8-10 Cellule moteur hélice (motoplaneurs)

Cellule, moteur et hélice

Moteurs à combustion interne

Pour le vol en Motoplaneur, seul le fonctionnement du moteur essence à 4 temps à allumage commandé sera détaillé dans ce chapitre. Il existe de nombreux type de moteur à combustion interne. Les planeurs à dispositif d'envol incorporés utilisent notamment des moteurs à 2 temps. Les motoplaneurs, objet de ce cours, utilisent principalement ces moteurs :

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  Les moteurs Rotax comme les modèles 912 (80ch), 912S (100ch), 914 (115ch)...etc

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  Les moteurs Limbach comme les modèles 1700 et 2000.

• 

  Les moteurs Stamo (marginal).

Point de vue pilote : Les commandes à disposition du pilote pour contrôler le moteur seront expliqués en détailles plus loin dans ce chapitre. Simplement, les différents commandes sont :

• La commande d'allumage/magnéto : Un interrupteur qui autorise la création de l'étincelle par la bougie. Allumage OFF = moteur OFF
• La commande des gaz : Une commande réglable entre 0 et 100%, permettant d'ajuster la vitesse et la puissance du moteur
• La commande de démarreur :

Quelques définitions :

• Moteur : Système capable de générer une force mécanique. Pour le vol en planeur, cette force sera transmise à l'hélice.
• Combustion : La force mécanique résulte de la combustion. Pour le vol en planeur, il s'agit de de combustion de l'essence et de l'oxygène de l'air.
• Interne : La combustion à lieu directement dans le moteur lui-même. Par opposition aux anciens moteurs à vapeur où la combustion avait lieu dans une chaudière externe.

Le fonctionnement du moteur à 4 temps repose sur le principe d'enfermer un mélange d'air et d'essence dans un cylindre pour le faire bruler avec une étincelle émise au bon moment. L'augmentation de pression dû à la combustion permet de pousser un piston et de récupérer l'énergie mécanique, puis de faire tourner l'hélice. Les gaz brulés sont ensuite évacués à l'extérieur avant que le cycle recommence. Le cycle est composé de 2 ou 4 temps suivant la technologie du moteur :

• Cycle 2 temps ou Moteur à 2 temps. Il est souvent utilisé sur les planeurs à dispositif d'envol incorporé, ou les moteur anti-vache dit "turbo". Du fait du temps de fonctionnement réduit de ces moteurs, la consommation élevée et le bruit élevé est toléré au profit de son faible poids. Ces moteurs sont des poids mort en permanence à bord des planeurs, un gain de masse est appréciable.
• Cycle 4 temps ou Moteur à 4 temps. Il est utilisé sur les motoplaneurs. Du fait du fonctionnement quasi-permanent du moteur sur ces aéronefs, le poids un peu plus important des moteurs à 4 temps est toléré compte tenu du gain appréciable de confort et de consommation réduite.

Cycle 4-temps à allumage commandé :
1) admission,
2) compression,
3) combustion,
4) échappement.

Pour la suite de ce cours, seul le moteur à 4 temps sera détaillé, mais les descriptions et termes évoqués sont semblables pour le moteur à 2 temps. Les cycles successifs d'un moteur à quatre temps sont :

1. Admission d'un mélange d'air et de carburant pulvérisé, préalablement mélangé et préparé par divers composants (carburateur ou système d'injection indirecte) : ouverture de la soupape d'admission et descente du piston, ce dernier aspire ce mélange dans le cylindre à une pression inférieure à la pression ambiante (de 0.4 à 0.9 bar, sauf dans le cas d'un turbo) ;
2. Compression du mélange : fermeture de la soupape d'admission, puis remontée du piston qui comprime le mélange jusqu'à 10 bar dans la chambre de combustion ;
3. Combustion et détente (souvent appelé "explosion" par abus de langage) : aux environs du point mort haut (PMH) : moment auquel le piston atteint son point culminant et auquel la compression est au maximum ; la bougie d'allumage, connectée à un système d'allumage haute tension, produit une étincelle ; la combustion initiée qui s'ensuit constitue le temps moteur ; les gaz chauds à une pression de 40 à 60 bar repoussent le piston, initiant le mouvement ;
4. Échappement : ouverture de la soupape d'échappement et remontée du piston qui chasse les gaz brûlés dans le collecteur d'échappement.

Les composants mobiles qui compose un cylindre sont décrits dans l'image ci-contre. La connaissance de ce vocabulaire est un plus :

• C - Vilebrequin,
• E - Arbre à cames d’échappement,
• I - Arbre à cames d'admission,
• P - Piston,
• R - Bielle,
• S - Bougie d'allumage,
• V - Soupape (rouge: échappement, bleu: admission),
• W - Circuit de refroidissement à eau,
• Structure grise - Bloc moteur

Les pièces d'un moteur peuvent être fabriqués en acier et en alliage d'aluminium. Le gain de poids est recherché.

Généralités

1. Types de moteur à combustion interne : principes de base et définitions
2. Moteur : conception, utilisation, composants et matériaux

Carburants

1. Types, indices d'octane, caractéristiques et limitations
2. Carburants de remplacement: caractéristiques et limitations

Système carburateur ou injection

1. Carburateur : conception, utilisation, modes de fonctionnement dégradé, indications et alarmes
2. Injection : conception, utilisation, modes de fonctionnement dégradé, indications et alarmes
3. Givrage

Systèmes de refroidissement par air

1. Conception, utilisation, modes de fonctionnement dégradé, indications et alarmes

Systèmes de lubrification

1. Lubrifiants : types, caractéristiques et limitations
2. Conception, utilisation, modes de fonctionnement dégradé, indications et alarmes

Circuits d'allumage

1. Conception, utilisation, modes de fonctionnement dégradé

Richesse

1. Définition, caractéristiques de la richesse, instruments de contrôle, commandes associées et indications

Performances et gestion du moteur

1. Performances: influence des paramètres moteur, influences des conditions atmosphériques, limitations et systèmes d'augmentation de puissance
2. Gestion moteur: réglage de la puissance et du mélange en différentes phases de vol et limitations opérationnelles

Hélices

Hélices

1. Définitions et généralités
   1. Paramètres aérodynamiques, diamètre, torsion, pas,
   2. Types
   3. Mode d’utilisation
2. Hélice à vitesse constante : principe
3. Gestion du pas de l'hélice : principe
4. Dégivrage

Panne moteur ou arrêt moteur

1. Traînée due au fonctionnement en moulinet

Moments dus au fonctionnement de l'hélice

1. Réaction au couple
2. Effet asymétrique de sillage
3. Effet asymétrique de la pale