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 Sujet du message: Comment avionner un moteur d'automobile
MessagePosté: Jeu 04 Sep, 2008 6:45 pm 
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Bonjour,

Envisager de motoriser un avion avec un moteur d'automobile, c'est reprendre à partir de zéro le problème du calcul d'un groupe motopropulseur : il faut déterminer au moins trois paramètres :

- Le rapport du réducteur (c'est seulement si le résultat du calcul est suffisament proche de 1 qu'on pourra décider de s'en passer),
- le diamètre de l'hélice,
- le pas de l'hélice.
(En toute rigueur, il faudrait également optimiser le facteur d'activité de l'hélice - ce paramètre est comparable pour une hélice à l'allongement pour la voilure - En pratique, un facteur d'activité de 90 pour une hélice bipale donne de bons résultats pour nos petits avions)

Je vous propose une démarche (relativement) simple pour attaquer le problème.

1/ Quelle cellule veux-t-on motoriser ?

Avant même de savoir quel moteur employer, ce sont les caractéristiques de la cellule qui sont à considérer. Avionner un moteur d'automobile "dans l'absolu" n'a aucun sens !

Pour l'exemple, prenons une cellule de Saphir.
D'après sa fiche technique, c'est un avion de voyage, qui a une masse maximale de 870 kg et une vitesse de 280 km/h avec un moteur de 160 HP.

Comme c'est un avion de voyage, il faut adapter la motorisation pour la croisière.
On va déterminer le coefficient de trainée de la cellule en croisière.

On peut supposer que la vitesse de 280 km/h (=77,78 m/s)
est obtenue avec le moteur réglé 75% de sa puissance maximale, et avec une hélice de rendement 80%
(75% x 160 x 80% = 96 HP avec 1 HP = 746 watts, on obtient 71616 watts utiles)

La trainée de la cellule est égale à la traction de l'hélice dans ces conditions, soit 71616 / 77,78 = 920 Newtons

La trainée est définie comme T = 1/2 Ro S Cx V², où Ro est la densité de l'air (1,225 kg/m3)

Donc, le coefficient de trainée (SCx) est égal à (2T)/(RoV²) = (2x920)/(1.225x77,78x77,78) = 0,25 m²


2/ Quel moteur voulons-nous avionner ?
Le choix du moteur doit bien entendu être fait en relation avec la cellule sur au moins deux paramètres :
- La puissance (qui doit être suffisante pour toutes les phases du vol)
- La masse (qui ne doit pas être excessive, sous peine de réduction de la charge utile et de problèmes de centrage insurmontables)
Toujours pour l'exemple, nous envisageons de remplacer le Lycoming 0-320 de 160 CV par un moteur de Porsche 911SC, un peu plus lourd, mais développant environ 180 CV à 5000 T/min, et 75% de cette valeur, soit 135 CV en continu au même régime.

Comme on essaye de bien travailler, on va supposer un rendement hélice de 85% et un rendement réducteur de 99%

La puissance utile dont on va disposer en croisière est donc égale à :

135 x 746 x 85% x 99% = 84747 watts


3/ A quelle vitesse va-t-on voler en croisière ?

Comme cette puissance Pu est égale à la trainée multipliée par la vitesse, on a :

Pu = TxV = (1/2 Ro S Cx V²)xV = 1/2 Ro S Cx V3

Donc V est la racine cubique de 2 Pu /(Ro S Cx)

V = Racine cubique [(2 x 84747)/(1.225 x 0,25)] = 82 m/s (soit 295 km/h)

Remarque : la marge avec la VNE (340 km/h) est suffisante.


4/ Quel diamètre hélice choisir ?

Le diamètre de l'hélice détermine le rendement propulsif, c'est à dire le rendement théorique qu'aurait une hélice de profil idéal (c'est à dire sans trainée).
Plus le diamètre augmente, meilleur est le rendement propulsif, mais en même temps, la masse et l'encombrement de l'hélice augmente, ce qui est pénalisant.

Un bon compromis correspond à un rendement propulsif de 98%, qui permet d'atteindre un rendement de l'hélice réelle de 85%.
Dans ces conditions, le diamètre de l'hélice est déterminée par la formule :

D = 5,53 racine carrée [Pu / (R0 x V3)] ce qui dans notre cas donne un diamètre de 1,95 m

Remarque : C'est un peu plus que l'hélice originale de 1,80 m
Réduire le diamètre de l'hélice à cette valeur ferait tomber le rendement propulsif à 97,6% ce qui peut sembler encore acceptable, néanmoins, pour la suite du calcul on considèrera le diamètre de 1,95 m, quitte à envisager de remonter un peu l'axe de l'hélice, voire de rallonger les jambes de train, pour conserver une garde au sol suffisante.

5/ Quel rapport de réduction ?

Le rendement d'une hélice diminue rapidement quand la vitesse en bout de pale dépasse Mach 0,8 (80% de 340 m/s, soit 272 m/s)
Pour uné hélice de 1,95 m de diamètre ça correspond à une vitesse de rotation de 2664 t/min, et à un rapport de réduction de 1,877:1

Cependant, compte tenu du fait que le bruit de l'hélice est élévé à de telles vitesse en bout de pale, il est souhaitable de la limiter à Mach 0,7 (soit 238 m/s), ce qui correspond à une vitesse de rotation de 2331 t/min, et à un rapport de réduction de 2,145:1.

En pratique, un rapport de réduction autour de 2:1, qui correspond à une vitesse en bout de pale de mach 0,8 pour un régime moteur de 5330 t/min et une vitesse en bout de pale à Mach 0,7 pour un régime moteur de 4660 t/min semble raisonnable.

Pour la suite du calcul, on considère un rapport de réduction de 2:1 avec une vitesse de rotation de 2500t/min et une vitesse en bout de pale de mach 0,751 quand le moteur est à 5000 t/min

6/ Quel est le pas de l'hélice

La vitesse de vol étant de 82 m/s pour une vitesse de rotation de l'hélice de 2500 t/min, le pas pratique de l'hélice est de :
82x60/2500 = 1,968 m

Il ne faut pas confondre le pas géométrique de l'hélice et le pas pratique en croisière, mais en première approximation, on peut supposer la deuxième grandeur égale à la première.


Conclusion

Ce calcul permet de déterminer les paramètres principaux pour l'avionnage d'un moteur non aéronautique.
et les performances qu'on peut en attendre pour un point de fonctionnement

Bien entendu, il ne résout pas les problèmes de masse et de centrage...

Un autre jour, je vous proposerai un autre exemple complètement différent (un remorqueur de planeur) sur la base du même moteur...

A suivre

Bons Vols

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Dernière édition par Philippe Dejean le Mer 14 Avr, 2010 3:22 pm, édité 2 fois.

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MessagePosté: Ven 05 Sep, 2008 3:04 pm 
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Bonjour,

Comme promis dans le précédent message, je vous propose de refaire l'exercice de calcul d'un groupe motopropulseur dans le cas d'un remorqueur de planeur, avec le même moteur de Porsche 911SC développant environ 180 CV à 5000 T/min, et capable de développer 75% de cette valeur, soit 135 CV en continu au même régime.

Pour un remorqueur, le problème est complètement différent de celui de l'avion de voyage : il faut optimiser la motorisation pour la montée, dont la vitesse est imposée par la vitesse de remorquage du Planeur. Pour la suite du calcul, on prendra cette vitesse d'optimisation égale à 120 km/h (33,33 m/s)

On reprend exactement la même démarche :

1/ Quelle cellule veux-t-on motoriser ?

A ce stade de la conception du remorqueur, l'architecture de la cellule est encore inconnue. L'architecture de la cellule découlera en partie des contraintes dimensionnelles du GMP


2/ Quel moteur voulons-nous avionner ?

Comme dans le cas précédent, on essaye de tirer le meilleur du moteur Porsche 911SC avec une bonne fiabilité, on suppose un rendement hélice de 85% et un rendement réducteur de 99% à la puissance continue de 135 CV

La puissance utile dont on va disposer en remorquage est donc égale à :

Pu = 135 x 746 x 85% x 99% = 84747 watts


3/ A quelle vitesse va-t-on voler en croisière ?

La notion de croisière pour un pur remorqueur, n'a de sens que pour le convoyage avec un planeur ou seul.
La vitesse de convoyage d'un planeur est souvent limitée par le planeur à une vitesse de l'ordre de 140 km/h.
Avec une hélice optimisée pour la montée à 120 km/h, il est possible d'atteindre 140 km/h en palier, avec des tours moteur élevés, mais une faible pression d'admission.
la vitesse de convoyage seul sera pénalisée par l'adaptation de l'hélice au vol lent, mais sauf important vent de face, 140 km/h est acceptable compte tenu de la rareté de cet usage comparé à la fonction principale du remorqueur


4/ Quel diamètre hélice choisir ?

comme dans le cas précedent, on calcule le diamètre de l'hélice correspondant à un rendement propulsif de 98% :

D = 5,53 racine carrée [Pu / (R0 x V3)] ce qui dans notre cas donne un diamètre de 7,56 m

J'entends déjà les remarques sarcastiques : T'as qu'à mettre des petites ailes à un hélico, etc, etc...
Et pourtant, non, ce n'est pas une erreur de calcul, il faut bien une hélice de ce diamètre pour conserver un rendement propulsif de 98% !

Mais alors, vous demanderz-vous quel peut bien être le rendement propulsif de l'hélice d'un bon vieux remorqueur ordinaire (Lycosaure O-360 en prise directe, 180 HP à 2600 t/min) ?

A 2600 t/min, et en limitant la vitesse en bout de pale à Mach 0,72 pour ne pas se faire interdire par les riverains, on ne peut pas dépasser un diamètre hélice de 1,80 m
Avec le moteur plein gaz, et une hélice bien étudiée on a une puissance utile d'environ 120 kW
Dans ces conditions, le rendement propulsif à 33,33 m/s est de 0,726, et le rendement de l'hélice réelle de l'ordre de 0,6 à 0,65.
La traction hélice est alors de 2400 à 2600 Newtons

Ce problème de désadaptation hélice est encore plus important quand on augmente la puissance. Avec un moteur de O-540 de 235 CV, le rendement propulsif dans les même conditions tombe à 0,682 (et le rendement global de l'hélice tombe à 0,55 environ).
La traction hélice est alors d'à peine 2900 Newtons
(soit une augmentation de 16% de la traction utile pour une augmentation de puissance moteur de 31%)

Cela explique qu'en pratique un remorqueur Rallye 235CV, avec son moteur plus lourd de 50 kg sa profondeur braquée à cabrer et son hélice encore plus désadaptée ne monte pas plus vite avec un planeur que le même Rallye équipé du 180CV - La seule différence notable : une bonne dizaine de litres d'essence consommée en plus à chaque heure de vol, soit pour un potentiel moteur de 2000 heures, pas loin de 50.000 Euros (sans compter que l'échange standard du moteur est lui-même plus cher !)...

A titre de comparaison, notre moteur Porsche avionné avec une hélice de 7,56 m produirait à 120 km/h, une traction de :

84747 / 33,33 = 2542 Newtons

C'est à dire qu'il ferait aussi bien en terme de traction que le O-360 en remorquage.
Il ferait même beaucoup mieux au décollage car la traction statique de l'hélice serait très supérieure :
- traction statique au niveau de la mer du O-360 180 CV équipé d'une hélice de diamètre 1,80 m : 5600 Newtons
- traction statique au niveau de la mer du Porsche 135 CV équipé d'une hélice de diamètre 7,56 m : 11650 Newtons
Avec une traction statique plus que doublée, la distance de roulage serait réduite d'au moins un bon tiers, chose très utile sur les petits terrains...

Côté consommation, le moteur à injection Porsche limité à 135 CV consommerait facilement un bon quart d'essence en moins que le vénérable O-360 plein pot (et plein riche pour ne pas trop chauffer à basse vitesse de vol) !
C'est, à fonction comparable, une économie d'au moins 12 litres d'essence à l'heure, soit au prix de la 100 LL, 25 Euros de l'heure... (sans compter l'écart croissant entre le prix au litre de l'essence auto et de l'AVGAS ! )

Mais, une hélice dont le diamètre est à peu près égal à la longueur du fuselage, ce n'est pas facile à placer (sans parler de son poids, dans les 200 kg si elle était réalisée de manière classique, en bois)...

Voyons à quels diamètres d'hélice correspondent des rendements propulsifs décroissants :

98% -> 7,56 m
97% -> 6,11 m
96% -> 5,24 m
95% -> 4,64 m
94% -> 4,19 m
93% -> 3,84 m
92% -> 3,55 m
91% -> 3,31 m
90% -> 3,11 m

Pour la suite du calcul, nous allons choisir arbitrairement un diamètre de 4 mètres.
La vraie démarche consisterait à faire l'étude de manière itérative, jusqu'à trouver l'optimum de performance (taux de montée avec un planeur)
On peut raisonnablement supposer que l'hélice aura un rendement réel, avec son réducteur, de 80%, pour une masse de 35 kg.

Cette perte de rendement propulsif se traduit, pour maintenir une traction hélice de 2500 Newton, par une augmentation de puissance : Le moteur devra développer 140 CV en continu au lieu des 135 prévus initialement.

Il faut recalculer la traction statique au niveau de la mer du Porsche 140 CV équipé d'une hélice de diamètre 4 m : 8100 Newtons.
Il est clair que c'est nettement moins bon que les 11650 Newtons obtenus avec une hélice de 7,56 m, mais c'est encore beaucoup mieux que les 5600 Newtons obtenus avec le O-360 180 CV équipé d'une hélice de diamètre 1,80 m...


5/ Quel rapport de réduction ?

Un remorqueur devant survoler souvent les riverains de l'aérodrome, il est nécessaire de la limiter à Mach 0,7 (soit 238 m/s), ce qui correspond à une vitesse de rotation de 1136 t/min, et à un rapport de réduction de 4,4:1.


6/ Quel est le pas de l'hélice

La vitesse de vol étant de 33,33 m/s pour une vitesse de rotation de l'hélice de 1136 t/min, le pas pratique de l'hélice est de :
33,33x60/1136 = 1,760 m

Il ne faut pas confondre le pas géométrique de l'hélice et le pas pratique en croisière, mais en première approximation, on peut supposer la deuxième grandeur égale à la première.


Conclusion

Ce calcul montre que les paramètres d'optimisation du groupe motopropulseur pour une mission donnée sont déterminants pour l'étude de la cellule.

Ci-après une proposition pour un remorqueur avec une hélice de 4 m de diamètre...
Avec une telle hélice, le couple sur l'arbre serait environ le double de celui du O-360, ce qui sur un train aussi haut, nécessiterait des ailerons couvrant toute l'envergure de l'aile.
Par contre, le couple en lacet serait très faible dans la mesure où la dérive et la commande de symétrie sont réparties au dessus et au dessous de l'axe du fuselage.

De Plus, comme la trainée en "moulinet" d'une hélice est à peu près proportionnelle à la surface du disque balayé, en augmantant le diamètre de l'hélice de 1,80 m à 4m on multiplie la trainée moteur réduit par... 5 !
Cette caractéristique serait également très utile au remorqueur pour redescendre rapidement se poser auprès du planeur suivant.

Rien n'interdit d'optimiser la voilure pour arriver à des performances comparables à celle du nouveau "Remorqueur National" dérivé de la cellule du MCR4S (excellent !) d'origine Christophe Robin, et motorisé (plus ou moins à la demande du client - la fédération française de vol à voile) par un... Lycosaure O-360 en prise directe ! (Il y en a vraiment qui ont tout compris !)


Bons Vols


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MessagePosté: Sam 20 Nov, 2010 10:15 pm 
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Bonjour,

j'ai lu certaine explication sur ce post [url]http://www.avions-piel.com/ventes/topic1511.html[/url

Ces explications m'interpellent.

Je travail depuis de nombreuses années sur les moteurs et les carburants alternatif.
Je voudrais savoir pourquoi un moteur de voiture ne peut pas fonctionner à pleine puissance en continu ?
Est-ce un problème d'embiellage ? d'huile ? de refroidissement moteur ? culasse ? cylindre ? segmentation ?
Le poids est certe une contrainte. Et ce qu'il ne faut pas oublier le moteur de voiture n'est pas prévu pour la reprise du couple de traction de l'hélice ce qui ne pose pas de problème pour les moteurs réductés.
J'ai une connaissance (représentant Cummins) qui travaillait au paravent chez Renault sport. Le moment qu'il appréciait le mieux était les essais sur piste où il tournait pendant des heures à pleine charge.
Les groupes électrogènes sont également des moteurs qui peuvent tourner à pleine charge en continu.
J'ai eu connaissance à l'époque de la petite difficulté de monter un moteur de camion sur un groupe électrogène. Car sur certain moteur de camion le graissage des jupes de piston ne se faisait bien que grâce au décélération alors que les moteurs de groupe électrogène son équipé de gicleur d'huile au bas des cylindres.
Est-ce problème qui est pointé ? Je pense que sur un moteur à plat cela ne doit pas être un problème.
Concernant par exemple le moteur Porche cité dans le post, je pense que sur un circuit le moteur est largement soumis au traitement que lui imposerait l'avion.
Le débat reste ouvert

Etienne

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"La reforestation sera le signe et l'œuvre de l'authentique civilisation." Jean PAIN
Et surtout ne jamais oublier que l'on est consommateur et producteur.


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 Sujet du message: Re: Comment avionner un moteur d'automobile
MessagePosté: Mar 23 Nov, 2010 3:21 pm 
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Inscription: Mer 29 Juin, 2005 2:15 pm
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Bonjour Etienne,

Un moteur de voiture peut-il tourner à pleine puissance en continu ?
La réponse évidente est oui... jusqu'à ce qu'on se pose la question : c’est quoi la pleine puissance et dans quelles conditions on la demande au moteur.

Un moteur d'automobile coûte environ un milliard d'euro à développer du cahier des charges initial jusqu'aux études des outillages de série.
Il s'agit là d'un nouveau moteur. Si on parle de faire un moteur dérivé d'un autre existant en reprenant le même bloc, c'est nettement moins cher.

Si on compare un tel investissement au marché des avions légers, il est évident qu'aucun moteur depuis celui des Wright jusqu'au Rotax914 en passant par les productions d'Anzani, l'Antoinette, les moteurs Clerget, Potez ou même Lycoming n'a jamais fait l'objet d'une mise de fonds d'un ampleur comparable.

Si les moteurs aéronautiques sont fiables pour leur utilisation, c'est d'une part parce que leurs concepteurs ont accumulé une masse de connaissance avec la méthode de l'essai-erreur-correction, et d'autre part parce qu'ils restent bien en deçà des limites instantanées connues de cette famille de moteurs.

Ces limites dépendent d'abord du profil de fonctionnement d'un moteur, c'est à dire l'évolution du point de fonctionnement (régime, pression d'admission, puissance, inertie de la charge, température, richesse, etc...) en fonction du temps.
Il est évident que le profil de fonctionnement d'un moteur aéronautique n'a rien à voir avec celui d'un moteur automobile en ville, sur route, et même sur circuit :

Profil typique de fonctionnement d’un moteur aéronautique (avion de voyage)
Un moteur aéronautique est démarré à froid et on le laisse chauffer plusieurs minutes à un régime juste suffisant pour qu'il ne s'encrasse pas trop (1100 - 1200 t/min)
Ensuite il subit le décollage et la montée initiale : Pression d'admission maximale, régime assez élevé, mais plus près du surcouple que du surrégime, le tout avec un refroidissement plutôt insuffisant... et pendant plusieurs minutes (3 à 5)
La montée jusqu’à l’altitude de croisière est un peu moins pénible pour le moteur. La vitesse indiquée augmente (meilleur refroidissement) le régime augmente un peu et la pression d’admission descend avec celle de l’atmosphère environnante (sauf sur les moteurs « turbo-normalisés »…) mais la puissance reste tout de même à 80-85% de Pmax. La durée de cette phase est de l’ordre de 15 min.
La croisière stabilisée est le plus souvent à 75% de Pmax (quelquefois à 65%). Dans tous les cas, le refroidissement est correct, mais la richesse est réduite pour tourner « pauvre », et donc avec une température culasse et EGT élevées. Ce régime est maintenu environ 90 minutes en moyenne (300 km)
La descente représente une réduction de puissance importante. La puissance affichée tombe à 20 ou 30% de Pmax, à régime élevé, et avec un refroidissement accru. Une température suffisante est maintenue en retardant l’enrichissement en essence lié à l’augmentation de la pression atmosphérique. C’est à ce moment qu’on a le plus grand risque de crique des culasses, surtout sur les deux cylindres arrière d’un six-cylindres.
L’approche et le tour de piste font l’objet d’importantes variations de charge moteur, à vitesse et refroidissement limités.
La puissance moyenne sur l’ensemble du vol est d’environ 75% de Pmax et le régime de rotation est pour plus de 80% du temps supérieur à 85% du régime maximal.
Le TBO « potentiel » d’un moteur aéronautique varie entre 1200 et 2000 heures

Profil typique de fonctionnement d’un moteur automobile
En ville, une voiture ordinaire consomme environ 10 litres d’essence aux 100 km, à une vitesse moyenne de 30 km/h, ce qui représente une consommation horaire de 3 litres/heure.
Sur route, la consommation est de l’ordre de 7 litres d’essence aux 100 km, à une vitesse moyenne de 70 km/h, ce qui représente une consommation horaire de 5 litres/heure.
En supposant une consommation moyenne de 0,3 litre/CV/h, cela donne une puissance moyenne de 10 CV en ville et de 17 CV sur route. Ces chiffres sont probablement trop élevés car le rendement d’un moteur diminue à charge partielle). Dans tous les cas, ce sont des valeurs moyennes très faibles par rapport à la puissance maximale du moteur (entre typiquement 60 et 100 CV).
Les constructeurs le savent d’ailleurs très bien, et c’est pour cela qu’ils arrivent tous au « downsizing » -en bon français qui se respecte-. L’idée est simple : Puisque le moteur est très peu chargé, et qu’à charge partielle, il a un mauvais rendement, remplaçons-le par un moteur plus petit qui se trouvera mieux chargé, et qui consommera donc moins… Et pour les quelques pourcents du temps où il faut quand même de la puissance, on fait appel à un turbo pour faire courir le poney à la vitesse d’un pur sang !
Chez Renault, on utilise plus un 1600 pour faire 100 CV, mais un 1200… turbo.
Chez smart, le tri-cylindre de 600 cm3 est suralimenté jusqu’à 100 CV…
Chez fiat, on remplace le quatre cylindre 1200 et 1400 par un bicylindre de 875 cm3… turbo qu’on pousse déjà à 85 CV, et bientôt à 100 CV, voire plus…

D’autre part le régime d’un moteur automobile, que ce soit en ville ou sur route, ne cesse de varier, ce qui favorise le graissage, et reste en moyenne très en dessous des 80% du régime maximal.
L’équivalent du potentiel peut être estimé à 200.000 km, soit environ 4 à 5000 heures, mais à une charge moyenne très faible. (Il sera intéressant de voir la durée de vie du petit Fiat dans le temps)

En compétition, le moteur automobile peut être « poussé » beaucoup plus loin. Le problème quand on parle de "pleins gaz sur circuit", c'est qu'on est jamais dans des conditions parfaitement stabilisées. La pire condition de plein gaz d'une voiture de course (la ligne droite des Hunaudières avant la mise en place des deux chicanes - 6km représentent moins de deux minutes) Et dans les rallye-raids, même à près de 200 km/h sur une piste droite, on ne maintient pas vraiment "plein gaz" pendant des heures... Et dans ces conditions l’équivalent du TBO s’effondre à quelques jours de course (quelques centaines d’heures tout au plus)

Certains moteurs ont bien un profil de charge comparable à celui d’un moteur d’avion, ce sont ceux des groupes électrogènes. La vitesse de rotation des moteurs (3000 ou 3600 t/min suivant les pays) est maintenue constante et la charge continue varie entre 50 et 100%.
Mais outre le fait que ce sont des diesels industriels pour lesquels la puissance massique n’est pas un critère primordial, et dont le système de refroidissement est largement dimensionné, on note que la même machine est configurée pour un puissance différente selon qu’il s’agit d’un groupe de secours (bonne fiabilité de démarrage mais moins de 500 heures de fonctionnement par an) ou d’un groupe de production (5000 heures ou plus de fonctionnement par an). Dans le second cas, le groupe est détaré de 15 à 20% de puissance par rapport au premier cas.

D’après le « papier » SAE 710381 qui date de 1971, (voir image) on voit que le TBO des moteurs aéronautiques dépend directement de la vitesse moyenne piston. Si on essaie de placer un moteur moderne (le Rotax 912) sur cette figure, on trouve une vitesse moyenne piston de 11m/s qui correspond à un TBO de 1200 à 1500 heures. Ces valeurs sont confirmées par Rotax en 2010, c'est-à-dire qu’un Rotax fait aussi bien que ses aînés de 40 ans, mais pas sensiblement mieux.

L'avionnage d’un moteur automobile essence, et son utilisation continue à 75% de Pmax à 85% du régime maximal, c’est l’utiliser dans des conditions pour lesquelles il n’a pas été optimisé. Il peut le supporter un certain temps, (500 heures ?)

Avec un diesel d’automobile, c’est un peu plus insidieux. Compte tenu du couple à bas régime, il est tentant de se passer de réducteur. C’est plus simple moins lourd (voire très moche dans le cas des moteurs en ligne, mais bon !) Le régime réduit signifie une vitesse piston réduite (Super sur la courbe du TBO !).
Le problème, c’est qu’on mélange les choux et les carottes et qu’à la fin le soupe est plutôt amère : quand un moteur de 2 litres diesel turbo crache 135 CV à 2700 T/min à la puissance de décollage, on est plus à la même pression moyenne effective (BMEP en anglais) que lorsqu’on produit à peu près la même puissance avec un O-320 qui fait plus de 5 litres de cylindrée.
La BMEP est définie comme la puissance au frein divisée par la cylindrée, le tout divisé par moitié de la vitesse de rotation. C’est en gros la puissance divisée par le volume de gaz qui traverse le moteur par unité de temps.

Pour le O-360, on trouve :
160 CV, 2750 t/min, et 5,244 litres de cylindrée.
Le tout ramené en unité métrique, ça nous donne une pression moyenne effective de 993000 pascals, soit un tout petit peu moins de 10 bars

Pour le diesel de deux litres, on trouve :
135 CV, 2750 t/min et 2 litres et… 22 bars de pression moyenne effective !

Il va sans dire que les efforts mécaniques dans le moteur sont en rapport. Si on cherche un effet tribologique comparable au niveau des jupes du piston avec une BMEP de 10 bars, il faudrait avoir une vitesse piston aux alentours de 15 m/s, et pour peu que ça ait encore un sens, ça donnerait un TBO de 500 heures au maximum selon la courbe de la SAE…

500 heures, ça peut être considéré comme tout à fait satisfaisant par un amateur, compte tenu de son utilisation de l’avion et le prix des pièces automobiles. Par contre, ça ne suffit pas pour une utilisation certifiée par un service marchand (Thielert et en son temps Porsche s’y sont cassés les dents)

Mais personnellement, je choisirais plutôt un moteur aussi réussi que le 2,2 litres Honda, avec un point de fonctionnement un peu plus rapide (3000 – 3500 t/min, qui est très raisonnable en terme de vitesse moyenne piston) pour pouvoir abaisser la BMEP à une quinzaine de bars au décollage, et à 10-12 bars en croisière, ça pourrait durer beaucoup plus…
Bien sûr, ça implique un réducteur, du poids en plus, ça serait assez encombrant… il n’y a pas de miracle.

Bons vols

Philippe Dejean


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MessagePosté: Mar 23 Nov, 2010 11:11 pm 
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Bonjour,

Je te suis dans le raisonnement.
C'est pour cela que le diesel SUBARU BOXERd me plait, couple constant, vitesse max 3500 t/ mn. on s'approche de quelque chose de simple.
De plus le refroidissement liquide permet un meilleur contrôle des températures de fonctionnement du moteur.
Si il y a avionnage de ce moteur ce sera sans réducteur. Dans mon métier je travail depuis le début à la suppression des réducteurs mécanique.
J'ai pensé à quelque chose l'autre jour au volant de ma voiture qui a une boite automatique.
Que penser de l'utilisation d'un convertisseur de couple entre le moteur et l'hélice, comme c'est déja utilisé en agricole est en TP (j'avais pensé à l'hydrostatique mais trop lourd).
Imaginons !
Si l'hélice est calculer pour "développer" 150 cv à 2500 tr/mn au décollage, et que notre convertisseur "glisse" à 150 CV, notre BOXERd pourra monter dans ses tours pour développer cette puissance mais l'hélice se stabilisera à 2500 tr/mn en théorie. Lorsque l'avion va prendre de la vitesse on pourra baisser la vitesse du moteur et trouver la vitesse d'hélice/moteur de croisière avec peut-être la possibilité du "collage" mécanique du coupleur.
Un peu de gestion électronique et ça peut être "transparent" pour le pilote
Est-ce une énormité ? cela a-t-il été déja réalisé ? il est évident que l'on reste dans le domaine amateur et CNRA.
Le système est "simple" et pas lourd.

Je vais reprendre toutes tes explications car cela est au dessus de mes connaissances et mérite d'être bien assimilées.


A+

Etienne

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 Sujet du message: Re: Comment avionner un moteur d'automobile
MessagePosté: Jeu 25 Nov, 2010 5:53 pm 
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Bonjour Etienne,

1/ Je suis d'accord avec ta perception de l'intérêt du moteur Subaru Boxer B, et sur l'intérêt du refroidissement liquide, même si un responsable de l'Amirauté Britannique avait écrit dans les années 1925 :

"Le refroidissement liquide d'un moteur d'avion est aussi absurde que le refroidissement à air d'un moteur de sous-marin"

Cela n'a pas empêché que 15 à 20 ans plus tard, les avions les plus performants (P38, Spitfire, P51, Yak3, D520...) avaient tous des moteurs à refroidissement liquide, car c'est le moyen le plus efficace et le moins coûteux en traînée s'il est bien réalisé.

Deux solutions intéressantes pour la disposition du refroidissement liquide ont été mises en oeuvre par le tandem Lucas-Pennec pour leur Dieselis d'une part, et par Serge Pennec seul pour sa Gazaile d'autre part.

La première solution consiste à placer le radiateur dans un conduit d'air spécialement aménagé dans le tronçon arrière du fuselage. Ceci permet une gestion précise du refroidissement à l'aide d'un capot et de réduire au mieux la traînée de refroidissement. L'inconvénient consiste surtout en la masse supplémentaire des tuyaux de refroidissement, et du liquide qu’ils contiennent. Par contre, dans le cas d’un Super-Diamant qui risque d’avoir le nez un peu lourd avec sa motorisation diesel, c’est toujours mieux que de rajouter un lest totalement passif à la queue.

La seconde solution consiste à placer le radiateur à la place du réservoir avant, devant le tableau de bord. Le circuit de liquide est plus court et donc plus léger, le réservoir de carburant se retrouve sous les genoux du pilote et du passager avant. Dans le cas du Super Diamant, il serait peut-être possible de faire un seul réservoir en carbone qui remplace les deux réservoirs d’apex et le nouveau réservoir « sous-genoux »…


2/ En ce qui concerne le convertisseur de couple, surtout si on peut le « coller » en croisière, c’est une solution envisageable dans certains cas :

Je rappelle le fonctionnement pour les non-spécialistes : C’est un tambour avec des ailettes radiales internes fixées à un flanc du tambour qui contient sur l'autre face interne, une autre série d’ailettes radiales fixée sur un arbre secondaire coaxial au tambour. Un cinquième ou un quart du volume du tambour est rempli d’huile. Le moteur fait tourner le tambour et la charge est entraînée par l’arbre secondaire. L’huile mue par la force centrifuge plus importante côté ailettes motrices que côté ailettes menées assure la transmission du couple moteur, au prix d’un certain glissement.
Le coupleur transmet donc le couple résistant de la charge au moteur, la vitesse de rotation de l’arbre mené pouvant varier de zéro à presque 100% de la vitesse de rotation du moteur.
Ce qui fait souvent faux sens, c'est qu'il s'agit d'un transfert de couple, non de puissance… (autrement dit, à vitesse stabilisée, le couple en sortie n'est jamais supérieur - ni inférieur - à celui en entrée...)

Le couple étant intégralement transmis, le rendement énergétique du système varie donc comme le rapport :
(Vitesse arbre mené) / (Vitesse arbre menant)

Sur une boite vitesse automatique de voiture, ce système remplace l’embrayage et assure la progressivité du rapport de transmission.
Dans certain cas, un embrayage à friction permet de solidariser des deux parties du coupleur hydraulique qui devient alors transparent (glissement nul)

Si la charge est une hélice d’avion, on peut utiliser le moteur avec l’embrayage collé en croisière (coupleur transparent), donc à un régime relativement lent compatible avec la puissance de croisière…
Pour le décollage et la montée on a besoin de plus de puissance. Comme la vitesse air est plus faible, si on fait tourner l’hélice au même régime, elle absorbera plus de puissance en augmentant son couple résistant. On débraye alors le système pour que le coupleur hydraulique laisse tourner le moteur plus vite que l’hélice.

Cela suppose que le moteur se trouve sur la partie croissante de sa courbe de couple.
Ce sera le cas pour un moteur à essence « pointu », comme un moteur de moto, en prenant des tours, le moteur se rapproche de son régime de couple maxi, et cette augmentation de couple disponible peut être transmise à la charge, quitte à perdre la puissance correspondant au glissement accru, le bilan de régime hélice constant par couple accru correspond bien à une puissance supérieure transmise à l’hélice.
Par contre pour un moteur bien « coupleux » comme, au hasard, un diesel de deux litres dont le régime de couple maximum (1800-2400t/min) est bien en dessous du régime hélice de 2750 t/min, alors l’ouverture de l’embrayage ne se traduira par aucune augmentation du régime de rotation moteur et l’hélice ne pourra que ralentir puisqu’il lui manquera l’énergie inévitablement perdue dans le glissement du coupleur.
On ne gagne alors rien à utiliser un coupleur hydraulique. :akuma:

Pour avionner le moteur Subaru Boxer B, on ne peut pas augmenter le couple (sous peine de Gros problèmes :ablow: ), par contre on peut le faire tourner plus vite…

Pour quantifier ce qu’on peut faire, je ferai un petit calcul sur le rendement propulsif demain. :bye1:

Bons Vols

Philippe Dejean

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MessagePosté: Jeu 25 Nov, 2010 8:59 pm 
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Bonjour,

attention ne pas confondre coupleur hydraulique et convertisseur de couple.

Ce que tu explique et le coupleur hydrauliquehttp://philippe.boursin.perso.sfr.fr/pdgbva2.htm#principe1
sans intérêt dans notre application, mais le convertisseur de couple qui est aujourd'hui monté sur les BVA et bien un multiplicateur de couple http://philippe.boursin.perso.sfr.fr/pdgbva2.htm#fonction1.
Ce dont je ne suis pas sûr c'est de la durée de vie d'un convertisseur de couple lorsqu'il glisse.
Mais comme tu l'explique la demande de pleine puissance est relativement courte décollage et montée initiale.

Toujours en prenant comme base le BOXERd
Image

Au décollage
le moteur est au maxi 3500 tr/mn 150 cv couple 280N/m
L'hélice calculée pour 150 cv 2700 t/mn devrait se stabiliser car le convertisseur glisse

en croisière
le moteur et ramener par ex. à 2400 tr/mn (a calculer)
l'hélice se cale sur cette vitesse le convertisseur peut être coléhttp://www.agric-old.fr/Dfendt/Html-2/Fendt/fdt010.php

Voila voila Philippe. Comme j'ai constaté que tu avait un grande capacité ET connaissance dans tout ces calculs je te laisse avec mes élucubrations. Mais j'ai le sentiment (l'intuition) que mon idée n'est pas trop mauvaise.

J'attends de pouvoir mettre la main sur un moteur pour commencer des essais sur banc.

A+

Etienne

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 Sujet du message: Re: Comment avionner un moteur d'automobile
MessagePosté: Ven 26 Nov, 2010 4:59 pm 
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Bonjour Etienne,

Excuses mon inculture technique, :oops: je connaissais que le coupleur et toutes ses variantes complexes utilisées dans nos centrales (notemment cette "usine à gaz" que peut devenir le VORECON dans certaines versions ):

http://www.voith.fr/vt_france_fr_nosproduits.php

mais pas le convertisseur de couple :

http://www.voithturbo.com/media/wandler_rz_702_e.pdf

Dans tous les cas, ces produits industriels sont d'une robustesse qui va bien au dela du TBO de nos petits moteurs, par contre la légèreté n'est pas au rendez-vous !

L'astuce du convertisseur de couple, c'est que la pièce supplémentaire, le stator, exerce un couple de réaction sur une partie fixe à travers une roue libre et que par voie de conséquence la relation d'égalité des couples des deux parties du coupleur simple est rompue.

Est-utilisable pour un GMP d'avion, et si oui est-intéressant ?

En lisant la description de l'article de Philippe Boursin,

http://philippe.boursin.perso.sfr.fr/pd ... #fonction1

j'ai noté :

" Tout comme un levier s'appuie sur son point fixe pour transformer les valeurs des forces s'exerçant sur ses extrémités, le liquide utilise le stator comme point fixe pour multiplier la valeur du couple moteur.
Dans ces conditions, on obtient une multiplication du couple moteur variant de 2,29/1 quand la turbine est immobile (véhicule à l'arrêt) à 1/1 lorsque la turbine atteint environ 90 % de la vitesse de l'aubage d'entrée.
Lorsque cette valeur est atteinte, l'angle du fluide à la sortie de la turbine est tel que le stator est entraîné dans le même sens que les turbine et pompe.

Ce convertisseur devient un simple coupleur, il n'y a plus multiplication du couple. "

De cette description, je déduis que le glissement nominal est dans le gamme des 10% (100% - 90%), et qu'en terme de puissance, le rendement est de l'ordre de 90%.

En croisière, la puissance hélice sera de l'ordre de 75% de 150 CV, soit 112,5 CV à la vitesse de rotation de 2700 t/min et donc un couple de 293 Nm.

Un glissement en mode coupleur de 10% impliquerait côté moteur, le même couple de 293 Nm, une puissance accrue de 10% donc 123,75 CV à la vitesse elle-même accrue de 2970 t/min.

Ton moteur pourrait le supporter, mais le coupleur chaufferait et c'est une gabegie énergétique : il faut solidariser le coupleur en croisière pour garder les conditions hélices au niveau du moteur.

Au décollage, on peut essayer de raisonner à l'envers en supposant le convertisseur parfaitement adapté à ton usage.

Ton moteur "crache" ses 150 CV au régime où il est le plus à l'aise pour le faire 3500 t/min. Le couple moteur est de 301 Nm.

L'hélice, elle tourne à 2750 t/min à la vitesse de décollage et de montée initiale. Dans ces conditions, elle absorbe la puissance fournie par le moteur, soit 150 CV, moins les pertes du convertisseur de couple (10% soit 15 CV), c'est à dire 135 CV, et le couple est alors de 351 Nm c'est à dire grosso-modo ce que peut sortir le moteur à 2750 t/min...

Ce que je me dis, c'est qu'on peut éviter le convertisseur de couple et faire un peu mieux en faisant tourner l'hélice un peu plus vite, par exemple à 3000 t/min.

Toujours d'après ton diagramme, à 3000 t/min, le moteur a un couple maximal de 325 Nm, ce qui fait 139 CV, tout en laissant le couple avec une marge de 25 Nm par rapport à son maximum.

A 2750 t/min, tu pouvais utiliser une hélice de diamètre maximal 1,89 m (Mach 0,8 en bout de pale), un diamètre plus raisonnable de 1,77 m (Mach 0,75), ou même de 1,65 m (Mach 0,7) pour réduire le bruit au maximum.

A 3000 t/min, l'hélice doit être plus petite respectivement, 1,73 m, 1,62 m et 1,51 m.

Cela se traduit par une légère perte de rendement propulsif théorique (hélice parfaite) :

Avec une hélice de 1,73 m au lieu de 1,89 m le Rp passe de 0,9930 à 0,9924 en croisière et de 0,9654 à 0,9624 en montée.
Avec une hélice de 1,62 m au lieu de 1,77 m le Rp passe de 0,9926 à 0,9919 en croisière et de 0,9632 à 0,9600 en montée.
Avec une hélice de 1,51 m au lieu de 1,65 m le Rp passe de 0,9920 à 0,9913 en croisière et de 0,9607 à 0,9574 en montée.

Ces chiffres montrent bien une dégradation, mais elle de dépasse pas 1 pour mille en croisière et 3 pour mille en montée.
Le rendement d'un hélice réelle est loin d'égaler le rendement propulsif théorique qui constitue une limite physique (comme la loi de carnot pour les moteurs)

Une bonne part de l'énergie est perdue en frottement de l'air sur les pales, en tourbillons marginaux en bout de pale, et en rotation du flux d'air derrière l'hélice.

En pratique une hélice bipale peut atteindre 85% à son point d'adaptation,
Une tripale peut atteindre 86%
Une paire d'hélices quadripales coaxiales contrarotatives (qui annulle la rotation du flux) est connue pour atteindre 94 %

Dès qu'on s'éloigne du point d'adaptation, le rendement diminue et en pratique il faut plutôt compter sur une plage à 80% de rendement autour de la vitesse de croisière et 70% en montée pour une hélice bipale à pas fixe.

Il y a donc beaucoup à gagner avec une bonne adaptation hélice.

C'est pourquoi je pense qu'il y aurait beaucoup plus à gagner à mettre une hélice tripale de diamètre 1,62 m à pas variable en prise directe, plutôt qu'un convertisseur de couple et une hélice bipale de 1,77 m à pas fixe :

- Dans le premier cas, au décollage, le moteur tourne à 3000 t/min, ce qui permet de produire 139 CV. Par l'adaptation du pas, on peut estimer le rendement hélice de l'ordre de 75-80% au moment de la rotation, ce qui donne une puissance utile comprise entre 77 et 82 kW. En croisière, où le faible diamètre de l'hélice est le moins pénalisant, on peut bénéficier d'un rendement hélice de 83-84%, à un régime qui peut être adapté au mieux pour réduire la consommation du moteur qui produit (forfaitairement) 75% de 150 CV, soit 112,5 CV. La puissance utile est alors d'environ 69 kW.

- Dans le second cas, avec une hélice bipale optimisée pour la croisière au régime de 2700 t/min, le moteur en prise directe (convertisseur bloqué transparent) développe sans problème les 112,5 CV voulus et son rendement optimal est aquivalent à l'hélice à pas variable, soit 83-84%. La puissance utile est donc la même : 69 kW. Au décollage, par contre, les conditions sont différentes. Le moteur développe ses 150 CV à un régime de 3500 t/min. De son côté, l'hélice à pas fixe se stabilise à la vitesse où (en fonction de la vitesse et de la densité de l'air), elle consomme la puissance disponible sur l'arbre, soit 135 CV (150 CV moins les dix pourcents perdus dans le glissement du convertisseur). Avec un rendement dans ces conditions de 70% environ (pas trop grand) au moment de la rotation, la puissance utile est alors de l'ordre de 70 kW.

- Si on met une hélice de pas plus petit pour améliorer les performances au décollage et en montée, on peut améliorer le rendement et égaler les 77 à 82 kW de puissance utile qu'on obtiendrait avec l'hélice à pas variable, mais en croisière, l'hélice aurait un pas trop petit, et son diamètre interdirait de tourner plus vite que 2700 t/min. La puissance absorbée par l'hélice "moulinant dans le vide tomberait à une valeur beaucoup plus faible (de l'ordre de 60 kW). Le rendement dans ces conditions serait assez bon (80%), mais la puissance utile serait limitée à environ 50 kW, ce qui donnerait une vitesse de croisière pour le Super-Diamant qui passerait de 230 km/h à 230 x (50/69)^(1/3) = 206 km/h.
Il est évident que cette solution serait économique : en supposant une consommatition de 225 g/kWh (ce n'est par irréaliste, on peut descendre à 210 g/kWh avec ce genre de moteur), stabilisé à 60 kW (81,5 CV) à 2700 t/min, le moteur ne consommerait que 13,5 kg (soit un peu moins de 16 litres de gazole à l'heure, ou environ 7,7 litres / 100 km) et ne fatiguerait pas trop non plus, mais c'est au prix d'une certaine réduction de performance...

Le petit calcul "coin de table" et un peu "pifométrique" concernant les hélices mériterait d'être affiné, et le bilan de poids entre la solution à convertisseur de couple et celle à hélice à pas variable restent à faire...
Mais il me semble que la solution qui consiste à tourner un peu plus vite et d'adapter le pas est plus performante que celle de la grande hélice à pas fixe avec un convertisseur de couple pour les basses vitesses.
En terme de facilité de pilotage, les deux solutions doivent se valoir car "un peu d'électronique" peut aussi bien gérer l'ensemble (variation de pas - injection diesel) que l'ensemble (convertisseur de couple - injection diesel). Le système sans convertisseur ayant besoin d'un capteur en moins puisque là, il n'y a pas de différence entre les tours hélice et les tours moteur.

Ce petit calcul montre aussi que dès qu'on accepte un certain "détarage" d'un moteur, comme dans le cas de l'hélice petit pas, on perd certes en performances, mais on gagne en souplesse de solutions. Dans l'exemple ci dessus le moteur est utilisé à 60 kW continus en croisière. Il est donc équivalent d'un moteur de 80 kW (108 CV) utilisé à 75%.
Or on voit sur la courbe du moteur Subaru qu'il peut fournir ces 80 kW dès 2300 t/min, ce qui est suffisamment bas pour entraîner au moment du décollage, une hélice adaptée pour la croisière...
(Conclusion : en prise directe, le subaru remplacerait facilement un O-235, en consommant 16 litre de gazole à l'heure en croisière et 21 litre à l'heure pleins gaz)

Pour remplacer directement un O-320, la solution la plus évidente serait de le faire tourner plus vite avec un réducteur de rapport 5/7 environ. Quand l'hélice tourne à 2500 t/min, le moteur tourne à 3500 t/min. Les 150 CV sont disponibles à 2500 t/min hélice pour le décollage, et en croisière à 75%, le couple résistant vu par le moteur qui tourne à 3500 t/min est alors de 226 Nm.
Dans ces conditions de croisière la vitesse moyenne piston n'est encore que de 10 m/s, mais la pression moyenne effective tombe à 14,4 bars, ce qui laisse augurer d'un bon TBO.
Pour cette configuration, la consommation serait d'un peu moins de 22 litres de gazole à l'heure en croisière et de 29 litres à l'heure pleins gaz.
(A titre de comparaison, le O-320 consomme respectivement 30 et 40 litres/heure d'essence 100LL pour le même usage.)

Pour une autonomie brute de 5 heures de croisière (réserves à déduire en pratique), le O-320 doit partir avec 105 à 110 kg d'essence dans un réservoir de contenance au moins égale à 150 litres.
Pour la même autonomie brute de 5 heures de croisière, le subaru réducté devrait partir avec 93 kg de gazole dans un réservoir de contenance au moins égale à 110 litres.

Outre le fait qu'un réservoir de 110 litres peut être plus léger qu'un réservoir de 150 litres d'au moins 2,5 kg, l'avion décollerait avec une masse de carburant réduite de 15 kg. Sur la totalité du vol, l'écart de masse est en moyenne de la moitié, soit 7,5 kg. Le Subaru Diesel avionné peut donc être un dizaine de kilos plus lourd que le O-320 sans que cela soit pénalisant sur l'ensemble du vol, et il reste alors un allègement supplémentaire de 7,5 kg avec les pleins pour améliorer les performances lors du décollage.

La consommation kilométrique en croisière rapide (230 km/h) du Super Diamant équipé d'un Subaru Diesel est donc de 22 x 100/230 = 9,6 litres / 100 km.
Bien sûr, il est toujours possible de réduire les gaz pour se retrouver dans une configuration où les tours moteurs sont réduits d'environ 8% (3220 t/min moteur au lieu de 3500 ; 2300 t/min hélice au lieu de 2500) et la pression moyenne effective réduite d'un quinzaine de pourcents (12,25 bars au lieu de 14,4) , pour se retrouver avec des performances proche de celle calculée pour la configuration "prise directe-petit pas" : 206 km/h - 7,7 litres / 100 km)

Ce qui différencie principalement la motorisation diesel de la motorisation "essence", c'est l'écart de rendement à charge partielle : Alors que le rendement d'un moteur à essence diminue rapidement à charge partielle, le diesel a un rendement proche de l'optimal sur une large plage de charge. (Voir figure)

Il est donc plus intéressant de voler en "croisière économique" avec une motorisation diesel qu'avec une motorisation essence.
Cette caractéristique devrait également être prise en compte pour calculer les réserves de carburants à l'arrivée : La quantité de carburant nécessaire pour attendre en "tournant en rond" une autorisation de se poser est beaucoup faible avec une motorisation diesel qu'avec une motorisation essence.

Comment choisir entre les diverses solutions

Il n'y a pas de bonne solution universelle.

- Pour un avion lent, comme un remorqueur, l'adaptation hélice impose un grand diamètre et donc systématiquement un réducteur. l'optimisation du couple hélice-réducteur et la faible gamme de vitesse rendent la pas variable inutile.

- Pour un avion rapide, comme un CP80, une hélice de petit diamètre en prise directe a un bon rendement et permet de faire tourner le moteur à son meilleur régime. L'hélice à pas variable permet des performances un peu supérieures, mais l'hélice à pas fixe est la solution à la fois la plus légère, la plus fiable et la moins couteuse... et le moteur est largement assez puissant.

- Pour un avion "intermédiaire" comme le Super-Diamant, le problème est plus complexe et différentes solutions se défendent.
o Le réducteur permet au Subaru de remplacer le O-320 sans pertes de performances.
o Une hélice à pas variable (électrique) de diamètre réduit exploite au mieux la puissance moteur sur une large gamme de vitesse et conserve la vitesse de croisière.
o L'hélice petit pas (en prise directe ou avec convertisseur de couple) entraine une réduction de vitesse de croisière, mais une économie de carburant.

Bons Vols

Philippe Dejean


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MessagePosté: Mar 04 Jan, 2011 10:34 pm 
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Bonjour et bonne année,

Je reviens sur les différences moteur avion/moteur voiture.
Pour moi, un moteur est un moteur qu'il soit avion, routier ou industriel.
Le fonctionnement est le même.

Je ne comprend pas pourquoi il faut "déclaser" de 75% la puissance d'un moteur routier pour l'avionner.

Si je me réfère à mon humble expérience, il y a une grosse différence entre un moteur industriel et un moteur routier par le fait que le moteur industriel est toujours limité dans sont régime maxi (par ex 1800tr/mn pour un industriel/2400 tr/mn pour un poids lourd, tient 75%!!!) lors que le moteur routier non.
Le parallèle avec un moteur hydraulique peut être fait.
Lorsque l'on calcul la durée de vie espérée d'un moteur hydraulique, trois paramètres sont prix en compte : la vitesse de rotation, la pression de service, et les charges axiales. Lorsque l'on prend les caractéristique d'un moteur hydraulique on a sa vitesse max, sa pression max, et les charges axial max est sa puissance max. Au vue des ces quatres caractéristiques on s'aperçoit que la puissance max est très largement inférieur à la puissance que l'on obtient en utilisant la pression max et la vitesse max.

Pour un moteur routier avionner on parle de déclassement car je pense que l'on va volontairement diminuer la vitesse max et par conséquent la puissance max( comme pour un moteur industriel), par contre on garde le couple, car (si je suis ma pensée) pour obtenir un rapport poids/puissance favorable on ne va pas en plus dégrader le couple.
Peut'être une différence sur la conception du carter pour le rendre léger et résistant.
Je pense qu'un moteur d'avion est plus proche d'un moteur industriel que d'un moteur routier.
Ce qui me convainc dans l'utilisation du moteur BOXERd de SUBARU c'est que l'on est bien en dessous de sa puissance max puisque de nombreux utilisateurs (forum SUBARU diesel) font modifier (par SUBARU) la cartographie de leurs moteurs pour obtenir jusqu'à 180 cv de puissance, non sans problème !! (je n'est pas encore cherché à savoir si s'était par élévation du couple ou augmentation du régime max).
Dans mon principe d'utilisation du moteur BOXERd nous nous rapprochons d'une utilisation "industriel" du moteur par un régime max suffisamment inférieur à son maximum.

Reste toujours à obtenir un BOXERd. Je recherche un véhicule accidenté récent pour récupérer l'ensemble moteur électronique et divers.

A bientôt de se voir ?? lors de la fute visite de Lucien et Claude ?

Bien sincèrement

Etienne

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 Sujet du message: Re: Comment avionner un moteur d'automobile
MessagePosté: Ven 07 Jan, 2011 6:44 pm 
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Bonjour Etienne et bonne année à tous,

Il y a un paquet de questions dans ton message !

Je vais essayer de ne pas en oublier même si j'y réponds dans le désordre (dans un but de clarté)

"Pour moi, un moteur est un moteur qu'il soit avion, routier ou industriel. Le fonctionnement est le même."

Oui, bien sûr!

Mais je pourrais te paraphraser en écrivant :

"Pour moi, un arbre est un arbre qu'il soit araucaria, palmier ou bouleau. Le fonctionnement (racines, capillarité, photosynthèse, etc) est le même."

ça ne serait pas faux, mais de là à faire pousser un palmier à l'air libre au milieu de la forêt Norvégienne, il y a un sacré pas à franchir !


Un moteur est conçu à partir d'un cahier des charges dans lequel figurent la fonction qu'il doit remplir (régime et profil de puissance dans le temps) et la durée de vie attendue.

- pour un moteur industriel, on définit une puissance maximale continue qu'il devra pouvoir fournir pendant une durée de vie (entre reconstructions partielles) qui se chiffre en milliers d'heures (de 5.000 à 50.000 heures environ).
La durée de vie définit, pour une technonogie donnée, une plage de vitesse moyenne piston et de pression moyenne effective.
La vitesse de rotation est définie par la charge à entrainer, sachant qu'il s'agit souvent d'un alternateur, ou d'un équipement conçu pour être aussi entrainé par un moteur éléctrique.
En Amérique où le réseau est à 60 Hz, les vitesses courantes sont 3600, 1800, 1200, 900, 720, 600 t/min
En Europe où le réseau est à 50 Hz, les vitesses courantes sont 3000, 1500, 1000, 750, 600 t/min
Il est évident qu'un moteur prévu pour tourner à 1800 t/min, pourra aussi tourner à 1500 t/min (au même couple, donc à une puissance réduite de 20%)

La vitesse piston choisie en fonction de la durée de vie et la vitesse de rotation définissent la course du piston et donc une gamme d'alésage possible. Comme la pression moyenne effective est elle-aussi fixée, la puissance nominale définit le nombre de cylindres (de 1 à 16, voire 20)
Si la puissance voulue est plus faible, il n'y a aucun problème à construire un moteur plus petit (qui aura donc une vitesse piston plus faible). Par contre, si la puissance voulue est plus élevée, faire un moteur plus gros implique de faire tourner le moteur moins vite.

Toutes choses égales par ailleurs, si X est la limite de puissance d'un moteur V16 tournant à 1800 t/min, on peut construire un V16 tournant 1200 t/min ayant une course 50% plus grande sans augmenter la vitesse piston. Si la course est 50% plus grande, c'est également le cas de l'alésage, et la cylindrée est donc 1,5 x 1,5 x 1,5 = 3,375 fois celle du moteur qui tournait à 1800 t/min
En gardant la même pression moyenne effective, et en comptant que le régime de rotation a diminué, on arrive à ce que la limite de puissance d'un moteur V16 tournant à 1200 t/min est 3,375 / 1,5 = 2,25 fois celle du V16 tournant à 1800 t/min.

C'est avec ce genre de considérations qu'on définit les gammes de moteurs industriels. Bien sûr, si on veut faire un groupe électrogène de secours dont la durée de fonctionnement est limitée, on pourra augmenter considérablement à la fois la pression moyenne effective et la vitesse piston, mais le raisonnement reste valable.


- pour un moteur routier issu d'un moteur industriel (gros camion américain), le cahier des charges change dans la mesure où la charge moyenne (camion lancé sur autoroute) est beaucoup plus faible que la puissance maximale continue. Pour éviter le glaçage des cylindres à cause d'un puissance trop faible, on met un moteur relativement petit, qu'on "pousse" à un régime et une pression moyenne effective relativement plus grande pendant les quelques pourcents du temps où il y a réellement besoin de puissance (montée d'un col). Cette sollicitation accrue consomme de la durée de vie, mais cela reste suffisament rare pour ne pas réduire cette durée de vie en dessous des 10.000 heures ou 600.000 km qui seraient considérés comme inacceptables.

- pour un moteur purement routier (une voiture diesel) le raisonnement ci-dessus est le même, mais poussé beaucoup plus loin. La durée de vie est réduite (si le bon étét de la caisse le justifie, on trouve assez normal d'ouvrir le moteur à 300.000 km) D'autre part, la puissance d'une voiture ramenée à sa masse étant plus importante que celle d'un camion, la charge moyenne du moteur ramené à sa puissance maximale est encore plus faible. Le moteur est donc calculé pour cette charge, et même s'il est capable de produire "un certain temps" cette puissance en continu, l'usure qui en découle n'a rien à voir avec celle qui acceptable pour un moteur industriel à sa pleine charge.

D'ailleurs quand un moteur industriel est dérivé d'un moteur routier, le constructeur taille sérieusement dans les performances. Par exemple, le 1.9 TDI de VAG, qui a été décliné sous toutes formes de versions de 90 à 150 CV (et "préparé" couramment à 180 CV) a été décliné en moteur marin et industriel pour une puissance de... 60 à 65 CV !


Il ne faut pas nécessairement "déclasser" de 75% la puissance d'un moteur routier pour l'avionner... c'est juste que si on ne le fait pas, il risque d'être "rincé" en quelques centaines d'heures.

Pour un avionnage fait industriellement, à un prix peu différent de celui d'une motorisation d'origine aéronautique qui tient entre 1500 et 2000 heures, c'est inacceptable !
Par contre, compte tenu du prix d'un échange standard d'un moteur automobile, et du rapport poids puissance, un amateur peut se considérer gagnant à jouer ce jeu là : Même en volant 60 heures par an en moyenne, six cents heures c'est une dizaine d'années de vol derrière "son" moteur.

Comment faire un moteur d'avion puissant et fiable ?

Ce qui use le moteur, c'est la vitesse moyenne des pistons. Sur un moteur à essence qui a de la puissance entre 5000 et 6000 t/min, c'est un problème. Sur un diesel automobile entre 3500 et 4000 t/min, on voit que la vitesse moyenne piston est de l'ordre de 10 m/s : C'est tout bon.

Ce qui casse le moteur, c'est le manque de refroidissement et le sur-couple.
Les préparateurs de moteurs jouent sur la cartographie pour augmenter la puissance, mais aussi les reprises, et donc augmentent le couple sur toute la plage utile de régime. Ce faisant, ils rognent sur la marge constructive de fatigue du métal.

Casser un moteur n'a pas les mêmes conséquences sur la route qu'en survolant une forêt ou une montagne !
Pour nous, il est donc indispensable de ne pas "sonner" notre vilebrequin ou nos bielles. Donc il ne faut pas dépasser le couple maxi . (350 Nm dans le cas du Subaru)

Par contre, on peut le faire tourner vite, pour peu qu'on ait un réducteur.
Donc, si on veut préparer un moteur Subaru pour la plus grande puissance, on aurait "droit" à 350 Nm à 3600 t/min (377 rd/s), ce qui fait 131.947 watts, ou encore 176 HP !

Ce qui nous sauve, nous pilotes d'avion à hélices à pas fixes, c'est que le couple résistant de l'hélice (à recul constant) augmente comme le carré du régime de rotation.
C'est à dire que si on dimensionne l'hélice pour qu'elle absorbe en montée (à travers son réducteur) 350 Nm à 3600 t/min, elle n'absorbera plus que 210 Nm à 3000 t/min avec le même recul par tour...


Tu écris :
Dans mon principe d'utilisation du moteur BOXERd nous nous rapprochons d'une utilisation "industriel" du moteur par un régime max suffisamment inférieur à son maximum.

Le risque que je vois dans ton approche (sans réducteur) c'est de devoir augmenter le couple pour tourner lentement...
Tu gagnerais peut-être un peu sur l'usure (et ça reste à prouver !) mais en perdant à coup sûr sur la fatigue des pièces mécaniques.
A mon humble avis, c'est le contraire qu'il faudrait faire.


A Bientôt

Bons Vols

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 Sujet du message: Re: Comment avionner un moteur d'automobile
MessagePosté: Ven 07 Jan, 2011 9:01 pm 
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Bonjour,

Je suis totalement d'accord avec toi.

Il n'est pas question, pour mon avionnage BOXERd, de gagner de la puissance en augmentant le couple. Ce qui est fait entre autre dans les préparation sport.
Je suis d'accord sur le fait que la vitesse linéaire piston conditionne la durée de vie du moteur.

Je pense que les 135 cv à 2700 t/mn irons très bien avec le CP615, hélice en prise direct. Et que peut être l'utilisation du convertisseur hydraulique pourra nous donner de la puissance au décollage

Maintenant, pour moi il faut que je mette la main sur se fameux moteur.

A très bientôt et au plaisir de nous rencontrer.

Etienne

Malgrès tout 300 000 km à 70 de moyenne cela fait plus de 4000 heures

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 Sujet du message: Re: Comment avionner un moteur d'automobile
MessagePosté: Sam 08 Jan, 2011 8:33 pm 
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Bonjour,

Ebonv a écrit:
Malgrès tout 300 000 km à 70 de moyenne cela fait plus de 4000 heures


très juste !, sauf qu'à 70 km/h la voiture consomme dans les 5 litres de gazole aux 100 km, soit 3,5 litres à l'heure

De là à dire qu'elle développe en moyenne moins de 15 kW (sur 110), il n'y a qu'un pas que je franchis allègrement.

Si le régime ne changeait pas en permanance on finirait par glacer les cylindres tant la charge est faible !

Bons vols

Philippe Dejean

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 Sujet du message: Re: Comment avionner un moteur d'automobile
MessagePosté: Sam 08 Jan, 2011 9:36 pm 
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Re bonjour

Ebonv a écrit:
Je pense que les 135 cv à 2700 t/mn irons très bien avec le CP615, hélice en prise directe. Et que peut être l'utilisation du convertisseur hydraulique pourra nous donner de la puissance au décollage


Petit calcul à l'envers :

135 CV à 736 watts chacun ça fait... 99.360 watts
2700 t/min = 282,74 radians par seconde

99.360 / 282,74 = 351, 4 Nm (en clair, t'es au couple maxi)

Si on montait la même hélice que celle du O-320 tournant à 75 % en croisière, c'est à dire à 75% de 150 HP (110 kW)
Elle absorberait 110.000 x 0,75 = 82500 watts
Ce qui donnerait, suivant l'adaptation hélice : 292,71 Nm à 2700 t/min, 303 Nm à 2600 t/min ou 315,12 Nm à 2500 t/min

Donc, si tu adaptes ton hélice pour 291,71 Nm à 2700 t/min en croisière, que tu utilise un convertisseur de couple pour le décollage et que tu gardes la cartographie du moteur d'origine, tu ne devrais jamais te retrouver dans des conditions de limite du surcouple que tu décris...
(Ou alors il y a un truc que je n'ai pas compris - ce qui est fort possible :oops: )

Bons vols

Philippe Dejean

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 Sujet du message: Re: Comment avionner un moteur d'automobile
MessagePosté: Jeu 13 Jan, 2011 12:38 pm 
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C'est un vrai bonheur de vous lire. :clapping: :clapping: .

Puis je connaitre les modèles de voiture ayant recu un BOXERd ?

Lucien

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 Sujet du message: Re: Comment avionner un moteur d'automobile
MessagePosté: Jeu 13 Jan, 2011 7:03 pm 
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Bonjour,
FORESTER, OUTBACK,LEGACY, et maintenant IMPREZA.

J'ai un contact en Belgique qui devrai me trouver un de ces modèle accidenté.(budget 7000 €).

Je pense que dans un moi j'aurai un moteur.

Et la :Jumpy: commencera le vrai travail et la validation de mes idées.

A+

Etienne

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 Sujet du message: Re: Comment avionner un moteur d'automobile
MessagePosté: Lun 17 Jan, 2011 9:39 am 
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Bonjour Etienne...

Ebonv a écrit:
J'ai un contact en Belgique qui devrai me trouver un de ces modèle accidenté.(budget 7000 €).
Je pense que dans un mois j'aurai un moteur.
Etienne


:Jumpy: ça veut dire que début mars, on pourra savoir combien pèse réellement cette petite merveille ? :Jumpy:

Bons vols

Philippe Dejean

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 Sujet du message: Re: Comment avionner un moteur d'automobile
MessagePosté: Dim 27 Fév, 2011 7:36 pm 
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Bonjour à tous,

Toujours aucun moteur en vue :annoyed:

Mais ne désespérons pas.

a +

Etienne

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 Sujet du message: Re: Comment avionner un moteur d'automobile
MessagePosté: Dim 27 Fév, 2011 7:40 pm 
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re

Si quelq'un à une piste même à l'étranger, je suis preneur

a+

Etienne

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 Sujet du message: Re: Comment avionner un moteur d'automobile
MessagePosté: Mar 01 Mar, 2011 1:23 pm 
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Bonjour Etienne,

Ce moteur est peut-être un peu trop récent pour que les voitures qu'il équipe aient eu le temps d'être nombreuses à se retrouver à la casse...
En général, les concessionnaires Français ne sont pas très coopératifs (j'en ai fait l'expérience en prospectant pour une source de moteur 3 cylindres Smart). Par contre, même si je ne suis pas allé au bout, les contacts avec les concessionnaires Belges sont beaucoup plus cordiaux.

Une autre idée :
La marque des petits moteurs "Robin" appartient à Subaru.
Dans ton métier, tu dois avoir des contacts avec les grossistes de premiers, de là à mettre un pieds chez les second...

Bons Vols

Philippe Dejean

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 Sujet du message: Re: Comment avionner un moteur d'automobile
MessagePosté: Lun 07 Mar, 2011 10:41 pm 
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Bonjour,

une nouvelle intéressante, le poids du BOXER'd est de ..... 136kg nu

Soit moins d'un kilo par cheval à pleine puissance et 1 kg/ cv à 2750 tr/mn (136 cv)

Celà me fait encore plus rager de ne pas trouver un moteur occas pour les tests.

Sinon un français au US propose un plug and play kit ecu + moteur à 8500 €.

A suivre

Etienne

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 Sujet du message: Re: Comment avionner un moteur d'automobile
MessagePosté: Ven 25 Mar, 2011 9:05 pm 
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Bonjour,
:Jumpy: :Jumpy: :Jumpy: J'ais enfin mis la main sur un véhicule SUBARU équipé d'un BOXER'd. :Jumpy: :Jumpy:

Le véhicule a été rapatrié hier.

Maintenant il faut trouver un peu de temps pour le démonter et récupérer les élément nécessaire au fonctionnement.

A bientôt pour la suite.

Etienne

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 Sujet du message: Re: Comment avionner un moteur d'automobile
MessagePosté: Dim 10 Avr, 2011 11:25 pm 
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Bonjour à tous

Voici l'objet tant désiré.

Image
Image
Image

Largeur environ 800 mm
Longueur environ 460 mm
Hauteur par rapport à l'axe moteur environ 400 mm en haut et 300 mm en bas

poids environ 140 kg

Reste plus qu'a l'adapter.

L'ECU est récupéré.
Le faisceau est en cours de récupération. :annoyed:

J'attends des nouvelles pour le schéma électrique.

A bientôt

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 Sujet du message: Re: Comment avionner un moteur d'automobile
MessagePosté: Mar 12 Avr, 2011 10:17 am 
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Bonjour Etienne,

Les dimensions me semblent parfaitement compatibles avec un capot abritant un O-320 ou un O-360.
Sur les photos, je ne distingue pas le turbo...

S'il est à replacer ultérieurement, il est bon d'aligner son axe avec l'axe de roulis de l'avion...
(c'est celui qui a les vitesses de rotation et les accélérations angulaires les plus importantes)
... pour limiter les effets gyroscopiques.

Merci d'avance pour toutes les photos que tu pourras prendre dans ton travail de pionnier

J'ai dans l'idée que ce "katapla" pourrait devenir le digne successeur d'un autre qui a fait le bonheur des pilotes et contructeurs amateurs depuis le début des années 1950 en 1100cm3/25 CV du Jodel D9 et CP20, 1300cm3/39 CV du RF3, 1600cm3/50CV du DC1, 1700/60CV du SF28...)

Bons Vols

Philippe Dejean

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 Sujet du message: Re: Comment avionner un moteur d'automobile
MessagePosté: Mar 12 Avr, 2011 11:07 pm 
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Bonjour,

Le turbo est en bas à gauche lorsque l'on regarde le moteur coté distribution.
Enlevé sur les photos car c'est lui qui à été touché (pas cassé) mais vérification de la culasse)
Sons axe est perpendiculaire à l'axe moteur et donc parallèle à l'axe de tangage.
IL est difficiles sans grosses modifs de le déplacer.

a+

Etienne

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 Sujet du message: Re: Comment avionner un moteur d'automobile
MessagePosté: Ven 15 Avr, 2011 6:05 pm 
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Bonjour Etienne,

Je suis d'accord, il faut limiter les modifications au strict minimum, au moins pour un premier avionnage.
Le changement d'axe du turbo ne sera à envisager que si sa fiabilité pose problème.

Chose promise chose due : Voici une petite étude préliminaire sur l'avionnage de ce moteur :

Ce n'est qu'une base de réflexion, mais c'était quand même un peu trop long pour en faire un message du Forum.

Bons Vols

Philippe Dejean


Fichiers joints:
Etude préliminaire d'avionnage du moteur SUBARU 2.0D.pdf [1.23 Mio]
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