Cours n°8: le moteur à piston

17 11 2008

Le moteur à piston :

Un cylindre :cylindre

–          Phase d’admission

–          Phase de compression

–          Phase de combustion

–          Phase d’échappement

Au démarrage, il faut entraîner le moteur à l’aide d’un démarreur. L’avion est donc équipé d’une batterie. Une fois le moteur démarré, le circuit de batterie ne sert qu’à l’alimentation électrique des radios de navigation et de communication, feux et autres appareils.

Une fois lancé, le moteur à tjs besoin d’électricité pour assurer le déclenchement des étincelles dans les cylindres. Ce dispositif, appelé allumage, tire son énergie d’une magnéto (il y en a 2, par sécurité), reliée à l’arbre du moteur.

Le circuit d’allumage est doublé, chaque circuit est indépendant de l’autre. Chaque magnéto fournit l’électricité à une seule bougie par cylindre, il y a donc deux bougies par cylindre. Ce système doublé permet d’améliorer la sécurité et la combustion du mélange.

La magnéto est un organe autonome entraîné par le moteur. Ne jamais manipuler l’hélice si les magnétos ne sont pas désactivées.

Un alternateur est également entraîné par la rotation du moteur et alimente la batterie et tous les systèmes électriques de l’avion.

La carburation ou l’injection :

L’alimentation des moteurs à explosion en carburant se fait par la carburation (ou l’injection, qui envoie du carburant sous pression : pas de givrage et alimentation dans toutes les positions).

Le carburateur permet de réaliser un mélange entre l’air et le carburant vaporisé et à le diriger vers les pipes d’admission des cylindres.

Le flotteur et le pointeau maintiennent un débit correct de carburant.

La puissance du moteur dépend du volume de mélange air-carburant aspiré. On peut modifier ce volume et donc la puissance du moteur en changeant la position du « papillon des gaz»  grâce à la manette de gaz (commande noire).

Le mélange idéal est de 1 gramme d’essence pour 15 gramme d’air (1/15). La densité de l’air variant avec la température et l’altitude, on peut régler sur la plupart des moteurs les proportions air/essence, grâce à la commande de richesse (commande rouge) (autres appellations : correcteur altimétrique, mixture ou commande de mélange).

Un mélange trop riche : surconsommation, empêche le moteur d’atteindre sa température normale de fonctionnement.

Un mélange trop pauvre : risque d’extinction du moteur et échauffement du moteur.

Le givrage du moteur

Phénomène très dangereux en aviation légère : ça consiste en dépôt de givre dans le carburateur, qui peut bloquer le papillon et arrêter l’arrivée de l’essence.  Les conditions propices au givrage sont :

–          Une température carburateur comprise entre -15° et 0° (refroidissement de l’air dans le carburateur de 20 à 25°) (surveiller l’indicateur de température du moteur, et le régime moteur).

–          Une atmosphère humide.

Pour éviter ce phénomène, il existe un dispositif nommé « réchauffe carbu », qui modifie la provenance de l’air, non plus directement de l’extérieur mais via un manchon placé autour des pots d’échappement. Inconvénient : l’air y est moins dense, d’où augmentation de la richesse du mélange, et diminution de la puissance  du moteur.

Inconvénients du moteur à carburation :

–          Alimentation en mélange carburé et répartition par cylindre inégaux

–          Quantité d’essence injectée peu précise

–          Risque de givrage important

D’où solution dans le moteur à injection :

Avantages :

– meilleur rendement

– meilleure répartition du combustible dans les cylindres

– réduction importante des risques de givrage

Inconvénients :

–          Coût plus important à l’achat et à l’entretien

–          Difficulté de démarrage, notamment à chaud

–          Moteur plus sensible aux variations du mélange carburé

Circuit carburant

Réservoirs en général dans les ailes.

Alimentation du moteur en carburant soir par gravité, soit par l’intermédiaire d’une pompe mécanique. Par sécurité, elle est tjs doublée par une pompe électrique qui peut être utilisée en vol.

Un robinet d’essence permet d’ouvrir ou de fermer l’arrivée d’essence, et de sélectionner le réservoir droite ou gauche à utiliser.

L’essence aviation

Les essences sont classées selon leur indice d’octane, qui caractérise leur pouvoir anti-détonnant. Le constructeur de l’avion précise quelle essence est à utiliser.

La contamination de l’essence par de l’eau ou de la poussière est très dangereuse. Conseil : faire le plein des réservoirs après le dernier vol de la journée et purger l’eau des réservoirs le matin avant le premier vol.

Le code couleur de l’essence :

80/87 : rose

100LL : bleue

100/130 : verte

Densité moyenne de l’essence : 0,72 (un litre de carburant pèse environ 700 gr). Utilisée pr le calcul du centrage de l’avion.

Les huiles aviations

2 catégories d’huile :

Composition Caractéristiques Utilisation
Minérale Naphte et paraffine Neutralité chimique

Viscosité constante

Point d’éclair élevé

Rodage moteur
Dispersante Huile minérale + additifs Pas de résidu de combustion –          Grands écarts de température du milieu ambiant

–          Faible viscosité à basse température

–          Bon démarrage à froid

–          Bonne lubrification à froid

–          Gde plage de température de fonctionnement

–          Propriétés anti-frictions

Le refroidissement du moteur

Il se fait généralement par arrivée d’air extérieur.



CFAI d’Aquitaine

7 11 2008

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Cours n°7 du 24 octobre 2008: Les moteurs d’avion

5 11 2008

Les « propulseurs » sont des machines composées d’un moteur thermique. Ils fournissent l’énergie nécessaire à la propulsion de l’avion et à l’entraînement des équipements et des servitudes à bord de l’avion (production d’électricité, air pressurisé, etc).

I- les Groupes Moto-Propulseurs (G.M.P.)

Ce sont des moteurs à pistons et à hélices. Le moteur à combustion interne, est couplé à une hélice, qui peut être tractive (si elle est placée à l’avant de l’avion) ou propulsive (si elle est placée au niveau des ailes par exemple).

Caractéristiques techniques: basse vitesse de rotation, à cause de l’utilisation de l’hélice (2500 tours/minute). Le carburant utilisé est l’essence aviation LL. Les GMP équipent donc des avions volant aux basses altitudes et à basse vitesse (maximum 150 à 200 kt), dans le cadre de l’aviation légère et sportive, ou bien encore le travail aérien.

1 kt: 1 knot = 1 noeud = 1 mille nautique soit 1, 852 km/h ou 0,514 mètre/seconde) Le noeud et une unité de vitesse utilisée en navigation aérienne (et maritime).

Il s’agit d’un moteur à explosion, comme ceux des engins terrestres. Ils sont constitués en général de 4 à 8 cylindres. A l’intérieur du cylindre, un piston mobile se déplace sous l’effet de l’explosion des gaz. Il est relié au vilebrequin par une bielle. Le vilebrequin permet de transmettre le mouvement du piston à l’arbre moteur, mais aussi de faire remonter le piston dans le cylindre pour comprimer les gaz avant la combustion. Le carter en bas du piston contient l’huile qui permet de lubrifier les parties mobiles. La tête du cylindre contient des soupapes reliées aux pipes d’admission pour faire entrer le mélange air-carburant et aux pipes d’échappement pour évacuer les gaz brûlés.

Cliquer sur le lien pour plus d’explication:

le moteur a 4 temps

Les cylindres peuvent être disposés de façons différentes: en ligne, en V, à plat ou en étoile.

en étoile:cylindre en étoile

en ligne, en V, à plat: disposition des cylindres

II- Les Groupes Turbo-Propulseurs (G.T.P.)

Il s’agit d’une turbomachine couplée à une hélice tractive ou propulsive. GTP

Caractéristiques techniques: basse vitesse de rotation, à cause de l’utilisation de l’hélice. Le carburant est le kérosène. Meilleur rendement aux moyennes altitudes et aux vitesses moyennes (300 à 400kt). Moyen de propulsion utilisé pour le frêt, le transport de passagers en court courrier et pour le transport militaire en opération.

Pour palier le manque de puissance des moteurs à piston et la grande consommation en carburant des réacteurs, des ingénieurs ont développé ce concept hybride. Il s’agit donc d’un réacteur de faible puissance que l’on utilise pour faire tourner une hélice multipales via un réducteur. Ce type de moteur a permis d’augmenter très fortement les performances des hélicoptères, notamment, en terme de vitesse, d’autonomie, de charge utile et d’altitude.

Le turboréacteur : comme les turboréacteurs à double flux, le turbopropulseur est structuré de la même façon qu’un turboréacteur. Comme lui, il comprend un diffuseur d’entrée, un compresseur, une chambre de combustion, une turbine, et une tuyère d’éjection. Son fonctionnement est donc le même.

L’hélice : l’arbre entraîné par la turbine agit, à son tour, sur le compresseur mais aussi sur une hélice placée en avant du diffuseur d’entrée. C’est elle qui fournit la principale poussée. La turbine peut être « libre »si elle est indépendante des corps du moteur, ou « liée » (ou à prise directe) si l’hélice est reliée au corps basse pression du moteur.

Le réducteur : comme la vitesse angulaire de la turbine est trop forte pour alimenter une hélice, de masse et de diamètre bien trop important, un réducteur de vitesse est intercalé entre l’arbre de la turbine et celui de l’hélice. Il a pour effet de diminuer la vitesse de cette dernière, mais surtout d’augmenter le couple qui lui est appliqué.

III- Les Groupes Turboréacteurs (G.T.R.)

GTR simple corps simple flux

Ils délivrent une force de propulsion indépendante de la vitesse appelée « poussée ».

Caractéristiques techniques: grande vitesse de rotation: 8000 tours/minute.

Carburant utilisé: kérosène. Meilleur rendement aux hautes altitudes; grandes vitesses, pouvant aller à des vitesses supersoniques. Moyen de propulsion utilisé pour le frêt et le transport de passagers en moyen et long courrier ainsi que pour les opérations tactiques militaires (avions de chasse).