Tout ou presque sur les reacteurs et les entrees d'air du Concorde [LONG]
Dominique Ottello
Ceci a été compilé à partir de documents des différents constructeurs
ayant participés à la fabrication de Concorde : Rolls-Royce, Ultra,
Garrett, Elliott, Sfena (CMM, Component Maintenance Manual, OHM, OverHaul
Manual) et de documents internes avec des textes en français et en
anglais.
J'ai essayé d'être objectif dans les traductions et logique dans les
explications (entrée vers sortie). Veuillez m'excuser si vous trouvez des
fautes de syntaxe ou de grammaire.
J'ai également voulu rectifier quelques erreurs fréquemment commises dans
des contributions de ce groupe de discussion.
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Les réacteurs Concorde sont des Rolls-Royce/Snecma Olympus 593-610
développant une poussée brute de 14700kg à sec et 17400kg avec réchauffe.
Le réacteur est de conception classique à deux rotors concentriques (N1 et
N2) et les parties qui le composent sont, dans l'ordre :
- entrée d'air annulaire
- compresseur basse pression (BP) à sept étages (N1)
- zone intermédiaire où sont logés les entraînements des accessoires
- compresseur haute pression (HP) à sept étages (N2)
- zone de prélèvement d'air pour les servitudes pneumatiques
- chambre de combustion de type annulaire
- turbine HP et BP à un seul étage chacune
- diffuseur avec le cône arrière sur lequel est monté la rampe d'injection
de la réchauffe
Le taux de compression est de 15/1 au décollage et de 11/1 en croisière.
Ce réacteur est de type subsonique (comme tous les réacteurs). Il ne peut
donc se satisfaire d'un écoulement d'air à vitesse supersonique. Des
dispositifs, principalement formés de convergents/divergents placés à
l'avant et à l'arrière du moteur, permettent d'adapter l'écoulement d'air
dans le réacteur pour n'importe quelle configuration avion.
Ces convergents/divergents sont non seulement conçus pour le vol à Mach 2,
mais aussi pour toute vitesse intermédiaire. Ils sont à géométrie variable
afin d'obtenir, dans tous le domaine de vol de l'appareil, un rendement
optimum.
À l'avant du réacteur, l'entrée d'air (Air Intake) à géométrie variable
composée de : Rampe Avant (Front Ramp), Rampe Arrière (Rear Ramp), Porte
de Décharge (Spill Door), Entrée Auxiliaire (Auxiliary Inlet) dont les
asservissements sont assurés par la chaîne AICS (Air Intake Control
System) composée de 8 AICU (Air Intake Control Unit) contrôlant les
positions des différents éléments, 4 AISU (Air Intake Sensors Unit)
mesurant les pressions statique et dynamique internes et l'incidence, 1
AITU (Air Intake Test Unit) vérifiant la cohérence de tout le système, 1
AIMP (Air Intake Management Panel) assurant les commandes manuelles ou
automatiques et de différents autres systèmes électroniques, mécaniques et
hydrauliques. Voir (2) pour plus de détails sur les entrées d'air.
À l'arrière du réacteur, la tuyère primaire (Primary Nozzle) qui forme un
convergent puis la tuyère secondaire (Secondary Nozzle) situé en aval qui
forme un divergent. Cette tuyère secondaire est également nommée
Paupières. Ces deux dispositifs ne peuvent être dissociés du réacteur, en
particulier la tuyère primaire qui permet, entre autres, en s'ouvrant ou
se fermant, de faire varier la pression P7 directement en aval de la
turbine et de contrôler ainsi le régime N1 et permet de se dispenser de
dispositif anti-pompage (1).
Écoulement de l'air en domaine supersonique à M 2
La vitesse d'écoulement de l'air est à M 2 au début de l'entrée d'air,
puis par le jeu des Ramp, Spill et Auxiliary, celle-ci tombe à environ M
0.5 local à l'entrée du réacteur proprement dit. Cet écoulement est traité
d'une manière classique à l'intérieur du réacteur. À la sortie des
turbines, la vitesse des gaz est d'environ 700 km/h ce qui correspond à M
0.5 local, traversée du système de réchauffe qui permet d'obtenir
éventuellement un supplément de poussée puis éjection par le convergent
divergent tuyères primaire et secondaire. La vitesse de l'écoulement est
alors, dans le plan de sortie, de 3600 km/h soit M 2.35 local. Il faut
noter qu'au passage du col sonique formé par la tuyère primaire il n'y a
pas d'onde de choc, la tuyère secondaire présentant un profil évolutif
divergent.
La tuyère primaire comprend une série de 36 pétales montés sur le pourtour
du canal d'éjection. Ces pétales sont actionnés dans le sens fermeture par
18 vérins pneumatiques alimentés avec de l'air prélevé en P3 ; les pétales
s'ouvrent automatiquement sous l'action des gaz d'échappement. Les vérins
sont commandés par la vanne NCV (Nozzle Control Valve), contrôlée par le
NTU (Nozzle Trim Unit) lui même commandé par le TCU (Throttle Control
Unit) plus familièrement appelé ECU (Engine Control Unit). Le réacteur se
conduit manettes de gaz en poussée maximum pendant quasiment tout le vol,
le travail de régulation de poussée, de limitation des régimes N1 et N2
étant assuré par l'ECU.
Les fonctions de l'ECU sont, en premier, la commande du régime N2, suivant
la position de la manette des gaz et des inverseurs ; en second, la
commande du régime N1 pour obtenir le meilleur rendement et éviter le
pompage (1).
La réchauffe permet d'augmenter la poussée de l'ensemble propulseur. Pour
chaque réacteur, cette augmentation est d'environ 18% au décollage, 15% en
accélération transsonique et 20% en régime de croisière ; ce qui procure
une poussée équivalente à presque un cinquième réacteur. La réchauffe est
utilisée au décollage, pour diminuer la distance de roulage et en
accélération transsonique entre M 0.9 et M 1.7 pour permettre à Concorde
de vaincre l'accroissement brutal de la traînée et d'atteindre rapidement
l'altitude de croisière. Le système de réchauffe est très simple, il
comprend essentiellement une rampe d'injection, un régulateur carburant et
une électronique de commande et régulation.
La tuyère secondaire a pour but d'atteindre le meilleur rendement de
détente des gaz avec une traînée aussi faible que possible, et de procurer
l'inversion de poussée (Reverse).
En altitude, pendant la croisière à M 2.05 la tuyère secondaire canalise
et accélère les gaz d'échappement, et évite ainsi leur expansion inutile
dans l'atmosphère. Ceci a pour effet de gagner une poussée importante.
La tuyère secondaire est utilisée selon quatre configurations de vol qui
sont :
- décollage avec position des paupières constantes à 21° jusqu'à M 0.55
- vol subsonique et jusqu'à M 1.1 avec paupières contrôlées
automatiquement de 21° à 0°
- vol supersonique avec paupières complètement ouvertes à 0°
- aide au freinage (Reverse) avec fermeture des paupières à 73°
Nota important : Ne pas confondre l'utilisation des paupières à 21° en
vol subsonique avec une quelconque utilisation en mode inverseur
de poussée. Bien que les paupières soit fermées à 21°, en aucun cas
cela ne freine le Concorde.
La commande des paupières est réalisée par un mécanisme pneumatique
comprenant un moteur pneumatique, des liaisons par arbres flexibles,
quatre vérins à vis et un transmetteur de position des paupières. La
commande et le contrôle des paupières sont effectués par un ensemble
électronique comprenant NASU Nozzle Angle Scheduling Unit) et NTRC (Nozzle
Thrust Reverser Controler). Le NASU reçoit la valeur de Mach en provenance
des ADC (Air Data Computer) et a une deuxième fonction qui est la
sélection des " E.SCHEDULES " des ECU.
Les indications disponibles à l'équipage pour la conduite et la
surveillance des réacteurs sont, par réacteur :
Au panneau pilote :
- les régimes N1 et N2
- le débit carburant (Fuel Flow)
- l'indicateur de température T7 (EGT ou Exhaust Gaz Temperature)
- l'indicateur de la section de tuyère primaire
Au panneau mécanicien :
- indicateurs de température et refroidissement turbines TCA
- indicateur température de carburant
- indicateurs circuit huile (pression, quantité, température)
- indicateur de pression P7
- indicateur de vibrations
Il n'y a aucune liaison mécanique entre les manettes et les moteurs ; tout
est contrôlé et commandé électriquement. Hormis pour les entrées d'air qui
n'existent pas sur les avions subsoniques, ce système fut le précurseur,
comme d'ailleurs les commandes de vol électriques, de ce qui se fait
maintenant sur les séries A318/19/20/21 et A330/340 pour les réacteurs
CFM56-5A/B et CFM56-5C : les FADEC, Full Authority Digital Engine
Control.
On pourrait également évoquer d'autres problèmes liés au passage de
subsonique vers supersonique comme :
- Recul du centre de poussée : 53% à M 0.8, 60% à M 1.0, 62% à M 1.08
qu'il a fallu compenser par déplacement du centre de gravité effectué
par des transferts de carburant. Là aussi, Concorde fut précurseur.
- Augmentation de la traînée en fonction du nombre de Mach :
coefficient 1 à M 0.8, 5 à M 1.0, 8 à M 1.15 pour redescendre vers
4 à M 1.5
(1) Pour éviter le pompage du compresseur BP, le régime N1 doit être
adapté au régime N2. Cette adaptation est réalisée par variation de la
pression P7 par la tuyère primaire. La variation de P7 n'influence
quasiment pas le régime N2 parce que les stators des turbines travaillent
en saturation. Cette variation du régime N1 est régie par la loi "
E.SCHEDULE " définie par les courbes de limite de pompage des rotors BP et
HP, par les limites de fonctionnement absolu de la tuyère primaire et les
limitations des régimes maximum N1 et N2.
(2) L'entrée d'air est équipée d'un piège à couche limite pour éviter
l'injection de celle-ci dans les réacteur (bas niveau d'énergie). Le rôle
de l'entrée d'air est d'assurer une alimentation satisfaisante du réacteur
dans tous les domaines de vol. La vitesse maximum de l'écoulement à
l'entrée du compresseur ne doit pas excéder M 0.5 local. Ce ralentissement
du flux d'air, passant d'une vitesse supersonique à une vitesse subsonique
doit être obtenu sans diminution prohibitive du rendement et est réalisé
par le fractionnement des ondes de choc, ce qui entraîne une freinage
progressif du flux.
Pour réaliser cette tâche, il a été conçu un système de commande qui fait
varier la géométrie de l'entrée d'air suivant des paramètres mesurés
localement à chaque entrée et en fonction de renseignements fournis à
partir de capteurs de pression. La principale variation de la géométrie
d'entrée d'air s'effectue au moyen des deux rampes variables. Un volet
auxiliaire articulé librement mais pourvu d'un dispositif d'amortissement
est incorporé dans la porte de décharge et fonctionne grâce à la pression
aérodynamique créée par l'aspiration du compresseur, de façon à fournir
une admission d'air auxiliaire aux basses vitesses.
Dans la configuration supersonique, les rampes s'abaissent à une position
qui fait converger sur la lèvre inférieure de l'entrée d'air les ondes de
choc créées au changement d'angle du plafond de l'entrée d'air, de plus
une onde de choc s'établit perpendiculairement à la direction de
l'écoulement d'air à mi-chemin entre les deux rampes, on dit alors que le
régime est " critique ". La position de cet ensemble d'ondes est mesurée
par le rapport entre la pression totale dans la zone au-dessus des rampes
et la pression totale du flux libre en avant de l'entrée d'air ; elle est
effectuée par les AISU. Il y a suppression progressive des ondes de choc.
Le rôle des AICU est de maintenir constamment ce régime critique. Le
fonctionnement automatique, par la chaîne AICS, des entrées d'air ne fut
effectif que plus de 18 mois après le 1er vol de concorde. Il est possible
de " piloter " les entrées d'air à la main mais c'est un travail
extrêmement prenant d'autant plus que les réactions des quatre ensembles
moteurs/entrées d'air ne sont pas identiques.
--
= Dominique Ottello = domi...@ottello-domi.nom.fr == Paris = France =
Aujourd'hui, l'idéal du progrès est remplacé par l'idéal de l'innovation :
il ne s'agit pas que ce soit mieux, il s'agit seulement que ce soit nouveau,
même si c'est pire qu'avant et cela de toute évidence. Montherlant
flex
Il y avait depuis le début un point qui me troublait : la fonction des
paupières ou tuyères secondaires sur concorde. Dans mes souvenirs leur
principale fonction n'était pas uniquement l'inversion de poussée mais
elles remplaçaient aussi les extrémités de tuyères mobiles que l'on
trouve sur les avions de chasse (Mirage etc...). Il me semble aussi
qu'en position réchauffe elles servent à écoper de l'air et à
l'injecter dans la tuyère car il ne reste pas assez d'oxygène suite à
la combustion pour permettre un fonctionnement correct de la
réchauffe. Je ne pourrais pas en dire plus car je ne connais presque
rien au fonctionnement d'un réacteur et l'explication donnée dans le
post de Dominique sera sûrement suffisant pour pas mal de personnes.
Je peux aussi être totalement dans l'erreur et j'espère que les
personnes qualifiées ici présentes me corrigerons et m'excuserons.
Dans le cas ou il y aurait une part de vérité dans mes dire, j'ai une
question: L'avion peut-il décoller avec les paupières (ou les
commandes de paupières) d'un moteur inop ? (peut-être que oui si les
commandes pour les reverses et les autres fonctions sont totalement
distinctes...)
Flex
(Qui pour une fois ose participer)
On Fri, 28 Jul 2000 17:13:02 +0200, Dominique Ottello
<domi...@ottello-domi.nom.fr> wrote:
>
>À l'arrière du réacteur, la tuyère primaire (Primary Nozzle) qui forme un
>convergent puis la tuyère secondaire (Secondary Nozzle) situé en aval qui
>forme un divergent. Cette tuyère secondaire est également nommée
>Paupières.
>
Dominique Ottello
flex <wind....@caramail.com> écrivait :
> Il y avait depuis le début un point qui me troublait : la fonction des
> paupières ou tuyères secondaires sur concorde.......
> Il me semble aussi qu'en position réchauffe elles servent à écoper
> de l'air et à l'injecter dans la tuyère car il ne reste pas assez d'oxygène
Le système de réchauffe est fixè sur le cône arrière du réacteur
proprement dit, juste avant la tuyère primaire, c'est à dire avant les
paupières. Donc, la tuyère secondaire ou paupières ne peut pas servir à
injecter de l'air.
> question: L'avion peut-il décoller avec les paupières (ou les
> commandes de paupières) d'un moteur inop ?
La meilleure réponse à faire est une réponse à la Bourvil :
" Ça dépend, .... si y'a du vent.... s'il pleut...."
Pour chaque type avion, il existe un document validé par le constructeur
et les autorités aéronautiques : la M.E.L. ou Minimum Equipement List qui
donne la liste et les conditions dans lesquelles un ou plusieurs
équipements, accessoires, matériels peut ou peuvent être désactivé ou
partiellement actif.
Une très importante partie des équipements, accessoires et matériels sont
déclarés "NOGO", c'est à dire que si celui-ci est en panne, l'avion ne
peut pas partir et devra être dépanné sur place, même s'il est en escale
et pas à la "Main base".
Pour les matériels qui ne sont pas définis NOGO, la MEL donne les
conditions et durée maximum des dérogations, appelées "tolérances
techniques ou TOL", qui doivent être déclarées et suivies.
L'application d'une TOL sur un matricule avion donné est fonction de
plusieurs critères comme : masse de l'aéronef, longueur et altitude des
pistes de décollage et d'atterrissage, conditions climatiques et météo,
etc.
Une TOL, quelle qu'elle soit, n'est que proposée par la Maintenance et le
CDB l'accepte ou ne l'accepte pas.
Dans le cas précis des reverses inactives sur 1 moteur et pour le
Concorde, je ne peut pas répondre, n'ayant pas de MEL sous la main.
> (peut-être que oui si les commandes pour les reverses et les autres
> fonctions sont totalement distinctes...)
Comme déjà expliqué dans ma contribution précédente, les tuyères
secondaires ou paupières ont pour but d'atteindre le meilleur rendement de
détente des gaz avec une traînée aussi faible que possible et de procurer
l'inversion de poussée (Reverse).
Les contrôle des paupières sont effectués par deux NASU (Nozzle Angle
Scheduling Unit) commandant quatre NTRC (Nozzle Thrust Reverser Controler)
qui commandent les vannes des moteurs pneumatiques entraînant les arbres
flexibles qui pilotent les vérins à vis assurant le déplacement des
paupières.
En mode vol, l e NASU 1 pilote les NTRC des moteurs 1 et 4 et le NASU 2
pilote les NTRC des moteurs 2 et 3.
En mode reverse pure (73°) la demande de reverse est envoyée directement
aux NTRC, ce qui permet de s'affranchir d'une éventuelle panne d'un NASU.
La commande de reverse est donc partiellement distincte des commandes
normales de fonctionnement des paupières.
--
= Dominique Ottello = domi...@ottello-domi.nom.fr = Paris = France =
= Un ordinateur sert à résoudre des problèmes =
= que nous n'aurions pas sans lui. =
flex
écrites.
MITARD Joël
> Merci pour ta réponse et mille excuses pour les bétises que j'ai
> écrites.
Ah! non! Si on commence à s'excuser à chaque fois qu'on pose une
question sans rien affirmer et avec la retenue dont tu à fait preuve,
on ne s'en sort plus!
Dominique Ottello
MITARD Joël <jmi...@free.fr> écrivait :
Et comme l'écrit Jean-Claude BELLAMY sur d'autres groupes :
"La Connaissance s'accroît quand on la partage"
--
= Dominique Ottello = domi...@ottello-domi.nom.fr = Paris = France =
Ce n'est pas parce que l'erreur se propage qu'elle devient vérité. Gandhi