Il existe au moins deux méthodes pour utiliser l'énergie nucléaire au lieu de l'énergie chimique de la combustion dans un turboréacteur. La poussée du moteur est produite par la masse et la vitesse d'éjection des gaz brûlés, ou de l'air surchauffé dans le cas du moteur nucléaire. Le reste du principe du moteur est identique à celui du turboréacteur classique. Les gaz brûlant entraînent la turbine qui elle-même fait tourner le compresseur qui à son tour fait rentrer de l'air dans le moteur.

Cependant dans un moteur chimique, du fait de la transformation du carburant en gaz par la combustion, la masse de gaz éjectée est largement supérieure à la masse de gaz (l'air ambiant) en entrée. Le rendement thermodynamique est donc supérieur dans le cas chimique.

Dans le cycle direct, l'air entre par le compresseur d'un ou plusieurs turboréacteurs. L'air est dirigé alors vers le cœur du réacteur. L'air, agissant également comme fluide réfrigérant du réacteur, est rapidement chauffé pendant qu'il traverse le cœur du réacteur. Après passage dans le réacteur, l'air est dirigé vers la turbine du turboréacteur et est éjecté par la tuyère.

Le système indirect est très semblable, sauf que l'air ne traverse pas le réacteur lui-même. Après passage par le compresseur, l'air traverse un échangeur de chaleur. La chaleur produite par le réacteur est transmise par un fluide calorifère à cet échangeur de chaleur.

L'air traverse alors la turbine et est éjectée par la tuyère comme dans le cycle direct. Le fluide calorifère dans le cycle indirect est habituellement un fluide dense, tel qu'un métal liquide, ou l'eau fortement pressurisée. Ceci permet à plus d'énergie calorifique d'être transféré, augmentant de ce fait l'efficacité du système.

Sources :

X-planes de Jay Miller
The Decay of the Atomic Powered Aircraft Program par Brian D. Bikowicz
Tupolev Tu-119
Vought SLAM
Dream of Atomic Powered Flight
NUCLEAR POWERED AIRCRAFT
The Aircraft Nuclear Propulsion Project De Carolyn C. James
Preliminary analysis of three cycles for nuclear propulsion of aircraft
Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft