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ATPL FCL 021 Motorisation / Moteurs à turbines TECHNOLOGIE DES MOTEURS A TURBINES ENTREE DAIR.

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1 ATPL FCL 021 Motorisation / Moteurs à turbines TECHNOLOGIE DES MOTEURS A TURBINES ENTREE DAIR

2 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo 2 -03/10/02 ENTREE DAIR ROLES FORMES DES ENTREES DAIR Théorème dHugoniot Forme dune entrée dair en domaine de vol subsonique Forme dune entrée dair en domaine de vol supersonique FONCTIONNEMENT DUNE ENTREE DAIR DE TYPE PITOT Généralités Détermination des dimensions dune entrée dair Raccordement aérodynamique de forme externe divergente Raccordement aérodynamique de forme externe convergente …/…

3 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo 3 -03/10/02 ENTREE DAIR ENTREES DAIR POUR LE VOL SUPERSONIQUE Généralités Comparaison choc droit et choc oblique Fonctionnement dune entrée dair à chocs multiples Différents types dentrée dair PROBLEMES POSES PAR LES ENTREES DAIR Décollements des filets dair Ingestion de corps étrangers

4 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo 4 -03/10/02 Fournir un débit dair régulier, en accord avec la demande du compresseur, quelle que soit la phase de vol. Amener lair extérieur à lentrée du compresseur avec le moins de turbulences possibles. ROLES Ralentir les filets dair pour aborder lentrée du compresseur Transformer une partie de lénergie cinétique de lécoulement en pression statique, dans le cas des vols à vitesse élevée, et ceci avec peu de pertes de charge. Cest l "effet de manche ". Réduire le niveau sonore du turboréacteur, imputable au fan, au compresseur dans son ensemble et à lécoulement dans lentrée dair. Engendrer la traînée aérodynamique la plus faible possible pour lavion.

5 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo 5 -03/10/02 Théorème dHugoniot FORMES DES ENTREES DAIR Le théorème dHugoniot établit un lien entre les variations de vitesse et de section en tenant compte de la valeur du nombre de Mach de lécoulement : Selon la valeur du nombre de Mach, supérieur à 1, inférieur à 1 ou égal à 1, on voit quil existe trois interprétations possibles.

6 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo 6 -03/10/02 Première formulation du théorème dHugoniot : En subsonique (M < 1), section et vitesse varient en sens inverse

7 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo 7 -03/10/02 Première formulation du théorème dHugoniot : En subsonique (M < 1), section et vitesse varient en sens inverse

8 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo 8 -03/10/02 Deuxième formulation du théorème dHugoniot : En supersonique (M > 1), section et vitesse varient dans le même sens

9 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo 9 -03/10/02 Deuxième formulation du théorème dHugoniot : En supersonique (M > 1), section et vitesse varient dans le même sens

10 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Troisième formulation du théorème dHugoniot : Dans le cas où M = 1, la vitesse ne peut être égale à célérité du son quen une section minimale du tube de courant

11 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Troisième formulation du théorème dHugoniot : Dans le cas où M = 1, la vitesse ne peut être égale à célérité du son quen une section minimale du tube de courant

12 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Forme des entrées dair pour le domaine de vol subsonique Mach avion en croisière = 0,8 Mach maxi en entrée compresseur = 0,5 Conclusion, lentrée dair doit assurer un ralentissement. Ceci sobtient par augmentation de la section traversée. Lentrée dair est de forme DIVERGENTE = EA de type PITOT

13 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Forme des entrées dair pour le domaine de vol subsonique Mach avion en croisière = 0,8 Mach maxi en entrée compresseur = 0,5 Conclusion, lentrée dair doit assurer un ralentissement. Ceci sobtient par augmentation de la section traversée. Lentrée dair est de forme DIVERGENTE = EA de type PITOT

14 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Forme des entrées dair pour le domaine de vol supersonique Mach avion en croisière = 2,02 Mach maxi en entrée compresseur = 0,5 Le ralentissement sobtient par diminution de la section traversée, tant que le nombre de Mach est supérieur à 1, puis par augmentation de celle-ci, lorsque le nombre de Mach devient inférieur à 1. Lentrée dair est de forme CONVERGENTE / DIVERGENTE, mais le convergent doit disparaître en vol subsonique. De ce fait, la GEOMETRIE EST VARIABLE.

15 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Forme des entrées dair pour le domaine de vol supersonique Mach avion en croisière = 2,02 Mach maxi en entrée compresseur = 0,5 Le ralentissement sobtient par diminution de la section traversée, tant que le nombre de Mach est supérieur à 1, puis par augmentation de celle-ci, lorsque le nombre de Mach devient inférieur à 1. Lentrée dair est de forme CONVERGENTE / DIVERGENTE, mais le convergent doit disparaître en vol subsonique. De ce fait, la GEOMETRIE EST VARIABLE.

16 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Lentrée dair amène les filets dair extérieurs à lentrée compresseur, ce qui se note : En vol subsonique, la masse volumique peut être considérée comme constante. Dans ce cas, léquation de continuité se résume à : FONCTIONNEMENT DUNE ENTREE DAIR DE TYPE PITOT qma = qma 1 V = vitesse à linfini amont = vitesse avion / air (TAS). S. V = 1. S 1. V 1 S. V = S 1. V 1 S 1 = section dentrée compresseur V 1 = vitesse en entrée compresseur S = section de la veine dair captée à linfini amont Généralités

17 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 De quoi dépend V 1 ? La vitesse de lair en entrée compresseur ne dépend que du régime de rotation du compresseur. Le compresseur fixe ce dont il a besoin. Exemple, le point fixe. La section de la veine dair à linfini devient le paramètre dadaptation. Sa valeur sera liée aux conditions dutilisation de lensemble avion / moteur. S = S 1. (V 1 / V ) Pour construire une entrée dair, il faut dabord déterminer ses dimensions : - sa section dentrée (S 0 ), - sa section de sortie (S 1 ) et - sa longueur.

18 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Détermination des dimensions dune entrée dair Un avion de transport doit être rentable en croisière (phase de vol la plus longue). Cest pour cette raison que lentrée dair est calculée avec les paramètres de fonctionnement croisière : Régime de rotation du moteur = V 1 fixée Vitesse de vol en croisière = V fixée Moteur de marque et modèle choisi = S 1 fixée Pour être logique, le principe retenu est le suivant : lentrée dair, en croisière, doit à elle seule, assurer le ralentissement de la masse dair de V à V 1. Ceci implique que V 0 soit exactement égale à V doù : S 0 = S 1. (V 1 / V 0 ) = S 1. (V 1 / V )

19 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Le tube de courant en amont de lentrée dair est de forme cylindrique :

20 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Raccordement aérodynamique externe de forme divergente Supposons quà partir du cas précédent, on génère un écart entre V et V 0, tel que V > V 0. Deux situations réelles sont possibles : Augmenter V en conservant V 0 constante : cela revient à mettre lavion en descente en conservant le même régime de rotation du moteur (V 1 = constante). Diminuer V 0 en conservant V constante : cette fois il faut diminuer le régime de rotation du moteur tout en conservant une vitesse avion constante. qma = qma 0 S. V = S 0. V 0 S = S 0. (V 0 / V ) Comme V > V 0, alors S < S 0, on observe alors un raccordement aérodynamique externe de forme divergente.

21 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Quand le ralentissement dans lentrée dair est insuffisant, celui-ci commence en amont :

22 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Comment se forme le divergent externe ?

23 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Comment se forme le divergent externe ?

24 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Comment se forme le divergent externe ?

25 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Comment se forme le divergent externe ?

26 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Raccordement aérodynamique externe de forme convergente Toujours à partir du fonctionnement en croisière, on génère cette fois un écart entre V et V 0, tel que V < V 0. On peut envisager, là encore, deux situations réelles : Diminuer V en conservant V 0 constante : cela revient à mettre lavion en montée en conservant le même régime de rotation du moteur (V 1 = constante). Augmenter V 0 en conservant V constante : cette fois il faut augmenter le régime de rotation du moteur tout en conservant une vitesse avion constante. qma = qma 0 S. V = S 0. V 0 S = S 0. (V 0 / V ) Comme V S 0, on observe alors un raccordement aérodynamique externe de forme convergente.

27 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Le débit dair est acquis par une augmentation de la section du tube de courant en amont :

28 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Les raccordements aérodynamiques externes convergents se rencontrent lors du décollage et de la montée, mais surtout lors des points fixes (essais moteur au sol, freins serrés ou au banc dessai). De tels raccordements sont à lorigine de plusieurs problèmes : Décollement des filets dair dans lentrée dair Lorsque le convergent externe est très prononcé, un décollement apparaît dans lentrée dair, lequel diminue la section efficace de passage. Le débit dair en entrée compresseur diminue, ce qui amènent différentes conséquences, dont la plus facile à mesurer reste la perte de poussée (environ 10% au maximum). Sur les turboréacteurs simple flux ou double flux à faible taux de dilution, le fonctionnement thermodynamique interne du moteur sera lui aussi sérieusement perturbé.

29 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02

30 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Remèdes vis à vis du décollement dans lentrée dair : Entrées dair additionnelles Celles-ci sont en fait des portes réparties à la périphérie de lentrée dair. Elles souvrent automatiquement grâce à la dépression causée par le décollement des filets dair à lintérieur de lentrée dair. Sinon, un ressort les maintient en position fermée.

31 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Remèdes vis à vis du décollement dans lentrée dair : Entrées dair additionnelles Celles-ci sont en fait des portes réparties à la périphérie de lentrée dair. Elles souvrent automatiquement grâce à la dépression causée par le décollement des filets dair à lintérieur de lentrée dair. Sinon, un ressort les maintient en position fermée.

32 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Remèdes vis à vis du décollement dans lentrée dair : Entrées dair additionnelles Convergent externe faible = EA additionnelles fermées

33 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Remèdes vis à vis du décollement dans lentrée dair : Entrées dair additionnelles Convergent externe moyen = EA additionnelles légèrement ouvertes

34 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Remèdes vis à vis du décollement dans lentrée dair : Entrées dair additionnelles Convergent externe important = EA additionnelles ouvertes

35 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Remèdes vis à vis du décollement dans lentrée dair : Mise en poussée progressive Sur les turboréacteurs double flux à fort taux de dilution, le décollement des filets dair dans lentrée dair naffecte que le flux froid. Le fonctionnement thermodynamique du moteur nest donc pas perturbé. Les entrées dair additionnelles ne sont pas indispensables, dautant plus quelles engendrent un sifflement désagréable lorsquelles sont ouvertes. Une mise en poussée progressive, en fonction de la prise de vitesse de lavion au roulage, limite le diamètre du convergent externe et ainsi les effets du décollement.

36 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Remèdes vis à vis du décollement dans lentrée dair : Entrée dair pavillon Au banc dessai, la «vitesse de lavion» sera toujours nulle. Le convergent externe sera, de ce fait, très prononcé. Lidéal, dans ce cas, est dutiliser une entrée dair adaptée à la situation, cest à dire de forme convergente.

37 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Remèdes vis à vis du décollement dans lentrée dair : Entrée dair pavillon Au banc dessai, la «vitesse de lavion» sera toujours nulle. Le convergent externe sera, de ce fait, très prononcé. Lidéal, dans ce cas, est dutiliser une entrée dair adaptée à la situation, cest à dire de forme convergente (type PAVILLON).

38 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Dépression dans le convergent externe Dans le tube de courant de forme convergente, lécoulement qui le traverse accélère et voit sa pression statique chuter. Une zone daspiration, plus ou moins étendue selon le régime de rotation du moteur, apparaît en amont de lentrée dair. Cette zone daspiration représente un réel danger pour lenvironnement aéroportuaire, le moteur et surtout le personnel. Cela implique de veiller à : Autre problème dû au raccordement externe convergent : - létat de surface de laire de point fixe et à sa solidité ; - la propreté des aires de parking ; - définir un périmètre de sécurité pour le personnel ; - lingestion de FOD (Foreign Object Damage).

39 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Définition des zones critiques et marquages associés : Zones critiques lors de la mise en route des moteurs et du ralenti sol

40 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Définition des zones critiques et marquages associés : Zones critiques lors de la mise en mouvement de lavion (départ)

41 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Définition des zones critiques et marquages associés : Marquages de la limite daspiration sur un turboréacteur

42 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Refroidissement de la masse dair dans le convergent externe Dans le tube de courant de forme convergente, lécoulement qui le traverse accélère, se détend et se refroidit. Selon le degré dhumidité de la masse dair, un givrage des lèvres de lentrée dair est possible. Ce dépôt de givre constitue un danger, en cas de séparation, pour les ailettes du compresseur. Autre problème dû au raccordement externe convergent : Cela implique dempêcher toutes formes de givrage sur les lèvres de lentrée dair, au sol comme en vol. Cest lANTIGIVRAGE ENTREE DAIR. Lantigivrage peut senvisager : électriquement, par résistances chauffantes ; pneumatiquement, par circulation dair chaud.

43 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Lantigivrage électrique de lentrée dair est communément retenu pour les turbopropulseurs, puisque les pales des hélices sont déjà dégivrées électriquement. Des bandes de résistances électriques sont insérées dans des couches de néoprène ou de fibres imprégnées de résine époxy, au niveau des lèvres de lentrée dair.

44 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 Lantigivrage pneumatique est obtenu par circulation dair chaud prélevé sur le compresseur. La vanne dalimentation de ce circuit est commandée par lintermédiaire dun interrupteur situé dans le poste de pilotage.

45 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02

46 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 FONCTIONNEMENT DUNE ENTREE DAIR DE TYPE PITOT

47 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02

48 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 ENTREES DAIR POUR LE VOL SUPERSONIQUE

49 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02

50 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 PROBLEMES POSES PAR LES ENTREES DAIR

51 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02

52 FCL021 - Motorisation : Lentrée dair : - Diapo /10/02 RECUEIL DE QCM SUR LENTRÉE DAIR


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