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Groupe motopropulseur

Le système propulsif

Le système propulsif est le dispositif permettant à l'aéronef d'acquérir sa vitesse et de vaincre la traînée aérodynamique. On distingue principalement :

  • les propulseurs directs, produisant la poussée, opposée à la traînée Exemple : turboréacteurs, moteurs-fusées

  • les propulseurs indirects, ils produisent la traction par un organe intermédiaire, l'hélice. Celle-ci transforme l'énergie mécanique d'un moteur thermique en énergie propulsive. Les principaux moteurs thermiques sont les moteurs à pistons et les turbomachines

Le moteur à piston

Ce type de moteur transforme un mouvement alternatif (le mouvement de va-et-vient des pistons) en mouvement rotatif (la rotation de l'arbre de sortie).

Description

Il est composé :

  • d'un cylindre doté d'ailettes et dont la partie supérieur est fermée par une pièce appelée culasse. La culasse est doté de soupapes permettant l'admission des gaz frais et l'échappement des gaz de combustion, et d'un dispositif créant l'inflammation du mélange carburant/air : la bougie. Le cylindre est fixé dans sa partie basse à un bâti appelé carter

  • d'un piston, doté de segments d'étanchéité, dont le déplacement est assuré par une bielle. Celle-ci est reliée par axe situé à sa partie inférieure, à une pièce animé d'un mouvement de rotation, appelée vilebrequin

Fonctionnement

Le principe de fonctionnement des moteurs utilisés en aéronautique est dit : cycle à 4 temps :

  • Admission : à partir de la position haute du piston, la soupape d'admission est ouverte, celle d'échappement est fermée; l'air frais précédemment mélangé au carburant est aspiré dans le cylindre. En fin d'admission, la soupape d'admission est fermée

  • Compression : le mélange gazeux est fortement comprimé

  • Combustion et détente : juste avant que le piston n'atteigne sa position haute, le mélange est enflammé par une étincelle jaillissant à la bougie. La combustion du mélange libère son énergie et exerce une forte pression sur le piston qui redescend

  • Échappement : la pression des gaz exercée sur la surface du piston crée une force qui à son tour produit un moment faisant tourner le vilebrequin. Lors du dernier demi-tour, la soupape d'échappement est ouverte, les gaz de combustion sont alors chassés à l'extérieur
Sur ce type de moteur, il n'y a qu'un temps produisant de l'énergie (explosion-détente) pour 2 tours de vilebrequin. La conduite du moteur s'effectue à l'aide de 4 commandes : gaz, pas, richesse et réchauffage carburateur.

 

La manette de richesse permet de modifier le rapport carburant/air élaboré par le carburateur. En effet, la masse volumique de l'air diminuant avec l'altitude, il faut diminuer la quantité de carburant admise afin de maintenir le même rapport carburant/air (ou richesse). Cette manette tirée à fond vers soi coupe l'arrivée de carburant au moteur : c'est la position étouffoir. A l'inverse, cette manette poussée à fond occupe la position dite plein riche.

La manette des gaz agit sur le volume du mélange aspiré, donc sur la puissance.

L'alimentation

- par gravité (l'essence parvient au carburateur par son propre poids)

- pompe mécanique entraînée par le moteur (doublée par sécurité d'une pompe électrique)

Le carburateur

Sur les moteurs de puissance moyenne, le mélange carburant/air est élaboré par un ensemble appelé carburateur, dont le rôle est de doser l'apport de carburant en fonction la quantité d'air admise dans les cylindres. Celle-ci est fonction d'une vanne "papillon" qui est reliée mécaniquement à la commande principale du moteur, appelée commande de gaz.

Le givrage du carburateur

Lorsque l'air externe est humide (proximité des nuages, brume, brouillard) et que la température extérieure est basse, la dépression générée dans le carburateur transforme l'eau contenue dans l'air en givre. Le dépot de givre peut obturer les orifices d'admission de carburant entrainant l'arret du moteur.

A vitesse constante, il est annoncé par une chute de la pression d'admission.

hélice à calage fixe :

nombre de tours et PA diminuent

hélice à vitesse constante :

PA diminue

Conditions propices :

  • Température carburateur comprise entre 0 et –15°C. Température la plus favorable : -5°C

  • Atmosphère humide. Risque plus important dans les basses couches de l'atmosphère

  • Risque plus important quand le moteur est utilisé à des puissances réduites

Dispositif de réchauffage du carburateur

Afin d'éviter ce phénomène très dangereux, on utilise un volet, commandé par une manette appelée dégivrage carburateur. Cette manette agit en tout ou rien. L'air n'est plus admis directement au carburateur, il est préalablement réchauffé par circulation autour de l'échappement pour arriver au carburateur avec une augmentation de température d'environ 50°C. C'est un système préventif, son efficacité est très limitée lorsque le conduit est presque totalement obstrué.

L'efficacité du système est plus grande à pleine puissance.

ATTENTION : il ne faut pas attendre qu'il soit trop tard pour mettre la commande du réchauffage carburateur sur "chaud" (la commande est de type "tout ou rien". Il faut réchauffer le carburateur dès que la température extérieure est inférieure à 10° et que l'humidité est visible.

Conséquences :

  • Diminution de la puissance : ne pas l'utiliser lors du décollage !
  • Augmentation de la richesse du mélange

Utilisation de la commande de mélange

Le mélange idéal (théorique) est d' 1 gramme d'essence / 15 grammes d'air (mélange 1/15e). Un mélange pauvre favorise la surchauffe du moteur et les phénomènes de détonation, un mélange riche est favorable aux fortes puissances, mais entraîne une forte consommation et l'encrassement du moteur.

  1. Pas d'instrument de contrôle de la richesse : maintenir la richesse maximale pour les phases de vol à forte puissance. Appauvrir le mélange en croisière. Hélice à calage fixe : appauvrir lentement le mélange jusqu'a obtenir une faible chute du régime de rotation; enrichir jusqu'à obtenir le meilleur régime de rotation; surveiller la température des cylindres et de l'huile. Hélice à calage variable : garder la richesse maximum sauf bruit anormal du moteur

  2. avion équipé d'un débimètre : les débits à afficher en fonction de la puissance délivrée par le moteur sont fixés par le Manuel de vol

  3. avion équipé d'un indicateur de température des gaz d'échappement EGT (Exhaust Gaz Temperature) : rechercher la déviation maximale de l'aiguille (pic de température), placer l'index variable sur l'aiguille au pic de température, enrichir pour diminuer la température de 2 divisions

L'allumage

Il fournit une étincelle qui déclenche la combustion du mélange carburant-air dans le cylindre. Il est fourni par un générateur électrique, appelé magnéto, entraîné mécaniquement par le moteur. Son fonctionnement est donc indépendant de la génération électrique de bord (assurée par une batterie et un alternateur, comme sur une voiture). Par sécurité, l'allumage est double : chaque cylindre est doté de deux bougies, chacune d'elles étant alimentées séparément par sa magnéto.

Attention : ce n'est pas la batterie qui alimente les bougies pour créer l'étincelle dans les cylindres, mais les magnétos.

En cas de panne d'un des circuits d'allumage, il faut poser l'avion rapidement car un dépôt de suie peut apparaître sur la bougie et arrêter le moteur.

Lors de la mise en oeuvre de l'avion, il faut vérifier le bon fonctionnement du circuit d'allumage en vérifiant les magnétos une à une ainsi que leur circuit : placer le commutateur sur G puis D et vérifier que le régime moteur est correct. Ce dernier doit chuter (une seule bougie par cylindre) dans la mesure d'une valeur indiquée dans le manuel de vol. De plus, la différence entre les deux bougies ne doit pas être trop important. Tout fonctionnement défectueux doit entraîner l'annulation du vol tant que la cause n'a pas été déterminée et la réparation effectuée.

La lubrification

Elle a pour rôle principal d'établir un film d'huile sur les pièces en mouvement, afin d'en limiter l'usure et d'en assurer leur refroidissement. Il faut vérifier le niveau d'huile avant chaque vol. Deux catégories d'huiles sont utilisées : les huiles minérales et les huiles dispersantes (en cas de mélange entre les deux huiles, effectuer une vidange).

Les huiles minérales

Elles sont obtenues par distillation fractionnées du pétrole brut. Elles sont utilisées généralement pour le rodage du moteur. Elles ont :

  • une neutralité chimique

  • une viscosité constante

  • un point éclair élevé (température d'inflammation spontanée)

Les huiles dispersantes (car sans résidus de combustion)

Ce sont des huiles minérales avec adjonction d'additifs. Elles sont recommandées pour les moteurs soumis à de gros écarts de température du milieu ambiant. Elles gardent une viscosité faible aux basses températures. Les additifs :

  • augmentent la plage de température de fonctionnement

  • facilitent le démarrage à froid

  • améliorent la lubrification à froid

  • ont des propriétés antifriction ( c'est pourquoi elles ne sont pas utilisées pour le rodage)

Le grade

C'est l'indice qui caractérise les qualités de viscosité d'une huile. Le grade à utiliser augmente avec la température.

Les huiles multigrades sont utilisables en toute saison.

>15°C

grade 100

0<température<30°C

grade 80

-20°C<température<+20°C

grade 65

Les circuits

Le circuit de dépression

Il fournit l'énergie nécessaire au fonctionnement du conservateur de cap et de l'horizon artificiel.

Le circuit anémométrique

Il fournit une pression totale et une pression statique aux instruments qui en ont besoin : anémomètre, variomètre, altimètre.

La pression totale représente la vitesse d'un écoulement d'air. Elle est mesurée à l'aide du tube de pitot.

La pression statique représente la pression d'un gaz au repos. Exemple : la pression atmosphérique. Elle est mesurée à l'aide d'une prise de pression placée perpendiculairement à l'écoulement. La position de la sonde de pression statique induit une faible erreur de statique dans certaines phases de vol.

Le circuit pneumatique

Les instruments gyroscopiques (conservateur de cap, horizon artificiel, indicateur de taux de virage, etc.) sont en général à génération pneumatique. L'air ambiant est filtré et aspiré par une pompe mécanique à dépression, puis évacué vers l'extérieur.

Le circuit électrique

Le circuit électrique d'un avion est constitué de 3 groupes d'éléments :

Les producteurs d'électricité

Ce sont la batterie et l'alternateur.

La batterie fournit le courant qui alimente le circuit de démarrage à la mise en route et les accessoires, instruments de bord et servitudes en cas de panne de l'alternateur. Elle alimente le démarreur électrique, les appareils radio, les feux de navigation, le phare d'atterrissage, certains instruments de bord. En cas de panne de batterie, le pilote peux demander un groupe auxiliaire de démarrage (groupe de parc) au service de maintenance ou à ce qu'on démarre l'hélice à la main.

L'alternateur alimente les instruments de bord, les servitudes (moteurs de volets, train d'atterrissage, pompe électrique de carburant, etc...) et recharge la batterie. Il n'alimente pas le circuit d'allumage des bougies. La panne d'alternateur n'a aucune influence sur le fonctionnement du moteur, mais les accessoires, instruments de bord et servitudes ne sont plus alimentés que par la batterie : il faut alors la ménager en coupant l'alimentation des moyens de radionavigation (VOR et ADF) et en vérifiant si les phares sont bien éteints.

Les consommateurs d'électricité

Le plus gros consommateur d'électricité est le démarreur qui nécessite un courant important, mais de courte durée. En cas de panne de la génération électrique, il est possible de sortir les volets par gravité ou à l'aide d'une manivelle.

Les éléments qui relient les producteurs aux consommateurs

On trouve un ensemble de fils conducteurs, un régulateur de tension et un disjoncteur protégeant la batterie. Des fusibles et des disjoncteurs thermiques protègent les circuits d'un éventuel court-circuit pouvant conduire à l'incendie. On trouve également des instruments de contrôle de l'alternateur : l'ampèremètre (mesure l'intensité) et le voltmètre (mesure la tension), des voyants d'alarme et un contact général qui ouvre et ferme le circuit.

Le circuit carburant

Le circuit carburant permet de transporter l'essence des réservoirs vers le moteur. Il comporte :

  • un réservoir à carburant
  • un robinet sélecteur de carburant
  • un filtre à essence qui permet de rendre l'essence propre en la débarrassant de ses impuretés (poussières, débris métalliques, etc.)
  • une pompe auxiliaire qui permet de maintenir constante la pression d'essence dans le circuit
  • un clapet de surpression qui évite une pression d'essence trop forte dans le circuit situé après la pompe. En s'ouvrant, le clapet permet un retour en arrière de l'essence
  • un carburateur qui assure le mélange correct air/essence
  • un gicleur qui propulse des milliers de gouttelettes d'essence dans le venturi du carburateur

Caractéristiques de l'essence

La richesse de l'essence est le pourcentage d'essence que l'on mélange à l'air.

Les essences d'aviation sont classées selon leur indice d'octane. Cet indice est utilisée pour quantifier leur pouvoir antidétonnant (c'est à dire leur capacité à ne pas se transformer en explosif à haute pression et haute température)

80/87

couleur rose

100 LL

couleur bleue

100/130

couleur verte

Précautions à prendre lors de l'avitaillement

  • ne jamais oublier de refermer le réservoir d'essence (si le pilote s'aperçoit de la perte du bouchon en vol, se poser dans les plus brefs délais)

  • toujours vérifier que la tresse de mise à la terre est bien en place avant tout avitaillement (afin d'éviter une explosion, une étincelle pouvant se produire entre la cellule de l'avion et le bec)

  • faire le plein du réservoir lorsque l'avion est rangé dans un hangar avec d'autres avions : un réservoir plein est moins dangereux qu'un réservoir vide (l'essence sous forme de vapeur peut se combiner avec l'oxygène de l'air et devenir extrêmement dangereuse)

  • purger les réservoirs avant la première mise en route afin d'éliminer l'eau de condensation

Le refroidissement du moteur

En général, les moteurs d'avions sont refroidis par air à l'aide d'ailettes sur les parois des cylindres. Le cône d'hélice guide l'air vers l'intérieur du capotage moteur : en cas de perte en vol, il faut surveiller la température des cylindres (le refroidissement du moteur n'est plus assurécorrectement) et se poser dès que possible.

Les turbomachines

On trouve dans cette catégorie les turboréacteurs, les turbopropulseurs et les turbomoteurs.

Le turboréacteur