du moteur à piston de grande puissance pour l'aéronautique s'est achevé à la fin des années 1950, avec l'arrivée du turboréacteur. Actuellement le moteur à piston n'équipe plus que les avions légers et quelques hélicoptères très légers destinés aux loisirs et aux sports (exemple : Robinson R22).
Le moteur vignette|Détail sur les tubulures d'échappement propulsives d'un P-51D Mustang. vignette|Colomban MC-10 « Cri-Cri », appareil très léger doté de deux moteurs à deux temps de chacun. Le moteur à piston utilisé en aéronautique est le plus souvent un moteur thermique à quatre temps, généralement à allumage commandé. Il existe des moteurs deux temps, plus légers, utilisés par les parapentes et les ultra-légers motorisés (ULM), comme le Colomban MC-10. Afin de diminuer le poids, le bloc est réalisé dans des alliages à base d'aluminium et le refroidissement se fait par air.
Les moteurs à deux temps sont le plus souvent des bicylindres en ligne ; on rencontre aussi des monocylindres de faible puissance, et plus rarement des trois cylindres ; Les moteurs à quatre temps comportent 4 ou 6, parfois disposés à plat afin de ne pas diminuer la visibilité. Les cylindres sont opposés deux par deux, ce qui permet un bon équilibrage vibratoire et réduit la longueur du vilebrequin par rapport à un moteur à cylindres en ligne. Ce sont des moteurs de grosse cylindrée unitaire ; les régimes de rotation étant modérés, de l'ordre de , les hélices sont entraînées en prise directe la vitesse étant ajustée en faisant varier le pas de l'hélice. La mise au point de moteurs Diesel automobiles légers et puissants (à turbocompresseur) a rendu possible, à partir des années 2000, l'adaptation de ces moteurs sur des avions légers. Il a également existé des moteurs en V, en H ou en X (voir l'article : « Architecture des moteurs à pistons »).
La transmission Le régime (la vitesse de rotation) élevé des moteurs deux temps impose le montage d'un réducteur mécanique entre le moteur et son hélice. Par contre, le régime plus faible des moteurs à quatre temps de grosse cylindrée () autorise un montage d'hélice en prise directe. Les moteurs diesel récents sont des moteurs de cylindrée unitaire plus faible, à régime de rotation plus élevé, ce qui peut imposer le montage d'un réducteur entre le moteur et l'hélice.
Le propulseur vignette|Un Spitfire PR.XIX, doté d'hélices contrarotatives. L'hélice transforme l'énergie mécanique du moteur en force propulsive. Le vilebrequin entraîne une hélice, qui accélère l'air d'environ 10 % en croisière (si l'avion vole à , la vitesse de l'air derrière l'hélice est de ), mais beaucoup plus pendant la phase d'accélération au sol et en montée. La poussée produite par les gaz d'échappement peut s'ajouter à la traction produite par l'hélice si les sorties d'échappement sont bien orientées. On parle de « tubulures d'échappement propulsives ». Ce système était presque systématiquement installé sur tous les chasseurs de la Seconde Guerre mondiale.
Le rendement de propulsion est de l'ordre de à tant que la vitesse périphérique (somme de la vitesse d'avance et de la vitesse de rotation en bout de pale) reste en dessous de Mach 0,7. L'augmentation de la vitesse et de la puissance à transmettre oblige à limiter le diamètre, augmenter le nombre de pales et à faire varier le calage des pales (pas variable) en vol. Les avions légers ont des hélices bipales de de diamètre, pour des puissances de l'ordre de . Les plus gros moteurs à pistons ont des hélices à , parfois 5, d'un diamètre allant jusqu'à (Chance Vought F4U Corsair, moteur Pratt & Whitney R-4360). Certains appareils ont même été dotés d'hélices contrarotatives, la version PR.XIX du Supermarine Spitfire et le bombardier Russe Tupolev Tu-95.
Le turbomoteur