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Calcul et Construction d'un Avion

Chapitre 2 - Les étapes de la construction

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12 Moteur et carburants

12.1 Taux de compression

12.2 Auto-allumage

12.3 Détonation

12.4 Antidétonance

12.5 Indice d'octane: coefficient d'antidétonance

12.6 Essence auto

12.7 Bougies

12.8 Gicleurs

12.9 Choisir un moteur

... Moteurs Rotax, Limbach VW, Briggs & Stratton, diesel Isuzu

 

Le moteur représente à peu près la moitié du coût total de votre avion. Il peut être acheté neuf (à crédit) ou d'occasion et refait à neuf ou transformé à partir d'une base automobile : Par exemple le moteur VW 1200 ou 1500 à refroidissement par air ou le moteur diesel Isuzu qui équipe le Diesélis de Louis Pena. Prévoir une double commande.

 

12.1 Taux de compression

Avant l'allumage, on commence par compresser le mélange gazeux explosif. Son taux de compression initial peut varier entre 4 et 16 kg/cm2 par exemple. 

Ensuite, lorsqu'on allume ce mélange explosif, sa pression initiale est multipliée par 4: 
• Un taux de 4 produit 4 x 4 = 16 kg/cm2 
• Un taux de 16 produit 16 x 4 = 64 kg/cm2 

Un moteur est d'autant plus puissant qu'il tourne vite et que son taux de compression est élevé. 
Mais s'il tourne trop vite, les frottements absorbent toute la puissance. 
De même, le taux de compression a, lui aussi, ses limites.

 

12.2 Auto-allumage

Le moteur cogne. 

Aidé du réchauffement dû à la compression, le mélange explosif s'enflamme au contact d'une partie de la chambre d'explosion restée trop chaude : une particule de calamine incandescente, une pointe de bougie portée au rouge ou un fond de piston mal refroidi.

 

12.3 Détonation

Le moteur cliquette avec le bruit sec et piquant d'une bille d'acier qui rebondirait sur une plaque de verre. 

Le mélange explosif, s'il est trop compressé, détonne avant le moment voulu. Il s'enflamme d'un seul coup à partir d'une certaine compression. Cet effort violent fatigue le moteur et le fait chauffer. Il peut même aller jusqu'à casser le moteur. La panne est proche !

 

12.4 Antidétonance

Le mélange qui alimente le moteur doit être étudié pour détonner le plus tard possible quand on élève le taux de compression. Le mélange air + essence ordinaire, par exemple, détonne aux compressions 4 ou 5. Il faut donc y ajouter un composant plus lourd: Mélangés à l'essence, le plomb ou l'alcool sont des antidétonants très efficaces. 

Mais l'alcool contient de l'eau qui est insoluble dans l'essence. Pour que le mélange essence + alcool devienne possible, on doit d'abord diminuer la teneur en eau de l'alcool et ensuite ajouter un liant qui le rendra miscible malgré les dernières traces d'humidité: on peut utiliser pour cela le benzol, l'éther, les alcools butyliques ou amyliques, etc. 

Exemples de proportions: alcool 10%, benzol 5% (huile 5%). Le benzol peut d'ailleurs remplacer totalement l'alcool. On peut dépasser 25% d'alcool dans un moteur surcompressé par exemple, et même aller jusqu'à supprimer l'essence. 

Inconvénients de l'alcool: par temps humide et froid, l'alcool contenu dans l'essence a tendance à se décanter car il est plus lourd que l'essence. Par ailleurs, si le mélange en contient, l'huile surnage à l'essence. Le moteur ne graisse plus et détonne. Ici encore la panne est proche ! 

Les additifs plombés ou substituts de plomb donnent également des qualités antidétonantes suivant leurs proportions. 

Le potassium et le sodium sont des substituts de plomb courants. L’absence de plomb élève la température de fonctionnement et provoque des microsoudures des soupapes sur leur siège. Pour y remédier, on peut appliquer aux soupapes des traitements à base de silicone, ou faire des sièges de soupapes en acier renforcé.

 

12.5 Indice d'octane: coefficient d'antidétonance

Si l'on mélange de l'heptane, très détonnant, et de l'octane, très antidétonant, dans des proportions bien précises, ce mélange explose à un taux de compression connu. 

Par exemple, pour un mélange contenant 28% d'heptane et 72% d'octane, on dit que l'indice d'octane est de 72. 
• Indice d'octane 69 => explosion au taux de 4 
• Indice d'octane 72 => explosion au taux de 5 
• Indice d'octane 75 => explosion au taux de 6 

etc. 

L'indice d'octane est un indice de comparaison: tout autre mélange essence + benzol ou alcool, etc. dosé de telle sorte qu'il explose au taux de 5 est dit avoir un indice d'octane de 72.

 

12.6 Essence auto

• SP 95 = essence sans plomb avec un indice d’octane 95 
• SP 98 = idem + éléments volatiles agressifs 
• SP 97 = SP 98 + potassium 

(Le potassium est un agent anti-récession. Il limite l’usure prématurée des soupapes et des sièges de soupapes) 

En fait, le taux de compression détermine l’indice d’octane nécessaire. Soit pour un moteur VW (Great Plains Aircrafts)

 

 

12.7 Bougies

Pour éviter l'auto-allumage, les moteurs rapides et surcompressés ont besoin de bougies "froides". Les électrodes sont très rentrées et massives. Grâce à une très bonne conductibilité, elles diffusent leur échauffement à leur masse ou vers l'extérieur. 

Malgré cela, la facilité des démarrages demeure grâce au volant magnétique.

 

12.8 Gicleurs

Dans le carburateur, le diamètre du trou du gicleur est d'autant plus gros que le carburant est lourd. 

A titre d'exemple: 
• Benzol => gicleur de 140 
• Essence ordinaire => gicleur de 180 
• Essence à 25% d'alcool => gicleur de 240 
• Alcool pur (en course) => gicleur de 300

 

12.9 Choisir un moteur

On a vu que le moteur à lui-seul représente à peu près la moitié du coût total de votre avion. J’aime bien citer aussi Henri Mignet, qui nous précise que le moteur représente la moitié du poids total de l’avion vide : par exemple pour un avion chargé de 180 kg, la cellule et les ailes pèseront 50 kg, le moteur 50 kg et le fret (pilote + carburant) 80 kg. Par ailleurs il faudra environ 15 à 30 CV pour enlever ces 180 kg dans les airs… si vous pesez plus de 70 kg il vous faudra hélas sérieusement envisager quelque-chose de plus puissant et plus lourd ! 

Bien, vous pouvez à présent faire votre choix. Bien entendu, la liste qui suit n’est pas exhaustive. Vous trouverez une liste de moteurs d'avions très complète surWikipédia et une liste moins complète dans le tableau ci-dessous :

Voici des détails pour quelques exemples classiques (par ordre alphabétique) :

 

Moteur AeroVee 2.1 (AeroConversions - Sonex Aircraft)

Le moteur VW "à l'américaine". Le kit moteur AeroVee 2.1 est une conversion complète du moteur VW. 
Il est distribué par la société AeroConversions. Une filiale de Sonex Aircraft LLC, P.O. Box 2521 Oshkosh, WI 54903-2521, USA 

Aéro-Max-Affaires distribue aussi en France le moteur AeroVee 2.1 avionné par Aeroconversions : AMA Aéro-Max-Affaires - aérodrome St Laurent (LFDU) - 33112 St Laurent de Médoc 

Le kit moteur AeroVee 2.1, est un 4 temps, 4 cylindres à plat, de 2180 cm³, à injection et quadruple allumage électronique. Il développe 80 CV à 3400 tr/mn. : Poids Moteur (sec) 76 kg pour 80 CV soit 0,95 kg par cheval, ce qui est très convenable. Consommation 15 à 18 l./h. d'AvGas ou de MOGAS moyennant des cales d'abaissement de compression. 

Prix du moteur en kit 6995$ (= 7350€), 8000€ prêt à voler. 

Le kit moteur AeroVee 2.1 (fig. Sonex Aircraft) 

 

Moteurs Briggs & Stratton (Vanguard Engines)

Les moteurs Briggs & Stratton équipent par exemple les avions Cricri. Ils sont largement utilisés pour les tondeuses à gazon ou les débroussailleuses, ces moteurs à refroidissement par air et lubrification par huile auto consomment du SP 95 auto. Ils sont très robustes et de ce fait intéressants pour les tout petits avions légers. La gamme impressionnante décrite sur leur site anglais propose des puissances qui s'échelonnent de 2,4 à 36 cv, avec des moteurs de un à trois cylindres, verticaux, à plat ou en V. Par exemple, la série 800 correspond à des petits moteurs de 190 cm3, d'environ 7 cv. Si l’on compte un peu plus de 10 cv pour 100 kg il en faudrait 3 pour faire décoller un avion de 200 kg 

Leur adresse : Briggs & Stratton Commercial Power PO Box 702 Milwaukee WI 53201 USA Tel: +1 414 / 259 5333 

Sites internet : En Angleterre, www.vanguardengines.com ...ou en France, www.briggsandstratton.com/eu/fr/ 

A gauche, moteur monocylindre 7,5 cv - poids 21,3kg / à droite un moteur bi-cylindre en V 33-35 cv - poids 56,7kg 
(fig. Vanguard Engines)

 

 

Moteurs Continental

Les moteurs Continental sont distribués par la société TCM - Teledyne Continental Motors Mobile, Alabama, USA , sont caractérisés par cent ans d'histoire et de fiabilité, mais sont un peu chers pour les avions légers. 

Le moteur O-200 Lightweight, par exemple, est un 4 temps, 4 cylindres à plat, donné pour 100 CV à 2750 tr/mn. : Poids Moteur (sec) 100 kg pour 100 CV soit 1 kg par cheval, ce qui est acceptable, mais un peu lourd. En croisière, le régime recommandé est de 75 CV à 2500 tr/mn. 

Le moteur Continental O-200 Lightweight (fig. Teledyne Continental Motors) 

 

Moteur D-Motor LF26

Le moteur D-Motor LF26 : est un tout nouveau moteur, très léger, construit en Belgique par D-Motor, les essais en vol ont été réalisés sur Xair-F, Hanuman, etc. C'est un 4 temps à 4 cylindres à plat refroidis par eau (cylindrée 2512 cm³), avec réducteur à courroie. Il consomme 11 litres/h de SP 95 (sans plomb) ou d’AVGAS 100 LL à 75%. Il est donné pour 80 cv / 58,8 kW à 2930 t/min. : Poids Moteur 56 kg soit 0,7 kg par cheval. 
Pour plus de détails, visitez le site de Randkar (moteurs d'avions D-Motor). 

Le moteur D-Motor LF26 (fig. Moteurs d'avions D-Motor)

 

Moteur diesel Delta Hawk

Les moteurs Delta Hawk sont distribués par la société DeltaHawk Engines, Inc. 2300 South Street Racine, WI 53404, USA. Ce sont des moteurs diesels expérimentaux non certifiés pour l'aviation. Trois modèles sont proposés : 160, 180 et 200 CV. 

Le moteur turbo-diesel Delta Hawk DH 160 A4/V4, par exemple, est un 4 temps, 4 cylindres en V, donné pour 160 CV à 2750 tr/mn. : Poids Moteur 148 kg pour 160 CV soit 1,08 kg par cheval, ce qui est un peu lourd. Consommation à 65 % = 20,8 l./h. de Jet A (kérosène). 

Le moteur turbo-diesel Delta Hawk DH 160 A4/V4 (fig. DeltaHawk Engines) 

 

Moteur Ecoyota (de JLT Motors)

Le moteur Ecoyota : avionné à Rouen par JLT Motors, par exemple sur la base du moteur automobile Toyota de série qui équipe les voitures de type Aygo, C1, 107 (comme le Moteur LOR75), c'est un 4 temps à 3 cylindres verticaux refroidis par eau (cylindrée 998 cm3), à injection, à allumage électronique et à réducteur à courroie. Il consomme 8 Litres/heure de SP 95 (sans plomb) ou d’AVGAS 100 LL à 5500 rpm. Il est donné pour 80CV à 6000 RPM 'mesuré avant le réducteur) : Poids Moteur+kit 76kg soit 0,95 kg par cheval. 
Pour plus de détails, visitez le site de JLT Motors (moteurs d'avions Ecoyota). 
D'autres moteurs peuvent être avionnés avec le kit Ecoyota : voir ci-après. 

Un moteur Ecoyota (le 3 cylindres Toyota et son kit), et un autre monté sur Zenair (fig. JLT Motors)