Module 14 : Propulsion (B2) — Matériel d'étude

1. Aperçu du Module 14

Ce module couvre les principes fondamentaux, la construction, le fonctionnement et la maintenance des systèmes de propulsion des aéronefs, avec un accent particulier sur les systèmes et composants pertinents pour le technicien avionique B2. Le programme est divisé en domaines clés qui s'appuient les uns sur les autres :

14.1 Fondamentaux : Construction du moteur, théorie de base de la turbine à gaz, paramètres de performance du moteur et agencement des sections principales.

14.2 Systèmes de commande du moteur : Des unités hydromécaniques à la commande numérique complète du moteur (FADEC), y compris les capteurs, les actionneurs et les lois de commande.

14.3 Instrumentation du moteur et systèmes d'indication : La mesure, la transmission et l'affichage des paramètres critiques du moteur comme N1, N2, EGT, le débit de carburant et la pression d'huile.

14.4 Systèmes du moteur et protection : Systèmes d'air, de lubrification, de carburant, d'allumage et de protection incendie.

14.5/14.6 Systèmes du moteur et fonctionnement : Inverseurs de poussée, systèmes de prélèvement d'air et groupe auxiliaire de puissance (APU).

14.7 Hélices : Fondamentaux du fonctionnement des hélices, y compris les systèmes de commande comme les régulateurs à vitesse constante et la synchronisation de phase.

Le rôle du technicien B2 est fortement axé sur les aspects électriques, électroniques et numériques de ces systèmes. Ce matériel synthétise les connaissances essentielles requises pour l'examen Part-66 B2, en mettant l'accent sur les interfaces système, le traitement des signaux, le diagnostic des pannes et l'interaction entre les composants mécaniques et leurs commandes électroniques.

2. Concepts clés expliqués en détail

2.1 Fondamentaux du moteur à turbine à gaz

Le moteur à turbine à gaz fonctionne selon le cycle de Brayton. L'air est aspiré, comprimé, chauffé par combustion et détendu à travers une turbine pour produire une poussée. Les sections principales, dans l'ordre, sont :

16.Entrée d'air (admission) : Dirige l'air vers le compresseur avec une perte de pression et une distorsion minimales.

17.Compresseur : Augmente la pression de l'air. Il peut être à simple corps ou divisé en plusieurs corps (par exemple, BP et HP) pour une meilleure efficacité. Les aubes directrices d'entrée variables (VIGV) et les aubes de stator variables (VSV) sont utilisées pour éviter le décrochage et le pompage à bas régime en adaptant les angles d'écoulement d'air aux aubes du rotor.

18.Chambre de combustion : Le carburant est injecté et brûlé, ajoutant de l'énergie thermique à l'air.

19.Turbine : Extrait l'énergie du gaz chaud pour entraîner le compresseur et la soufflante. La turbine est également l'endroit où la température des gaz d'échappement (EGT) est mesurée.

20.Échappement : Le gaz restant est expulsé pour produire une poussée.

Moteurs à double flux (turbofans) : Dans un turboréacteur à double flux, une grande soufflante (faisant partie du corps BP) accélère une grande masse d'air à travers le conduit de dérivation. Cet air de dérivation produit la majeure partie de la poussée. Le flux primaire traverse le compresseur, la chambre de combustion et la turbine. La vitesse N1 est la vitesse de rotation du corps BP (soufflante), et N2 est la vitesse du corps HP. N1 est une indication principale de la poussée.

2.2 Instrumentation du moteur et systèmes d'indication

Le technicien B2 doit comprendre comment les paramètres du moteur sont mesurés et convertis en données utilisables.- Détection de vitesse (N1, N2) : Généralement mesurée par des capteurs magnétiques. Une roue dentée (roue phonique) tournant près d'une bobine génère un signal alternatif dont la fréquence est proportionnelle à la vitesse du moteur. L'unité de conditionnement du signal convertit cette fréquence en une valeur numérique pour l'affichage et pour utilisation par l'EEC. Si la bobine du capteur est en court-circuit, la tension de sortie chute à zéro, ce qui entraîne une indication de vitesse faible ou nulle. Si le capteur tombe en panne et ne produit aucun signal, la fréquence est nulle et l'affichage indiquera zéro.

Température des gaz d'échappement (EGT) : Mesurée par des thermocouples. Un thermocouple génère une petite tension proportionnelle à la température (effet Seebeck). Plusieurs sondes sont souvent connectées en parallèle pour fournir une lecture moyenne. Une lecture EGT élevée est un avertissement critique de détresse thermique, souvent causée par une condition réelle du moteur (par exemple, un événement de surchauffe) ou par un indicateur défectueux. Un circuit ouvert dans un thermocouple provoque généralement une lecture basse, tandis qu'un court-circuit peut provoquer des lectures erratiques.

Pression d'huile : Mesurée par un transmetteur de pression. Un type courant est le transmetteur à résistance variable. La résistance change avec la pression, affectant le courant dans le circuit d'indication. Un court-circuit à la masse dans ce type de transmetteur ferait chuter la résistance à zéro, ce qui entraînerait une lecture nulle sur l'indicateur. Un circuit ouvert provoquerait généralement une lecture à pleine échelle ou élevée, selon la conception du circuit.

Conditionnement du signal : Les systèmes modernes utilisent des transmetteurs avec des sorties normalisées, telles que 4-20 mA. Il s'agit d'un système linéaire où 4 mA représentent une pression nulle et 20 mA représentent la pleine échelle. Par exemple, une lecture de 12 mA est de 8 mA au-dessus du point zéro, ce qui représente 50 % de la plage de 16 mA, indiquant 50 % de la pression à pleine échelle.

Unité de surveillance des vibrations du moteur (EVMU) : Cette unité traite les signaux analogiques provenant des accéléromètres montés sur le moteur. Sa fonction principale est de filtrer, traiter et convertir ces signaux en données numériques pour le système d'indication du moteur et la surveillance de l'état de santé. Elle n'amortit pas physiquement les vibrations. Un support de capteur fissuré peut provoquer des lectures inexactes et doit être corrigé.

2.3 Commande numérique complète du moteur (FADEC)

Le FADEC est le cerveau électronique du moteur moderne. Son composant principal est le contrôleur électronique du moteur (EEC).

Fonction : L'EEC gère automatiquement le moteur, y compris le dosage du carburant et la géométrie variable, pour atteindre la poussée et l'efficacité souhaitées. Il reçoit les entrées de divers capteurs et commande les actionneurs.

Entrées clés :

Angle du levier de poussée (TLA) : La demande du pilote.

T2 (Température totale d'admission) : Utilisée pour calculer les réglages de poussée et corriger les variations de densité de l'air.

P2 (Pression d'admission) : Utilisée pour les calculs du taux de compression du moteur (EPR).

N1, N2 : Vitesses des rotors.

Température de turbine (TGT/ITT) : Pour la limitation et la surveillance.- Sorties et actionneurs clés :

Vanne de dosage carburant (FMV) : L'EEC commande la FMV via un signal électrique. La position de la vanne est détectée par un LVDT (transformateur différentiel à variation linéaire) et renvoyée à l'EEC, formant une boucle de régulation en boucle fermée. Si le moteur de couple commandant la FMV tombe en panne, la vanne est généralement rappelée par ressort vers une position de sécurité (par exemple, débit carburant minimal) pour permettre un fonctionnement sûr du moteur.

Actionneur d'aubes à calage variable (VSV) : La position est renvoyée à l'EEC via un LVDT. Si le LVDT tombe en panne, la FADEC utilise un programme par défaut ou la dernière position valide pour maintenir un fonctionnement sûr.

Lois et modes de commande :

Mode normal : L'EEC utilise tous les capteurs disponibles pour une commande à pleine autorité (par exemple, mode EPR).

Mode alterné : Si un capteur tombe en panne (par exemple, l'EPR), l'EEC se dégrade vers une loi de commande plus simple, utilisant généralement le N1 comme paramètre principal contrôlé. Le moteur reste automatique mais avec des performances réduites et des limitations opérationnelles.

Mode de secours : Dans certains systèmes, si la commande électronique est perdue, l'unité hydromécanique (HMU) peut revenir à un mode de secours mécanique fournissant un programme de carburant prédéterminé pour un fonctionnement sûr.

Architecture à double canal : Les systèmes FADEC sont généralement à double canal (A et B). Un canal est actif et l'autre est en veille. Si une panne de capteur est détectée dans le canal actif, le système bascule automatiquement la commande sur l'autre canal pour maintenir une fonctionnalité complète. La panne est stockée dans une mémoire non volatile (NVM) pour une action de maintenance. Si un canal échoue à un autotest, la première étape consiste à réinitialiser l'EEC et à relancer le test pour déterminer si la panne est intermittente. Si le défaut est spécifique à l'alimentation d'un capteur d'un canal, un problème de câblage ou de connecteur entre le capteur et ce canal est probable.

Philosophie de sécurité intégrée : Les systèmes FADEC sont conçus pour être à sécurité intégrée. Si un résolveur de TLA tombe en panne hors plage, l'EEC utilise généralement le dernier signal valide ou une valeur par défaut prédéfinie pour maintenir un niveau de poussée sûr.

2.4 Systèmes moteur

Systèmes carburant : La pompe à carburant fournit du carburant sous pression à l'unité de commande de carburant (FCU), qui dose le carburant vers la chambre de combustion. Les réchauffeurs de carburant empêchent la formation de glace qui peut obstruer les filtres. Un débitmètre à turbine est utilisé pour mesurer le débit de carburant ; des bulles d'air dans le carburant peuvent provoquer des lectures fluctuantes. Les fuites de carburant sont détectées à l'aide d'un colorant UV et d'une lampe UV.

Systèmes d'allumage : Les bougies d'allumage produisent une étincelle à haute énergie pour enflammer le mélange air-carburant au démarrage et lors du rallumage en vol. Le système utilise des excitateurs pour générer la haute tension. Les câbles des bougies d'allumage ont une résistance spécifique faible ; une résistance infinie indique un circuit ouvert, nécessitant un remplacement. La sélection « allumage croisé » ou « allumage alterné » permet de connecter l'un ou l'autre excitateur à l'une ou l'autre bougie d'allumage, offrant flexibilité et redondance. Le couple de serrage correct des bougies d'allumage est spécifié dans le manuel de maintenance moteur (EMM).

Systèmes de lubrification : Le système d'huile lubrifie et refroidit les roulements et les engrenages du moteur. Les refroidisseurs d'huile maintiennent la température de l'huile dans les limites, en utilisant le carburant ou l'air comme fluide de refroidissement.- Systèmes d'air de prélèvement : L'air de prélèvement est extrait du compresseur et utilisé pour divers systèmes de l'avion, notamment la climatisation et l'anti-givrage. La vanne de prélèvement haute pression (HPV) s'ouvre pour fournir de l'air de prélèvement depuis un étage ultérieur à plus haute pression lorsque la source de prélèvement normale (basse pression) est insuffisante (par exemple, à faible puissance ou en cas de demande élevée).

Inverseurs de poussée : Ils redirigent le flux d'échappement (ou de soufflante) vers l'avant pour fournir une poussée inverse, facilitant la décélération à l'atterrissage. Ils sont actionnés par des vérins hydrauliques commandés par des électrovannes. Le système utilise des capteurs de proximité pour indiquer la position verrouillée/déverrouillée. Si le voyant « REVERSER UNLOCKED » reste allumé après le déploiement, cela indique généralement un problème de retour de capteur, comme un capteur de proximité mal réglé ou un défaut de câblage. Si l'inverseur se déploie mais ne se range pas, un capteur de retour défectueux peut empêcher le système de terminer le cycle de rangement.

Protection incendie : Les systèmes de détection incendie utilisent des capteurs (par exemple, thermiques, à vitesse d'élévation de température, à boucle continue) pour détecter un incendie/une surchauffe et fournir des alertes. Un détecteur pneumatique à boucle continue contient un tube rempli de gaz ; lorsqu'il est chauffé, le gaz se dilate, fermant un interrupteur électrique. Les détecteurs à thermocouple génèrent une tension lorsqu'ils sont chauffés. Les systèmes d'extinction d'incendie utilisent des bouteilles d'extinction avec des amorces ; si le circuit de l'amorce est ouvert, la bouteille ne se déchargera pas et l'indicateur de décharge ne s'allumera pas. Les fonctions d'auto-test simulent une condition d'incendie sans appliquer de chaleur réelle.

Groupe auxiliaire de puissance (APU) : Une petite turbine à gaz qui fournit de l'énergie électrique et pneumatique au sol et en vol. Une condition de surchauffe pendant l'accélération est couramment causée par un mélange air/carburant trop riche, ce qui pourrait être dû à un défectueux régulateur de carburant.

2.5 Hélices

Régulateur d'hélice à vitesse constante (CSU) : Ajuste automatiquement le pas des pales de l'hélice pour maintenir un régime constant malgré les variations de puissance moteur et de vitesse anémométrique.

Mise en drapeau : Positionne les pales de l'hélice face au flux d'air, réduisant la traînée en cas de panne moteur.

Synchrophase : Ajuste la phase relative des hélices pour minimiser le bruit et les vibrations en cabine.

3. Formules, Réglementations et Procédures Importantes

3.1 Formules Clés

Sortie du transmetteur 4-20 mA : % de la pleine échelle = (Courant mesuré - 4 mA) / (20 mA - 4 mA) × 100

Fréquence-vers-vitesse : Pour les capteurs magnétiques, la vitesse est directement proportionnelle à la fréquence du signal AC généré : Vitesse (RPM) = (Fréquence (Hz) × 60) / Nombre de dents sur la roue phonique

3.2 Réglementations et Références

Règlement (UE) n° 1321/2014, Annexe III (Part-66) : Définit les exigences pour le personnel de certification. Le Module 14 est la base du programme de propulsion B2.

Part-145.A.40 : Exige que la maintenance soit effectuée conformément aux données approuvées, y compris le Manuel de Maintenance Avion (AMM) et le Manuel de Maintenance Moteur (EMM).

Instructions de Navigabilité Continue : Ce sont les instructions du fabricant pour la navigabilité continue, y compris les procédures de maintenance, de réparation et de révision. Elles sont la source principale pour les limites de dommages admissibles et les procédures de dépannage.

3.3 Procédures Clés- Inspection par boroscope : Inspection visuelle des composants internes du moteur (par exemple, compresseur, turbine, chambre de combustion) à l'aide d'un endoscope spécialisé. Les constatations doivent être comparées aux limites de dommages admissibles du manuel d'entretien moteur (EMM). Les dommages non explicitement couverts nécessitent une évaluation technique ou une consultation du fabricant.

Essai au sol du moteur : Essai fonctionnel du moteur après maintenance. Le personnel de certification doit détenir une qualification de type appropriée pour le moteur afin d'effectuer les tâches de certification, y compris les essais au sol du moteur.

Installation de l'EEC : Après l'installation d'une nouvelle EEC, celle-ci doit être configurée avec le logiciel correct et les données spécifiques au moteur (par exemple, puissance nominale, réglage) conformément au manuel d'entretien avion (AMM) avant le démarrage du moteur.

Réglage du moteur : Processus d'ajustement de l'unité de commande de carburant pour obtenir les régimes maximal et ralenti corrects. La procédure suit généralement une séquence : régime maximal, puis régime ralenti, puis vérification de l'accélération.

Isolement de panne : Processus d'identification de la cause racine d'une panne. Pour les systèmes FADEC, cela implique de suivre la procédure de dépannage approuvée dans l'AMM, qui peut inclure la vérification du câblage, de la résistance des capteurs ou de la sortie du signal. Les pannes intermittentes doivent être étudiées via des procédures approuvées ; le remplacement de composants sans confirmer la panne est contraire à la philosophie de la Part-66 et de la Part-145.

4. Relations courantes entre les concepts

N1 et poussée : Dans un turboréacteur à double flux, N1 (vitesse du fan) est l'indication principale de poussée. L'EEC utilise N1 comme paramètre de contrôle en mode alternatif.

EGT et santé de la turbine : L'EGT est un indicateur direct du stress thermique de la turbine. Une EGT élevée ou des dépassements d'EGT sont enregistrés par le système de surveillance du moteur et constituent un indicateur principal de conditions de surchauffe.

FADEC et actionneurs : L'EEC forme des systèmes de contrôle en boucle fermée avec ses actionneurs. Les actionneurs FMV et VSV disposent de capteurs de retour de position (LVDT) essentiels pour un contrôle précis. Une défaillance dans la boucle de retour entraînera le retour de l'EEC à un programme par défaut.

Défaillance de capteur et réponse FADEC : La réponse du FADEC à une défaillance de capteur est conçue pour être à sécurité intégrée. Il peut changer de canal, utiliser une valeur par défaut ou dégrader la loi de contrôle, mais il n'arrêtera pas le moteur sauf si la défaillance est critique.

Inverseur de poussée et capteurs : Le système d'inverseur de poussée repose sur des capteurs de proximité pour confirmer les positions verrouillée et déverrouillée. Un écart entre la position physique et l'indication du capteur indique une panne dans le capteur, le câblage ou l'entrée de l'EEC.

Air de prélèvement et puissance moteur : La HPV s'ouvre pour compléter l'air de prélèvement du étage basse pression lorsque le moteur est à faible puissance ou lorsque la demande est élevée, assurant une pression adéquate pour les systèmes de l'avion.

5. Points d'examen typiques- Fondamentaux du système : L'ordre correct des sections du moteur, la fonction principale du ventilateur, le but d'un inverseur de poussée et la fonction d'une CSU.

Instrumentation : Comprendre ce que N1, N2 et EGT indiquent. L'effet des circuits ouverts et courts sur les systèmes de thermocouples et de capteurs magnétiques. La relation linéaire des transmetteurs 4-20 mA.

Architecture FADEC : Le rôle de l'EEC, la fonction du FMV et de son capteur de rétroaction, le but de T2 et la réponse aux pannes de capteurs (par exemple, TLA, LVDT). Le concept de contrôle à double canal et la réponse à une panne de canal.

Logique de dépannage : La première étape correcte dans une procédure de dépannage (par exemple, vérifier le câblage, vérifier la pression hydraulique, suivre l'AMM). L'importance de comparer les résultats aux limites de dommages admissibles de l'EMM.

Procédures de sécurité : Les vérifications de sécurité critiques avant d'actionner un inverseur de poussée (par exemple, s'assurer que les verrous mécaniques sont engagés) et l'importance de la liaison et de la mise à la terre lors de la maintenance du système de carburant.

Pratiques de maintenance : L'action correcte pour un fil de bougie d'allumage ouvert, le couple correct pour les bougies d'allumage et la nécessité de configurer une nouvelle EEC avec le logiciel correct.

Systèmes spécifiques : Le fonctionnement d'un détecteur d'incendie pneumatique à boucle continue, le but d'un réchauffeur de carburant et la fonction du HPV.

Module 14 : Propulsion (B2)