Un Turbopropulseur pour avions légers...

[FAUVET Damien]

Le FADEC (régulation électronique)...

[FAUVET Damien]

La tuyère permettant de simuler la striction du corps BP, avec la sonde de température (cette sonde donnera la TIT sur le turboprop : température entre la turbine HP et la turbine BP)... Cette Température est traitée par le FADEC pour éviter toute surchauffe de la turbine HP...

[FAUVET Damien]

Vue coté tuyère...

[FAUVET Damien]

La turbine HP, centripète, en MAR M247...

[FAUVET Damien]

La fameuse bougie....

[FAUVET Damien]

Vue 3/4 AR

[RMSE]

Bonsoir,

En découvrant ce sujet je l'avais lu lors de mon inscription (juin). Je viens de relire les 9 pages, presque la journée avec des recherches sur internet en parallèle. Je n'est pas tout compris, mais c'est très intéressant et passionnant, félicitation !

Cela pourrait être un alternative très intéressante pour la motorisation d'un RV10 que je pense avoir terminé dans 2 à 3 ans ! Mais en attendant 80cv c'est juste ce qu'il faut pour un VIRUS !!! Bon il faudrait certainement modifier les capots et tous l'avant...

Bonne continuation, bon courage pour la suite, je suis impatient de connaître la suite.

Cordialement
RMSE

[Superpotez]

Bonjour Damien

Tu es comme Philippe vous me faite rêver.

Dis moi cette fameuse bougie ne doit elle pas être en double? (je sais ...toujours une questions basique pour vous... néophyte que je suis... mais bon ....) .
Je sais que ceci est pour les essais , mais au final ceci est il prévu? deux bougies peuvent elles êtres contradictoire ?.

Tu m’impressionne par la propreté de ton installation et ceci reflète ce que tu as dans la tète.

Allez courage .... bientôt la turbirévolution de la petite aviation . ( c'est un beau nom tu crois ?)

Lulu

[cp1315]

Bonjour

La bougie ne sert qu'au demarrage de la turbine, une fois la chaudière allumée, elle n'est plus alimenté

[Ebonv]

Bonjour,

Lulu les 2 bougies par cylindre sur un moteur avion ne sont pas la dans un premier temps pour la sécurité mais pour garantir un meilleur front de flamme nécessaire sur ces grosse cylindrée. Par contre la double magnéto est l'élément sécuritaire.
Que l'on me corrige si j'ai faut.

Bon vol et a +

Etienne

[FAUVET Damien]

Bonjour à tous,

Lulu: comme indiqué par Lolo, la bougie n'est effectivement là que pour allumer la chambre au démarrage, elle n'est pas utilisée lorsque le moteur tourne.

Etienne : sur les moteurs à piston aéro, je pense que les doubles bougies permettent effectivement un meilleur allumage, mais elles permettent également d'avoir 2 circuits totalement indépendants.

Sinon, la turbine à presque démarré ce WE ! Je dis presque, parce-que le démarreur manque un peu de puissance pour amener la turbine à la vitesse "d'auto-entretien". En fait, c'est le kV (vitesse à vide / volts) du brushless qui est trop faible (1565 rpm/V) : sous 12V, le moteur plafonne à 18 000 tr/min, ce qui n'est pas assez (le ralenti de la turbine est à 26 000 tr/min). J'ai commandé un autre moteur avec un kV de 2100 rpm/V...

La suite au prochain n°...

[Superpotez]

En tout cas merci à vous tous pour cette explication.

Moi je pensais qu'elle restait active malgré le démarrage.

[cp1315]

Te voici bien éclairé

[Ebonv]

Bonjour Damien,

Ha!! les petits détails qui agrémentent toujours les premiers démarrages.

Pour les bougies je maintient ; les "gros cubes" ont besoin de deux bougies (voir quatre)par cylindre pour que le front de flammes soit le plus homogène possible (les moteurs Posche en sont équipé). L'aviation à utilisé cette "particularité" pour améliorer la sécurité en créant deux circuits séparé alimenté chacun par une magnéto. Mais je ne sait plus sur quel moteur les magnéto sont l'une derrière l'autre entrainé par le même arbre/pignon ce qui amenuise cette sécurité.

Ont salive pour la suite.

A+

Etienne

[FAUVET Damien]

Petit "Screen shot" de l'un des films réalisés le WE dernier, lors des premiers essais d'allumage...

La sonde de T° à chaud ! Le moteur stagne à 18 000 tr/min, juste en dessous de sa "vitesse d'autonomie" (vitesse à partir de laquelle la turbine est capable de tourner sans la démarreur), qui est à 22 000 tr/min environ.

En attendant le nouveau démarreur, je vais re-essayer, ce WE, en alimentant le brushless actuel sous 24 V...

A+

[Fancho]

Bonjour
C'est absolument magnifique et d'une "propreté" rare. Toute mon admiration pour cette aventure! Bon courage et bonne chance pour la suite.

[FAUVET Damien]

Bonjour Fancho,

Merci pour les encouragements... Bientôt la suite...

Cordialement.

[FAUVET Damien]

1er essai de lancement. Le démarreur n'est pas assez puissant, le moteur se lance, mais ne dépasse pas sa vitesse d'autonomie.

[Philippe Dejean]

Bonjour Damien,

remarque : Il faut plus de 10 MW pour lancer une GE 9FB... soit pas loin de 4 % de la Puissance max de la TAC

Mon petit doigt me dit que pour lancer une TAC de 75 kW, on ne doit pas être loin des 3 kW (crête), et même en le matirisant pour quelques secondes, je vois mal un moteur de moins de 1,5 à 2 kW arriver à lancer ta turbine...

Bon, il y a un sacré facteur d'échelle qui peut rendre la rêgle de 3 plutot imprécise et la 9FB est une turbine liée contrairement à la tienne... alors en fait c'est peut-être un peu moins

Bien sûr, Damien, tu connais la suite, mais peut être pas tous les lecteurs du forum.

Ce que je trouve toujours piégeux avec les brushless, c'est de se focaliser sur le "KV" (relation entre la vitesse de rotation et la tension), on a tendance à oublier l'autre relation : celle entre la courant et le couple.

Or dès qu'on travaille dans le monde réel les deux sont forcément liés
- du côté électrique par l'impédance de la source et celle du moteur qui crée une chute de tension proportionnelle au courant, (tu as déja rencontré le problème avec ta bougie, je crois.)
- du côté de ta turbine qui doit logiquement se comporter comme une "cubique" (la puissance absorbée augmente comme le cube de la vitesse, et par conséquent le couple augmente comme le carré de la vitesse)

Côté électrique, la puissance est égale au produit de la tension par le courant.
Côté mécanique, la puissance est égale au produit de la vitesse de rotation par le couple.

Le "KV", c'est le coefficient de proportionnalité entre la vitesse de rotation et la tension.
de là à dire que "1/KV", c'est le coefficient de proportionnalité entre le couple et le courant, reviendrait juste à ignorer les pertes, et les unités.

Par exemple, avec un kV de 1000, et une source de 10V, le moteur devrait tourner à 10000 t/min, soit 10000 x 2PI/60 rd/S

Mais si à cette vitesse, la charge absorbe 1000 watts :
- côté électrique, le courant vaut 1000 (watts) /10 (Volts) = 100 (Ampères)
- côté mécanique, le couple vaut 1000 (watts) x 60 / (10000 x 2PI) = 3/PI (NewtonMètre)

Doubler la vitesse de rotation implique de doubler la tension d'alimentation (à cause du fameux "KV") : nous voici donc à 20 Volts

Ce qu'on trop tendance à oublier, c'est que dans le même temps avec une charge "cubique", le couple augmente comme le carré de la vitesse, c'est à dire que dans notre exemple, il est multiplié par 4. Nous voici donc à 12/PI Newton-mètres.
Côté courant, c'est pareil les 100 Ampères sont devenus 400...

Et qu'on la calcule en mécanique ou en électrique, c'est pareil, la puissance est passée de 1000 watts à 8000 watts (multipliée par 8, le cube de 2)

Le problème, c'est qu'en pratique, il y a des pertes, par frottement mécaniques, mais aussi au niveau électrique :
Une bonne brave batterie de 12 V qui donne encore largement 10 V en débitant 100 A peut très bien tomber à 8 volts quand on lui fait cracher 400 A
Le bobinage du moteur lui-même a une résistance et la tension qui va réellement compenser la FCEM (force contre-électromotrice _ Celle du "kV") sera la tension aux bornes du moteur moins la chute de tension due à la résistance des bobinages...

En mettant deux batteries de 12 Volts en série, on à 24 Volts à vide, un bon 20V sous 100 A, mais seulement 15 à 16 volts sous 400 A...
Avec l'accroissement des pertes dans le circuit et le moteur lui-même, la vitesse de rotation peut ne pas dépasser une fois et demie la vitesse avec une seule batterie...

Alors avec 3 batteries en série, on va réussir à doubler la vitesse ?
Peut-être bien... ou alors on va juste faire de la fumée...

En tout cas, il aurait été plus judicieux de mettre un moteur plus gros...

Bons Vols

Philippe Dejean

[Philippe Dejean]

Bonjour,

1er essai de lancement. Le démarreur n'est pas assez puissant, le moteur se lance, mais ne dépasse pas sa vitesse d'autonomie.

Si je ne me trompe pas, quand on lance une turbine à combustion industrielle, on a pas besoin que le démarreur seul ait la puissance pour lancer la turbine à sa vitesse d'autonomie. (En fait, ce lanceur c'est un convertisseur statique de fréquence qui alimente l'alternateur qui se comporte comme un énorme moteur "brushless")

On lance d'abord la turbine jusqu'à une vitesse assez faible où on allume les brûleurs avec un faible débit de combustible pour "réchauffer" la turbine.

Ensuite on augmente la puissance du lanceur pour accélérer et le débit combustible augmente en suivant la limitation de température entrée turbine.

La turbine accélère, sous l'action conjuguée du lanceur, mais aussi de la détente des gaz chauds (même si on est encore en dessous de la vitesse d'autonomie)
Le lanceur monte donc en vitesse, (et donc en tension) mais le courant augmente moins vite que le carré de la vitesse puisque une partie croissante de la puissance nécessaire à l'accélération est fournie par la turbine elle-même.

La turbine parvient donc à la vitesse d'autonomie, sans que lanceur n'ait atteint la puissance nécessaire pour l'y entrainer seul...

Qu'en penses-tu, Damien ?

Bons Vols

Philippe Dejean

[FAUVET Damien]

Salut Philippe,

Pour répondre à ta question, il faut environ 700 w pour démarrer une turbine comme la mienne (en fait la puissance permet de démarrer plus ou moins vite : avec 300 W, on démarre en 30 s, avec 1500 W, on démarre en 5s…)

En fait, pour simplifier, j’ai parlé de puissance, mais le problème ne vient pas de là. Il faudrait plutôt dire « j’ai un problème de point de fonctionnement ».
Mon moteur est assez puissant sur « le papier », mais sa vitesse n’est pas assez élevée : il atteint sa vitesse à vide sous 12V (18 000 tr/min) avant que la turbine ne soit à sa vitesse d’autonomie (24 000 tr/min environ).

Pour la phase de démarrage, ce que tu dis est vrai :

- Lors des premiers tours, à bas régime, le démarreur d’une turbine fournit la puissance nécessaire pour entraîner l’ensemble compresseur/turbine. Même si la combustion est présente dès le départ, la détente des gaz dans la turbine est négligeable par rapport au couple développé par le démarreur ;
- Ensuite, plus le moteur accélère (sous l’effet du démarreur, et de la détente dans la turbine), plus la part du couple produit par la détente des gaz dans la turbine est importante.
- A partir d’une certaine vitesse (en général 60% du régime de ralenti), la détente des gaz est suffisante pour que le corps HP accélère par ces propres moyens, jusqu’au ralenti. A cet instant, il n’est plus nécessaire, pour le démarreur, de fournir du couple.

La réciproque de la phrase ci-dessus est : le démarreur doit être capable de fournir du couple jusqu'à la « vitesse d’autonomie » (et un peu au dessus pour faciliter le démarrage).
Comme tu le sais, tout est une question de croisement des courbes moteur/charge (ici, le démarreur/la turbine).
Comme indiqué plus haut, avec un Kv de 1500 tr/minV, sous 12V, la vitesse à vide du démarreur est de 18000 tr/min. A ce régime (régime à vide) le moteur ne fournit aucun couple.
Si ma vitesse d’autonomie est de 22 000 tr/min, il se passe ce que tu vois sur la vidéo : le moteur stagne à 18 000 tr/min, mais ne parvient pas à accélérer, puisque le démarreur ne fournit plus de couple, et que la détente des gaz n’est pas encore suffisante pour que la turbine ne devienne motrice... La T° de tuyère grimpe jusqu’à ce que le FADEC coupe le carburant par sécurité…

Pour que cela marche, il suffit donc d’avoir un démarreur qui fournit du couple (même assez faible) jusqu’à 26 000 tr/min.

1ère solution testée, il y a 2 semaines, en attendant le nouveau démarreur : augmenter la tension. C’est ce que j’ai essayé de faire en l’alimentant en 24V, mais le couple important lors de la mise sous tension du démarreur a abîmé le couplage démarreur/turbine. De plus, avec une accélération très vive, le FADEC n’a pas le temps de faire son injection progressive du carburant : la t° est cette fois trop basse (150°C) pour préchauffer la chambre et génère un message d’erreur au FADEC « blown flam » (flamme soufflée : même si ce n’est pas le cas)… pas bon donc…

2ème solution : rester en 12V et changer le démarreur pour un Kv de 2500 tr/minV (30 000 tr/min à vide sous 12V). Entre temps, j’ai reçu le nouveau démarreur et je récupère la nouvelle pièce modifiée (plus costaud) ce jeudi. J’ai également installé un limiteur d’accélération (potentiomètre actionné à la main à la place de l’interrupteur On/Off), permettant d’avoir une accélération du démarreur très douce (et non pas instantanée). Cela ménagera la mécanique, et permettra au FADEC de faire son injection progressive du carburant dans la rampe principale…
J’avais eu le même problème sur mon précédent réacteur, qui avait été solutionné comme ceci.

Allez, on y croit… Prochainement de nouveaux essais !

A+

[Philippe Dejean]

Bonjour Damien

Pour que cela marche, il suffit donc d’avoir un démarreur qui fournit du couple (même assez faible) jusqu’à 26 000 tr/min.
...
2ème solution : rester en 12V et changer le démarreur pour un Kv de 2500 tr/minV (30 000 tr/min à vide sous 12V). Entre temps, j’ai reçu le nouveau démarreur et je récupère la nouvelle pièce modifiée (plus costaud) ce jeudi. J’ai également installé un limiteur d’accélération (potentiomètre actionné à la main à la place de l’interrupteur On/Off), permettant d’avoir une accélération du démarreur très douce (et non pas instantanée). Cela ménagera la mécanique, et permettra au FADEC de faire son injection progressive du carburant dans la rampe principale…
J’avais eu le même problème sur mon précédent réacteur, qui avait été solutionné comme ceci.

Tu reproduis ce qui existe sur les "gros turbos" (Turbines à Combustion de 80 à 290 MW) : la tension d'alimentation du convertisseur de fréquence (CSF) est forcément modulée en fonction de la vitesse.
Certes, une tension élevée est nécessaire pour atteindre la vitesse voulue, (pour 26000 t/min avec un KV de 2500, il ne te faudra pas moins de 10,4 V en entrée de ton CSF, avec une batterie un peu déchargée et/ou une bougie un peu gourmande, ça ne laisse pas tellement de marge...)
Avec ton moteur actuel, il ne te faudrait pas moins de 17,5 V (disons 20 V pour avoir un peu de marge)

Le problème avec un moteur "DC brushless", c'est qu'on oublie que c'est un moteur en courant alternatif (asynchrone ou, plus souvent, synchrone à aimants permanents)
Comme tout moteur alternatif, il n'aime pas être "surfluxé" c'est à dire avoir une part trop importante de son circuit magnétique saturée.
Quand c'est le cas, le moteur (mais c'est également vrai pour un transfo, une inductance à noyau, etc...) manifeste son mécontentement en grognant, en s'échauffant, voire pire au bout d'un certain temps...

Or comme le flux magnétique est proportionnel à l'intégrale de la tension appliquée; il donc proportionnel à l'amplitude de la tension et inversement proportionnel à la fréquence.

Sur les grosses machines on a une protection dite de "surfluxage" qui coupe l'alimentation quand le rapport U/f (tension/fréquence) dépasse un seuil.

Les lanceurs des turbines à combustions sont constitués d'un CSF alimenté par un redresseur hacheur via une inductance de lissage.
Si à la fin du lancement, le hacheur laisse passer la pleine tension de la source, dans toute la phase initiale, il limite la tension à une valeur proportionnelle à la fréquence de sortie du CSF pour éviter de "surfluxer" l'alternateur qui sert de moteur "DC brushless"

Sur un petit moteur le surfluxage est un peu moins critique, mais induit quand même des à-coups de couple dont ton accouplement à fait les frais...

Avec ton potentiomètre, tu fais (à la louche) la même chose... Et ça devrait marcher assez bien.

Pour une version de série, il serait peut-être judicieux de remplacer ce potentiomètre par un hacheur commandé par la fréquence de sortie du convertisseur.
1/ La procédure serait plus automatique (en tout cas éviterait d'avoir à manipuler un potentiomètre)
2/ Le rendement énergétique (et donc le courant d'appel sur la batterie) serait amélioré,
3/ A la fréquence du hacheur, un pot de ferrite et quelques spires pourraient jouer le rôle de transformateur élévateur de tension de quelques grammes pour adapter, si nécessaire, une Batterie 12 V et un lanceur de "KV" trop bas

En tout cas, encore Bravo et...

Bons Vols

Philippe Dejean

[FAUVET Damien]

Avec ton potentiomètre, tu fais (à la louche) la même chose... Et ça devrait marcher assez bien.

Pour une version de série, il serait peut-être judicieux de remplacer ce potentiomètre par un hacheur commandé par la fréquence de sortie du convertisseur.

Absolument Philippe, comme indiqué dans mes messages précédents, l'électronique n'en est encore qu'au "stade prototype" : le démarrage est géré par des boîtiers analogiques séparés.
Sur le FADEC définitif, toute la gestion du démarrage sera automatisée par microprocesseur ( donc numérique), dans un même boîtier : il suffira d'appuyer sur le bouton « Start » !
Les différents paramètres n’étant pas encore figés (rampe d’accélération du démarreur, rampe du débit carburant au démarrage, temps de chauffe de la chambre, temps de préchauffage de la bougie, etc…) il est plus facile de travailler « en manuel » sur le proto…

A+

[FAUVET Damien]

Ca y est la turbine a démarré

Elle tourne bien, juste quelques petits réglages à faire sur la séquence de démarrage, qui est toujours un peu chaude, et la commande des gaz, qui est trop sensible...

Un grand merci au courageux caméraman-monteur, qui n'est autre que notre webmaster, Laurent...

Allez, l'aventure continue, j'ai reçu les premières pièces du corps BP la semaine dernière...

Et comme tout le monde a été sage, voici le film (à visionner avec le son à fond) :

A+

[Ebonv]

Bonjour et bravo

Quelle belle mélodie.

A+

Etienne