Chapitre 9 : Moteur à turbine — Allumage et démarrage

Moteur à turbine — Allumage et démarrage

Aperçu du chapitre

Ce chapitre couvre les systèmes d'allumage et de démarrage des moteurs à turbine aéronautiques. Il traite des composants, du fonctionnement, des procédures de maintenance, du dépannage et des exigences réglementaires associées à ces systèmes critiques. La compréhension de ces systèmes est essentielle pour assurer des démarrages fiables et sécuritaires des moteurs à turbine.

Concepts clés

Système d'allumage à haute énergie

Les moteurs à turbine utilisent des systèmes d'allumage à haute énergie, également appelés systèmes à décharge capacitive (CDI). Ces systèmes sont conçus pour produire une étincelle très chaude et puissante, capable d'enflammer le mélange air-carburant dans des conditions difficiles (haute altitude, froid, faible pression de carburant).

Composants principaux :

• Excitateur (Ignition Exciter) : Convertit le courant continu basse tension (12-24 V CC) de l'avion en une impulsion haute tension (20 000 à 30 000 volts) et haute énergie. Il contient un condensateur qui stocke l'énergie et un transformateur qui élève la tension.
• Vibreur (Vibrator) : Dans les systèmes CDI, le vibreur est un dispositif électromécanique qui interrompt le courant continu pour créer un flux pulsé. Ce flux est ensuite transformé et redressé pour charger le condensateur.

• Câble haute tension (High-Tension Lead) : Achemine l'impulsion haute tension de l'excitateur à la bougie d'allumage. L'isolation de ce câble est critique pour éviter les courts-circuits.
• Bougie d'allumage (Igniter Plug) : Crée l'étincelle dans la chambre de combustion. Les bougies sont du type à écartement fixe (set gap) et ne sont généralement pas ajustables.

Fonctionnement :

1. L'excitateur reçoit du courant continu de l'avion.
2. Le vibreur (si présent) crée une pulsation.
3. Le transformateur élève la tension.
4. Le condensateur stocke l'énergie.
5. Lorsque la tension atteint un seuil, l'énergie est déchargée à travers la bougie, créant une étincelle.

Utilisation du système d'allumage

• Démarrage normal : Le système d'allumage est utilisé uniquement pendant la séquence de démarrage. Il est désactivé une fois le moteur allumé et stabilisé.
• Allumage continu (Continuous Ignition) : Sélectionné dans des conditions météorologiques adverses (pluie forte, neige, givrage) pour prévenir une extinction de flamme (flameout). Il est également utilisé lors du décollage et de l'atterrissage par mauvais temps.

Système de démarrage

Types de démarreurs :

• Démarreur pneumatique (Air Turbine Starter) : Utilise de l'air sous pression (provenant d'un APU, d'un groupe au sol ou d'un transfert entre moteurs) pour faire tourner le moteur via une turbine.
• Démarreur électrique : Utilise un moteur électrique pour faire tourner le moteur.

Composants clés du système de démarrage :

• Vanne de commande du démarreur (Starter Control Valve) : Régule le débit d'air vers le démarreur pneumatique. Elle s'ouvre pour lancer le démarrage et se ferme pour arrêter le démarreur.
• Embrayage du démarreur (Starter Clutch) : Permet au démarreur d'entraîner le moteur, puis se désengage automatiquement lorsque le moteur atteint une vitesse suffisante pour éviter d'être entraîné par celui-ci.
• Interrupteur de coupure du démarreur (Starter Cutout Switch) : Désengage le démarreur lorsque le moteur atteint une vitesse typique d'environ 50 % N2, permettant au moteur d'accélérer par lui-même.

Séquence de démarrage typique :

1. L'interrupteur de démarrage est actionné.
2. La vanne de commande du démarreur s'ouvre (ou le démarreur électrique s'enclenche).
3. Le moteur commence à tourner (N2 augmente).
4. La manette de démarrage (Start Lever) ou la manette des gaz est placée en position "démarrage" pour ouvrir la vanne d'arrêt carburant.
5. Le système d'allumage est activé.
6. Le carburant est injecté et enflammé (allumage - light-off). L'EGT augmente.
7. Le moteur accélère jusqu'à la vitesse de ralenti.
8. Le système d'allumage est désactivé.
9. Le démarreur se désengage via l'interrupteur de coupure.

Types de démarrages anormaux

• Démarrage humide (Wet Start) : Le carburant est introduit dans la chambre de combustion mais ne s'enflamme pas. Le carburant non brûlé s'accumule et peut provoquer un démarrage chaud ou un incendie à la tuyère lorsqu'il s'enflamme finalement. Causes : allumage retardé, introduction de carburant avant l'armement du système d'allumage.
• Démarrage chaud (Hot Start) : La température des gaz d'échappement (EGT) dépasse la limite maximale peu après l'allumage. Cause : excès de carburant par rapport au débit d'air (mélange riche).
• Démarrage suspendu (Hung Start / Stalled Start) : Le moteur s'allume et l'EGT augmente, mais le moteur n'accélère pas jusqu'à la vitesse de ralenti. Il peut stagner à un certain N2 ou même décélérer.
• Faux démarrage (False Start) : L'EGT augmente normalement puis chute soudainement à la température ambiante, tandis que le N2 continue d'augmenter (entraîné par le démarreur). La flamme s'est éteinte.

Formules, règlements et procédures importantes

Règlement de l'aviation canadien (CARs) et Norme 571

• Norme 571.02 (Données de maintenance) : Les travaux de maintenance doivent être effectués conformément aux données approuvées (manuel du constructeur de l'aéronef, du moteur, etc.). En cas d'incompatibilité, les recommandations du constructeur de l'aéronef prévalent.
• Norme 571.03 (Relevés techniques) : Toute maintenance doit être enregistrée. L'enregistrement doit inclure une description générale du travail, l'identification du produit (numéro de pièce/de série), la date et l'identification de l'employé. Tout défaut trouvé avant le remontage doit être enregistré.
• Norme 571.06 (Classification des réparations) : Une réparation est considérée comme mineure si elle est effectuée exactement selon les instructions du fabricant (données approuvées) et n'a qu'un effet négligeable sur la navigabilité. Une réparation majeure s'écarte de la conception de type.
• Norme 571.07 (Pièces installées) : Avant d'installer une pièce, le technicien doit s'assurer qu'elle est conforme à la conception de type et en état de fonctionnement sûr. Un numéro de pièce supplanté (superseded) nécessite une vérification de son éligibilité via les données du fabricant.
• CARs 571.10 (Maintenance Release) : Une main-d'œuvre de maintenance (maintenance release) doit être signée après l'achèvement des travaux, attestant que ceux-ci sont terminés et satisfaisants. L'enregistrement de la maintenance doit être complété avant la signature de la main-d'œuvre.
• Norme 571.11 (Signature de la main-d'œuvre) : Seule une personne détenant une licence de technicien d'entretien d'aéronefs (AME) appropriée et autorisée par l'organisme de maintenance agréé (AMO) peut signer une main-d'œuvre de maintenance.

Procédures de maintenance importantes

• Remplacement d'une bougie d'allumage :

1. Débrancher le câble haute tension.
2. Retirer l'ancienne bougie.
3. Inspecter le trou de la bougie et le manchon (bushing) dans la chambre de combustion. Un manchon desserré doit être remplacé.
4. Installer la nouvelle bougie avec le couple spécifié dans le manuel (attention aux unités : po-lb vs pi-lb).
5. Connecter le câble.
6. Effectuer un contrôle de continuité des câbles.
7. Effectuer un essai d'étincelle ("snap check") si la procédure l'exige.

• Dépannage d'un "No Light-Off" :

1. Vérifier le système d'allumage (étincelle).
2. Si l'allumage est fonctionnel, vérifier le système de carburant (vanne d'arrêt, régulateur de carburant, injecteurs).
3. Vérifier la rotation du moteur (démarreur, embrayage).

• Sécurité :
• Débrancher les câbles d'allumage des bougies avant toute maintenance pour éviter une décharge accidentelle, qui peut provoquer un incendie, une explosion ou un choc électrique mortel.
• S'assurer que l'interrupteur d'allumage est en position "OFF".

Relations entre les concepts

• Allumage et démarrage : Le système d'allumage et le système de démarrage sont interdépendants pour un démarrage réussi. Le démarreur fait tourner le moteur pour fournir le débit d'air nécessaire, tandis que le système d'allumage fournit l'étincelle pour enflammer le carburant. Un défaut dans l'un ou l'autre peut empêcher le démarrage.
• Causes des démarrages anormaux :
• Démarrage humide : Problème d'allumage (retard) ou de séquence (carburant avant allumage).
• Démarrage chaud : Problème de carburant (mélange trop riche).
• Démarrage suspendu : Problème de carburant (débit insuffisant pour l'accélération), de débit d'air (vanne de purge bloquée) ou de démarreur (désengagement prématuré).
• Maintenance et réglementation : Toute action de maintenance, du remplacement d'une bougie à la réparation d'un excitateur, est régie par les CARs et la Norme 571. Le technicien doit suivre les données approuvées, enregistrer le travail correctement et signer une main-d'œuvre de maintenance pour attester de la navigabilité de l'aéronef. Un défaut non conforme aux limites du manuel rend l'aéronef non navigable.