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La propulsion est obtenue en créant une force, appelée poussée, qui résulte de laccélération d'une masse d'air par une hélice ou par un turboréacteur.
La plupart des moteurs à piston entraînent une hélice et sont utilisés sur la quasi-totalité des avions légers. Ils ont été supplanté par le turbomoteur pour les hélicoptères. Plus tard le moteur à piston a donné n'aissance à des dérivés comme le turbopropulseur ou le turboréacteur appelé aussi turbofan, utilisés sur tous les avions lourds ou rapides, civils et militaires.
Les hélices carénées, les turbopropulseurs et les turboréacteurs sont des dispositifs intermédiaires entre lhélice et le statoréacteur. La post-combustion peut être considérée comme lassociation d'un turboréacteur et d'un statoréacteur. Le moteur-fusée peut être considéré comme un statoréacteur qui réalise en interne son mélange comburant + carburant.
Maintenant que la théorie a été vu on va rentrer dans le vif du sujet
Le moteur à pistons
Les moteurs d'avions légers fonctionnent pour la plupart comme un moteur de voiture, il transforme un mouvement de va et vient des pistons en mouvement rotatif.
Un moteur à pistons est constitué de :
Quil soit à 4 temps ou à 2 temps le principe reste le même :
Moteur diesel
Au niveau du carburant il existe des moteurs diesel le DA40-TDI par exemple car il sont économes et en cas daccident ce carburant senflamme moins vite que lessence, les coûts sont réduits du faite de l'absence de bougies, sauf pour lallumage bien sur dans ce cas comme sur une voiture on utilise des bougies de préchauffage. A la différence de lessence le mélange senflamme seul (sans bougie) presque immédiatement. En brûlant, il augmente fortement la température et la pression, repoussant le piston qui fournit le travail sur la bielle. Une autre différence est l'arrivée du carburant, seul l'air passe par la soupape dadmission, le gazole est lui injecté sous haute pression par un injecteur dans la chambre de combustion.
Le refroidissement
Chaque moteur possède une température optimale de fonctionnement (environ 80 °C pour les moteurs d'avion). Afin de ne pas dépasser cette température, les moteurs doivent être munis d'un système de refroidissement. La plupart des avions légers sont refroidis par air, solution la plus simple et la plus légère. àcet effet les cylindres sont munis dailettes qui augmentent la surface de contact entre l'air et le métal. Les capots sont également conçus afin d'améliorer lécoulement de l'air autour du moteur.
Pour certains avions, notamment ceux munis de moteurs à 6 cylindres, le constructeur a monté des volets de capot (cowl flaps) qui peuvent être ouverts ou fermés par le pilote, et dont le rôle est d'améliorer le refroidissement des deux derniers cylindres.
Ces volets de capot doivent être ouverts lorsque les conditions de surchauffe sont réunies (forte puissance et faible vitesse, montée, en particulier à pente max. et température extérieure élevée) et fermés lorsque la température moteur risque de chuter (descente). En croisière, la position intermédiaire permettra de maintenir une température optimale.
Afin de contrôler la température de son moteur le pilote dispose de deux instruments :
En cas de surchauffe :
La lubrification
La lubrification des moteurs permet de réduire au maximum les frottements entre les pièces en mouvement afin de limiter leur échauffement et leur usure (fonction de lubrification), participer au refroidissement du moteur puisque lhuile véhicule des calories qui sont évacuées par le radiateur dhuile, et évacuer les impuretés qui sont filtrées par le filtre à huile.
Le réservoir contenant lhuile est généralement constitué par le carter du moteur. Cependant, il peut y avoir un
réservoir dhuile séparé dans le cas de lubrification par carter sec.
Lhuile est prélevée dans le carter par la pompe à huile elle-même entraînée par le moteur. Elle chemine ensuite par le filtre à huile puis dans un réseau de canalisations qui la conduit aux points du moteur devant être lubrifiés. Elle est ensuite ramenée au carter où elle sera refroidie par lécoulement de l'air. On trouve parfois un radiateur dhuile.
Lors de la visite pré-vol, le pilote doit vérifier le niveau dhuile à laide de la jauge. C'est une tige métallique graduée qui trempe dans le carter et permet de mesurer la hauteur dhuile dans ce dernier.
En vol, le pilote dispose d'un thermomètre qui mesure la température de lhuile et reflète la température de ensemble du moteur. La burette gravée sur linstrument indique qu'il sagit dhuile et le sigle (°C) de température. Et d'un manomètre qui indique la pression (bar) dhuile (représentée par une burette).
Les valeurs de fonctionnement normal de pression et de température sont représentées par la plage verte. Si linstrument est dépourvu de plages, l'aiguille doit être verticale. Des valeurs chiffrées sont données dans le manuel de vol.
Lallumage
La magnéto est un organe totalement autonome qui ne nécessite, en effet, aucune source délectricité externe pour son fonctionnement. Elle est entraînée mécaniquement par le moteur afin de fabriquer le courant quelle va ensuite répartir entre les différentes bougies afin que lallumage se produise juste avant le P.M.H (Point Mort Haut).
Cette conception confère un énorme avantage à la magnéto en termes de sécurité car même si toutes les ressources électriques de bord sont épuisées (alternateur HS et batterie déchargée), le moteur continue à fonctionner.
On trouve deux types de magnéto :
La magnéto normale et la magnéto à déclic qui est munie d'un dispositif permettant de supprimer lavance pour faciliter la mise en route du moteur. Une fois que le moteur tourne, ce dispositif se débraye. Lavance à lallumage permet d'avoir une étincelle, un peu avant que le piston natteigne le point mort haut, ce qui améliore le fonctionnement à haut régime. Cependant, cela rend le démarrage plus difficile.
Dans une magnéto à déclic, un ressort en spirale se tend et retarde lallumage pendant la montée du piston. Une fois passé le point mort haut le ressort se relâche, et donne de la vitesse au rotor de magnéto, ce qui produit une étincelle puissante. A partir denviron 600 RPM la force centrifuge désengage les masses du déclencheur, et la magnéto se comporte comme une sans déclic.
Chaque magnéto alimente une bougie sur chaque cylindre. Les deux bougies d'un même cylindre sont donc alimentées par deux magnétos différentes. Cette disposition permet, en cas de panne d'une magnéto, de conserver tous les cylindres en fonctionnement. Un contacteur à clef placé sur le tabl'eau de bord permet de commander les magnétos. Il comporte quatre positions (OFF, DROITE, GAUCHE et DROITE + GAUCHE). En fonctionnement normal le pilote utilise les deux magnétos.
On commande toujours la mise à la masse d'une magnéto et non son arrêt car si le contacteur ou ses fils ne fonctionnent pas, le moteur continuera à fonctionner ; en contrepartie, lorsque le moteur est arrêté, la magnéto n'est pas à la masse si les fils sont sectionnés et le moteur risque de se mettre en route lors d'une manipulation de lhélice.
Conséquences de l'utilisation de mélanges mal réglés :
Perte de puissance, surchauffe moteur et/ou détonation = mélange trop pauvre.
Perte de puissance, surconsommation, encrassement moteur/bougie et fumées noires = mélange trop riche.
La plupart des moteurs à piston entraînent une hélice et sont utilisés sur la quasi-totalité des avions légers. Ils ont été supplanté par le turbomoteur pour les hélicoptères. Plus tard le moteur à piston a donné n'aissance à des dérivés comme le turbopropulseur ou le turboréacteur appelé aussi turbofan, utilisés sur tous les avions lourds ou rapides, civils et militaires.
Les hélices carénées, les turbopropulseurs et les turboréacteurs sont des dispositifs intermédiaires entre lhélice et le statoréacteur. La post-combustion peut être considérée comme lassociation d'un turboréacteur et d'un statoréacteur. Le moteur-fusée peut être considéré comme un statoréacteur qui réalise en interne son mélange comburant + carburant.
Maintenant que la théorie a été vu on va rentrer dans le vif du sujet
Le moteur à pistons
Les moteurs d'avions légers fonctionnent pour la plupart comme un moteur de voiture, il transforme un mouvement de va et vient des pistons en mouvement rotatif.
Un moteur à pistons est constitué de :
- un cylindre qui est fermé par une culasse dans lequel s'effectue le mouvement de va et vient. Peut être en ligne, à plat, en V ou en étoile/radial.
- un conduit dadmission qui permet l'arrivée du mélange air/essence
- une soupape dadmission qui permet l'alimentation en mélange air/essence dans le cylindre
- une soupape déchappement qui permet lévacuation des gaz brulés vers le conduit déchappement
- un conduit déchappement qui permet dévacuer les gazs brulés vers lextérieur
- un piston qui transforme lenergie dégagé par la combustion du carburant en mouvement de va et vient
- une bielle qui permet la transformation du mouvement de va et vient du piston en mouvement rotatif
- un vilebrequin qui tourne sur lui même transformant ainsi le mouvement des pistons en mouvement de rotation
- une bougie qui produit une étincelle pour enflammer le mélange air/essence repoussant ainsi le piston, initiant le mouvement
- un maneton qui assure la liaison pivot avec la bielle
- un carter qui protège l'ensemble (vilebrequin, maneton, bielle) dans une enveloppe étanche baigner dans un lubrifiant
- un filtre à air pour éviter que les poussières pénètrent dans le cylindre
Quil soit à 4 temps ou à 2 temps le principe reste le même :
- Ladmission d'un mélange air/essence via le conduit dadmission, ajouter à cela, un carburateur, qui permettra de doser l'arrivée dessence et d'air puis ouverture de la soupape dadmission et descente du piston, ce dernier aspire ce mélange dans le cylindre.
- La compression crée une énergie pour déplacer le piston, le mélange air/essence est comprimé entre la tête du piston et le haut du cylindre (la culasse).
- La combustion qui au contact d'une étincelle provoquée par une bougie provoquera limplosion, repoussant ainsi le piston et initiant le mouvement de va et vient. Le piston a un mouvement alternatif, de haut en bas, ce déplacement est transformé en mouvement rotatif, par lintermédiaire de la bielle et du vilebrequin.
- Léchappement se produit lorsque le piston remonte avec la soupape déchappement ouverte et pousse ainsi les gaz brulés vers lextérieur.
Moteur diesel
Au niveau du carburant il existe des moteurs diesel le DA40-TDI par exemple car il sont économes et en cas daccident ce carburant senflamme moins vite que lessence, les coûts sont réduits du faite de l'absence de bougies, sauf pour lallumage bien sur dans ce cas comme sur une voiture on utilise des bougies de préchauffage. A la différence de lessence le mélange senflamme seul (sans bougie) presque immédiatement. En brûlant, il augmente fortement la température et la pression, repoussant le piston qui fournit le travail sur la bielle. Une autre différence est l'arrivée du carburant, seul l'air passe par la soupape dadmission, le gazole est lui injecté sous haute pression par un injecteur dans la chambre de combustion.
Le refroidissement
Chaque moteur possède une température optimale de fonctionnement (environ 80 °C pour les moteurs d'avion). Afin de ne pas dépasser cette température, les moteurs doivent être munis d'un système de refroidissement. La plupart des avions légers sont refroidis par air, solution la plus simple et la plus légère. àcet effet les cylindres sont munis dailettes qui augmentent la surface de contact entre l'air et le métal. Les capots sont également conçus afin d'améliorer lécoulement de l'air autour du moteur.
Pour certains avions, notamment ceux munis de moteurs à 6 cylindres, le constructeur a monté des volets de capot (cowl flaps) qui peuvent être ouverts ou fermés par le pilote, et dont le rôle est d'améliorer le refroidissement des deux derniers cylindres.
Ces volets de capot doivent être ouverts lorsque les conditions de surchauffe sont réunies (forte puissance et faible vitesse, montée, en particulier à pente max. et température extérieure élevée) et fermés lorsque la température moteur risque de chuter (descente). En croisière, la position intermédiaire permettra de maintenir une température optimale.
Afin de contrôler la température de son moteur le pilote dispose de deux instruments :
- La température dhuile qui reflète la température de l'ensemble du moteur. Avec un plage verte le fonctionnement normal. Ne pas entreprendre le décollage tant que cette plage n'est pas atteinte. Avec une plage rouge il y a une surchauffe.
- La température cylindre qui est la température du métal à proximité de la chambre de combustion. La principale différence avec la température dhuile réside dans le fait que la variation de température est instantanée. Cette indication est très utile pour gérer des volets de capot.
En cas de surchauffe :
- contrôler la pression dhuile,
- ouvrir les volets de capot,
- stopper la montée,
- réduire la puissance,
- contrôler la richesse du mélange (trop pauvre ?).
La lubrification
La lubrification des moteurs permet de réduire au maximum les frottements entre les pièces en mouvement afin de limiter leur échauffement et leur usure (fonction de lubrification), participer au refroidissement du moteur puisque lhuile véhicule des calories qui sont évacuées par le radiateur dhuile, et évacuer les impuretés qui sont filtrées par le filtre à huile.
Le réservoir contenant lhuile est généralement constitué par le carter du moteur. Cependant, il peut y avoir un
réservoir dhuile séparé dans le cas de lubrification par carter sec.
Lhuile est prélevée dans le carter par la pompe à huile elle-même entraînée par le moteur. Elle chemine ensuite par le filtre à huile puis dans un réseau de canalisations qui la conduit aux points du moteur devant être lubrifiés. Elle est ensuite ramenée au carter où elle sera refroidie par lécoulement de l'air. On trouve parfois un radiateur dhuile.
Lors de la visite pré-vol, le pilote doit vérifier le niveau dhuile à laide de la jauge. C'est une tige métallique graduée qui trempe dans le carter et permet de mesurer la hauteur dhuile dans ce dernier.
En vol, le pilote dispose d'un thermomètre qui mesure la température de lhuile et reflète la température de ensemble du moteur. La burette gravée sur linstrument indique qu'il sagit dhuile et le sigle (°C) de température. Et d'un manomètre qui indique la pression (bar) dhuile (représentée par une burette).
Les valeurs de fonctionnement normal de pression et de température sont représentées par la plage verte. Si linstrument est dépourvu de plages, l'aiguille doit être verticale. Des valeurs chiffrées sont données dans le manuel de vol.
Lallumage
La magnéto est un organe totalement autonome qui ne nécessite, en effet, aucune source délectricité externe pour son fonctionnement. Elle est entraînée mécaniquement par le moteur afin de fabriquer le courant quelle va ensuite répartir entre les différentes bougies afin que lallumage se produise juste avant le P.M.H (Point Mort Haut).
Cette conception confère un énorme avantage à la magnéto en termes de sécurité car même si toutes les ressources électriques de bord sont épuisées (alternateur HS et batterie déchargée), le moteur continue à fonctionner.
On trouve deux types de magnéto :
La magnéto normale et la magnéto à déclic qui est munie d'un dispositif permettant de supprimer lavance pour faciliter la mise en route du moteur. Une fois que le moteur tourne, ce dispositif se débraye. Lavance à lallumage permet d'avoir une étincelle, un peu avant que le piston natteigne le point mort haut, ce qui améliore le fonctionnement à haut régime. Cependant, cela rend le démarrage plus difficile.
Dans une magnéto à déclic, un ressort en spirale se tend et retarde lallumage pendant la montée du piston. Une fois passé le point mort haut le ressort se relâche, et donne de la vitesse au rotor de magnéto, ce qui produit une étincelle puissante. A partir denviron 600 RPM la force centrifuge désengage les masses du déclencheur, et la magnéto se comporte comme une sans déclic.
Chaque magnéto alimente une bougie sur chaque cylindre. Les deux bougies d'un même cylindre sont donc alimentées par deux magnétos différentes. Cette disposition permet, en cas de panne d'une magnéto, de conserver tous les cylindres en fonctionnement. Un contacteur à clef placé sur le tabl'eau de bord permet de commander les magnétos. Il comporte quatre positions (OFF, DROITE, GAUCHE et DROITE + GAUCHE). En fonctionnement normal le pilote utilise les deux magnétos.
On commande toujours la mise à la masse d'une magnéto et non son arrêt car si le contacteur ou ses fils ne fonctionnent pas, le moteur continuera à fonctionner ; en contrepartie, lorsque le moteur est arrêté, la magnéto n'est pas à la masse si les fils sont sectionnés et le moteur risque de se mettre en route lors d'une manipulation de lhélice.
Conséquences de l'utilisation de mélanges mal réglés :
Perte de puissance, surchauffe moteur et/ou détonation = mélange trop pauvre.
Perte de puissance, surconsommation, encrassement moteur/bougie et fumées noires = mélange trop riche.
