Circuit électrique avion : prothèses & allumage élec

[asaubesty]

Ce post est lié à celui sur les questions pour bien comprendre le fonctionnement électrique (la détection de panne électrique était le sujet de l'autre, celui-ci traite des allumages électroniques et des moyens de sécurisation).

Nous construisons un CNSK ("experimental" en kit français), et avons chois un moteur non-certifié américain, avec double allumage électronique de http://www.emagair.com/
Plus exactement, les magnétos sont remplacées par 2 éléments, connectés au moteur et à la clé comme des magnétos :

- Emag : allumage électronique nécessitant une alimentation 12V
- Pmag : allumage électronique ayant sa propre alimentation interne (qui utilise la connexion physique au moteur pour entrainer une génératrice, au fond comme une magnéto). En fonctionnement normal la Pmag est alimenté par la batterie mais une porte "OR" en entrée lui permet de tirer parti, en temps réel, du meilleur fournisseur d'énergie (batterie ou interne). Problème : ça ne marche qu'au-delà de 800tr/min.

Par rapport à des magnétos, les différences sont :
- alimentation électrique (auto-assurée sur la Pmag au-dessus de 800tr/min)
- connexion essence pour mesurer la PA et règler l'allumage en conséquence
- allumage variable suivant régime et PA (bien mieux que les 2 angles de la magnéto "démarrage ou croisière"). La puissance développée est supérieure, la consommation plus faible et le démarrage est plus facile. De plus on a un log consultable par ordinateur.
- la détection de la position est mécanique, comme pour une magnéto (pas de capteur externe)
- en cas de problème on peut remplacer facilement par une bonne vieille magnéto (mêmes connexions, sauf alim électrique et essence)

En gros la technologie employée correspond aux allumages électroniques des voitures d'il y a 30 ans.

Les tests magnétos se font de la même manière que sur un CDN, avec une différence : sur position "1" ou "2", on désactive l'alimentation de la Pmag, pour vérifier le fonctionnement de la génératrice interne de la Pmag (on le fait sur les 2 positions pour éviter les erreurs ; évidemment ça ne sert que sur une position). Lors du test la Pmag ou l'Emag sont mises à la masse sur une patte dédiée, mais leur alimentation n'est pas coupée (sauf test Pmag par interrupteur séparé). L'interrupteur de test Pmag est un MOM-on (donc il revient seul en position "ON") et est protégé par un capot rouge, façon "mise à feu".

Navré par le manque de redondance des circuits électriques CDN, on a cherché comment améliorer, surtout par rapport à la nécessité d'alimentation des allumages électroniques (800 tr/min mini pour l'auto-alimentation, on ne s'y fie pas ; en croisière c'est bien, mais en courte on peut passer en-dessous temporairement). Aux USA les constructeurs amateurs sont très nombreux, et ont un gourou nommé "l'ectric Bob".

En consultant ses notes et en adaptant à mes besoins, j'ai pensé à rajouter 2 interrupteurs (en plus du test Pmag mentionné plus haut) :

- un interrupteur "emergency engine", protégé par capot et bloqué par un sceau (pour s'assurer avant le vol qu'il n'ait pas servi), qui a 3 actions :
     * basculer l'alimentation de l'Emag sur une batterie jetable (comme les éléments de secours IFR sur DA40 ou DA42). Cette batterie, composée de 8 pites 1.5V duracell - comme sur DA40 - assure 12h d'autonomie du moteur. Par comparaison, sur un DA40 ou 42IFR, ces mêmes piles n'assurent que 1h30 d'autonomie de l'hrozion artificiel et de la flood light (indispensable en IFR de nuit).
     * alimenter le bus "engine essentials", qui comprend la Pmag et la pompe à carburant, en direct sur la batterie, sans passer par le relais batterie (donc en cas d'oublie la batterie se videra).
     * alimenter une lampe rouge d'alerte "emergency" (car à ce moment, on est en temps limité d'alimentation d'un des 2 allumages ; et comme ces allumages consomment même à l'arrêt, on videra la batterie si on reste dans cette position après l'arrêt du moteur. De plus un allumage est alimenté, donc toute manipulation d'hélice devient dangeureuse ; néanmoins si la clé est retirée l'Emag est à la masse, donc normalement dans l'impossibilité de démarrer - mais 2 précautions valent mieux....)

- un interrupteur "avionics backup", qui a 2 actions :
     * il permet d'alimenter le bus "avionics" en direct sur la batterie (pour assurer une redondance en cas de panne de relais batterie, d'excitation de relais batterie, ou d'interrupteur "avionics master").
     * Il allume une lampe orange, car son utilisation n'impacte pas le vol en conditions normales, mais videra la batterie à l'arrêt du moteur (faible consommation des allumages, même à l'arrêt).

Bien sûr un circuit n'a de sens qu'avec des procédures adaptées ; en gros, à part le test magnéto auquel on rajoute un test coupure Pmag pour contôler l'alimentation interne, les changements par rapport aux procédures d'un avion CDN sont :

- problème moteur ou électrique (lampe allumée ou problème moteur quelconque) : activer "emergency engine". Puis, si l'avionique n'est pas alimentée, utiliser "avionics backup". En cas d'arrêt moteur consécutif à la manipulation, revenir à la position précédente et couper les éléments non essentiels. En l'absence de changement rester sur "emergency". (En effet, si le voyant "pbm électrique" s'allume suite à une panne X, et que la batterie jetable est HS, et la Pmag également HS - donc triple panne - on peut couper le moteur avec le bouton emergency - dans ce cas mieux vaut alimenter l'Emag sur la batterie et la préserver en coupant transpondeur etc. )

- perte de l'avionique : activer "emergency engine" et "avionics backup". (Car on peut perdre l'alimentation électrique sans que le moteur s'arrête : la Pmag assure son alimentation, mais en courte on risque de passer momentanément en-dessous de 800 tr/min, du coup mieux vaut alimenter l'Emag sur secours, dans le doute).

Ca donne ça (il manque les lampes, une rouge sur le circuit emergency relié à la batterie principale, et une orange sur le circuit "avionics backup" ; l'interrupteur "avionics backup" s'appelle "alt feed" sur ce schéma, mais j'ai voulu le renommer car il n'est pas clair dans le contexte. Les 2 diodes ont pour but d'empêcher l'alimentation inverse du "main bus" par "l'engine essential bus" ou par "l'avionics bus" dans une position de secours des 2 interrupteurs en question) :




L'interrupteur "emergency" ressemblerait à celui des DA40 IFR et DA42 (d'ailleurs il se sert des mêmes piles duracell ; à gauche du badin de secours) :



L'interrupteur momentané "test Pmag", comme l'interrupteur "emergency engine", seraient protégés par un capot du genre :



L'interrupteur "avionics backup" n'empêchant pas le fonctionnement du vol, et allumant une alerte orange (pour éviter de décharger la batterie au sol), il serait de ce type :



Tout commentaire constructrif sera bienvenu!

Je précise : je suis, de formation, ingénieur en électronique, donc j'ai des bases mais je n'ai plus touché un câble depuis 10 ans (je bosse à France Telecom, dans la formation réseaux). Je consulte souvent des gars balaises en avionique, mais ils sont plus axés "numérique" que "petits coucous" (c'est dit affectueusement, pour lui comme pour mes chers petits coucous!). C'est pourquoi j'ai temps besoin de l'avis des "clédedouze"!

En déroulant des arbres de pannes dans les deux sens, je pense que ce circuit fonctionne bien, et comporte des procédures d'utilisation qui restent compatibles avec un club, moyennant une petite formation (sur support adapté, là j'ai tout mis en vrac mais on le présentera bien). Comme sur un CDN la double panne magnéto n'est pas gérée, mais les autres doubles pannes électriques, et triples pannes sont souvent contrôlées.

[Jean-François GEAY]

ton analyse est juste, mais trop compliquée.
Faut voir simple.
Là, faut que je dorme un peu, ce WE je vais me "buckeriser" un p'tit peu
Je reprend l'ensemble de tes réflexions dès mon retour.
mais je répète, revoie dans la simplicité
Une alerte basse, une alerte haute, point c'est tout.
Bien souvent, c'est juste l'alerte basse qui nous tombe sur la tête
L'over-voltage est relativement rare.

[S205R]

pourquoi faire simple quand on peut faire compliqué Moi aussi dodo

[andre44]

bonjour

Pour les Emag pourquoi te caser la tête a fournir une deuxieme alimentation
l'alimention 1 2volts sert pour le démarrage une fois le moteur en route le mag fournis sont courent
en vol pour fair baisser un moteur endessous de 800rpm , c'est de l'ouvrage completement reduit et plus que sur le stall..
l'avantage du Emag c'est sa puissante étincelle et le réglage d'avance automatique
il faut poser des bougies automobile NGK de14 mm avec les bagues 18/14 (celle d'avion ne supportent pas un écart de 1 mm des éléctrodes, cela saute dans les puits) je connais un gars qui a des Emg depuis 2 ans sur o-320 PA 18 il trés satisfait.

Pour la régulation protection voltage audessu de 16volts ? c'est des cas trés rare de voir le voltage monter trés haut , c'est souvent a cause d'un mauvais montage ou d'une fusible qui ne devait pas etre placer dans le circuit bus bar.
la plus part des régulateur que j'ai remplacé c'est parceque il conduisait plus zero voltage

En aucun cas le buse bar doit etre alimenter uniquement par l'alternateur , l'alternateur doit toujours rester en tampon sur la batterrie , et je ne vois pas comment on peut monter a 18 volts si on est connecter sur la batterrie même une batterrie presque morte.

Quand je vois des cosaques enlever une batterrie sur un auto en marche et fonctioner rien que sur l'alternateur ,c'est la meilleurs facon de tout fusiller l'éléctronique.
ou d'autre forgerons qui debranchent un file de bougie pour tester un moteur c'est la bonne facon pour faire sauter le module éléctronique d'ignition ..

Pour les alternateurs autofield (régulateur incorporé) ils sont défendu en aviation il faut absolument pouvoir couper l'éxitation du post de pilotage) j'en installe de Delco Remy autos sur des avions constructeurs amateurs mais ilsont modifier pour couper l'exitation.
les pannes les plus frequente sur les alternateurs régulateur fait défaut, diode qui brule ou deviennent court circuit (manque de ventillation ou surcharge)
Survoltage plutot rare ,même en automobile..

Trop de protections tu vas créer une source de problémes
Les alternateurs sont une technologie bien maitrisé robuste est fiable

[asaubesty]

J'ai oublié de préciser : il s'agit d'un CNSK prévu pour utilisation en club, et en école, avec allumage électronique. Donc il faut, logiquement, que la partie électrique soit très fiable et redondante. En gros, que la double panne d'allumage, aussi peu crédible que la double panne de magnéto, soit plus vraisemblable que la panne électrique. Avec 3 alimentations (batterie, génératrice interne pour la Pmag, et batterie jetable pour la Emag), on a un choix assez large... qui s'intègre facilement dans les procédures d'urgence.

Partant de là, par rapport au schéma traditionnel, il y a des ajouts : 2 interrupteurs, 2 diodes et 4 fils (presque rien par rapport au reste du câblage). L'"avionics backup" devrait d'ailleurs exister pour tout avion CDN, car sans avionique on est un peu perdu dans les CTR...

L'autre spécificité, le test de la génératrice P-mag, fait partie de la procédure de test au point d'arrêt : on veut vérifier que le moteur fonctionne, avec ses redondances. Avec un allumage électronique auto-alimenté passé 800tr, il faut vérifier avant de voler qu'il fonctionne.

L'accroissement de complexité, dérisoire si on regarde un circuit électrique d'avion, est encore plus faible comparé aux gains : la gestion de la triple panne électrique dans la plupart des cas, et de la double dans les autres, est tout de même plaisante, pour peu de changement des procédures.

La gestion overvoltage est prise en compte par un dispositif automatique (plus sain en voltige), et low voltage par l'alarme (mentionnée dans l'autre post). Les 2 interrupteurs "prothèse" offrent des redondances dont je ne vois pas de raisons de me priver, maintenant que je perce les trous du tableau de bord.

Je sais, ça parait complexe, mais dans le contexte, pas tellement. C'est un peu innovant, mais pas tant que ça. C'est bien plus redondant que les circuits des avions CDN, certainement, au prix de 3 check lists modifiées et de 2 interrupteurs.

Mais je suis ouvert à tout commentaire constructif! Merci d'avance aux clédedouze! J'ai des bases en élec, mais rien d'opérationnel en aviation, dans mon expérience.

[asaubesty]

Merci André!

Tu as peut-être vu les posts sur le forum, avec des vidéos de ma caméra ? Grâce à elle je constate que je flirte avec les 800 tr/min en courte. Du coup, pour un avion club, j'ai envie d'une protection supplémentaire, c'est trop proche de la coupure sur la Pmag. Avec une batterie jetable qui ne sera jamais sollicitée sauf urgence, et remplacée dans ce cas, (solution retenue en CDN), on est sûr d'avoir un moteur qui tourne au moins sur une patte à tout régime, pendant 12h.

La protection overvoltage, c'est comme payer une assurance : ça coute rien, et ça protège bien : si toute l'avionique crame, ça fait cher..... Et puis on n'a rien prévu d'autre pour détecter un problème de ce type (pas de voltmètre).
Hors de question d'enlever la batterie pour fonctionner juste sur l'alternateur! On n'est pas des cosaques, nous! Au contraire le circuit prévoit de pouvoir brancher la batterie sur les équipements essentiels même en cas de pannes multiples.

Le seul intérêt de couper l'alternateur est le survoltage, autant que je sache (mais je sais pas si parfois d'autres cas peuvent se présenter ? Tu peux me dire ?). Sans Voltmètre, impossible de s'en rendre compte. On a choisi de laisser la reponsabilité de cette coupure à un boitier électronique, parce qu'en voltige le pilote n'a que peu de temps pour vérifier les paramètres électriques (et pis on n'a pas de voltmètre!)

Les alternateurs auto-régulés sont répandus de nos jours aux US, en "experimental" ("construction amateur" aux US). On peut le couper en urgence grâce à un relais (source de panne, mais avec 12h d'autonomie sur "emergency" et génératrice Pmag.... pas si grave). Et puis sur notre moteur on avait que cette option. Par contre je ne sais pas si on doit prévoir cette coupure par le pilote (réputé peu fiable) ou par le système d'overvoltage uniquement ? Ou les 2 ?

PRECISION : les redondances de ce schéma ne peuvent être une source de panne, puisqu'elles se contentent de shunter les systèmes standards, d'offrir un chemin secondaire. Au pire, si elles ne fonctionnaient pas suite à une coupure, on serait juste dans le cas d'un avion CDN. Pas rassurant, mais enfin on vole comme ça d'habitude! Je prévois des diodes qui-vont-bien, car elles sont le seul impact des redondances sur le reste du circuit : http://www.periheliondesign.com/powerschottkydiodes.htm

Ma démarche est : si je fais une erreur, démontez mon argumentation SVP! Je compte bien voler sur cet avion, ainsi que les membres de mon club. Donc si je me plante, je veux qu'on me mette le nez dedans, à l 'avance, parce qu'en l'air il sera trop tard! Mais du coup je défends ce que je crois bien, jusqu'à ce qu'on puisse me convaincre (et je fais partie des 3 couillons qui feront les vols d'essai, alors je suis TRES réceptif).

Donc André, merci de me conseiller, j'essaie de frotter ce circuit aux connaisseurs... avant de le confronter aux réalités. Il est hors de question que mon épitaphe soit "il n'a pas écouté André et Jeff!"  Alors merci pour ta patience, et celle des autres contributeurs!

J'ai vraiment besoin qu'on m'explique si je me suis planté. Plus que ça, qu'on puisse me convaincre! Merci d'avance!

[malko05]

- problème moteur ou électrique (lampe allumée ou problème moteur quelconque) : activer "emergency engine". Puis, si l'avionique n'est pas alimentée, utiliser "avionics backup".En cas d'arrêt moteur consécutif à la manipulation, revenir à laposition précédente et couper les éléments non essentiels. En l'absencede changement rester sur "emergency". (En effet, si le voyant "pbmélectrique" s'allume suite à une panne X, et que la batterie jetableest HS, et la Pmag également HS - donc triple panne - on peut couper lemoteur avec le bouton emergency - dans ce cas mieux vaut alimenterl'Emag sur la batterie et la préserver en coupant transpondeur etc. )

-perte de l'avionique : activer "emergency engine" et "avionics backup".(Car on peut perdre l'alimentation électrique sans que le moteurs'arrête : la Pmag assure son alimentation, mais en courte on risque depasser momentanément en-dessous de 800 tr/min, du coup mieux vautalimenter l'Emag sur secours, dans le doute).

L'interrupteur"avionics backup" n'empêchant pas le fonctionnement du vol, et allumantune alerte orange (pour éviter de décharger la batterie au sol), ilserait de ce type :

Tout commentaire constructrif sera bienvenu!

J'ai bien peur qu'au sol les manips ci dessus te paraissent simple, mais qu'une fois en l'air ca soit une autre affaire. Imagine toi avec une panne a 1500ft, est-ce qu'il vaut mieux tenter de reparer (si tu t'en souviens !) ou vite chercher un endroit vachable.
Pour un avion perso ca peut s'envisager, et encore, pour un avion de club je dirais trop compliqué.

Je suis entrain de construire un kit, et j'ai fait le circuit electrique (inspiré du gourou Bob...), et ma philosophie c'est le plus simple possible, le moins d'elements, chaque elements du circuit ajouté est source de panne. De plus en l'air c'est tres difficile de "réparer" une panne, en plus du stress, de la conduite de la machine, du voir et eviter...

Ca n'est que mon avis !

Qu'est ce qui motive la non-utilisation d'un voltmetre ? Il me semble (comme bob !) que c'est le seul instrument reelement necessaire pour detecter un souçi electrique. en dessous de 13v -> ca ne charge pas -> vite trouver un terrain, en dessous de 12v encore plus vite. Au dessus de 15 ca va pas tarder a faire des degats, avec un overvoltage electronique ca ne devrait pas arriver. D'ailleur comment tu prevois de faire savoir au pilote que l'alternateur ne fait plus son boulot ?

[asaubesty]

Les procédures sont simples : problème électrique ou moteur, on active "emergency". Si on n'a toujours pas d'avionique, on active "avionics master".
C'est le seul rajout aux procédures "standards". Une ligne, c'est encore gérable, même en club.

La détection de voltage en-dessous de 13 détecte un peu tout avec le dispositif de coupure d'alternateur en surtension : si le régulateur déraille et que la tension monte, la coupure alternateur va la faire... redescendre, et allumer la lampe d'alarme.

Par principe, quand on rajoute un circuit, c'est vrai que c'est une source de panne. Mais si le circuit n'est qu'une voie parallèle au circuit principal, il ne peut générer de panne, juste un peu plus de câblage.

L'utilisation en l'air n'est pas plus complexe que ce qui se fait en CDN pour alimenter les éléments de secours d'un DA40 IFR. Avec un rappel sur le tableau c'est gérable.

Le problème c'est : que faire d'autre ? Le principe d'allumage électronique étant acquis, comment le sécuriser ?

[andre44]

Bonjour
Les alternateurs auto-régulés sont répandus de nos jours aux US, en "experimental" ("construction amateur" aux US). On peut le couper en urgence grâce à un relais (source de panne, mais avec 12h d'autonomie sur "emergency" et génératrice Pmag.... pas si grave). Et puis sur notre moteur on avait que cette option. Par contre je ne sais pas si on doit prévoir cette coupure par le pilote (réputé peu fiable) ou par le système d'overvoltage uniquement ? Ou les 2 ?

Couper uniquement le circuit de puissance d'un alternateur n'est pas la bonne methode
j'ai vue des alternateurs bruler et la courroie aussi sur une automobile, au démontage c'est le pont de diode qui est devenue courcircuit, (c'est rare)  , si on maintenant l'exitation dessus il y rien pour l'arretter ..
On doit imperativement couper le l'éxitation ,couper le gros file qui sort de l'alternateur n'est pas une protection suffisante.
Attention au autofeild le petit + que l'on envoie sur le regulateur ce n'est pas lui qu'il faut couper.
il sert uniquement a faire décoller l'alternateur plus vite au basse révolution , personellement je ne l'utilise pas ce file  sur un avion,
pour etre sécuritaire avec les Delco Remy autofield il faut couper une fil de balais et le faire passer par la switch field..     
Sur un avion il y a deux sources de courent qui alimente le buss bar, un vient de la batterrie et l'autre vient de l'alternateur, Certain constructeur pose un gros breaker ou fusible sur l'alimentation qui viend la batterrie et une breaker  également sur celui qui vient de l'alternateur qui sert éventuellement de coupure manuel.
Sur le circuit alternateur c'est correct au cas une masse dans le fil ou une diode court circuit cela empeche la batterrrie de retourner a l'alternateur
Mais sur le gros fil qui vient de la batterrie , c'est risqué de mettre une fusible ou un breaker
en cas de disjoncte du breaker ou fusible peter , le buse bar est alimenté uniquement par l'alternateur et la c'est dangereux pour toute l'équipement avionique.
en réalité ce qui a proteger sur un avion c'est l'équipement avionique et rarement cela demande un gros amperage donc la protection overvoltage devrait se faire que sur ces quelques circuits
La boite overvoltage est utilisé sur de nombreux motoneige  , il n'y a aucune regulation cela se fait par cette boite.. c'est un principe de diode  Zener et transitor de charge..

Je suis un peu étonné que tu arrive en vol a descendre les rpm aussi bas que 800rpm ,soit que l'avion a une vitesse d'approche faible ou une petite hélice a grand pas  , dans mon cas  rarement en dessous de 1000 rpm  même en diminuant a 100kmh , j'ai même reduis mon ralentie a 450rpm au sol (pour Lycoming cela fait trés limite cela flacote , mais cela me permet de rentrer dans  des trous de pistes en foret)          

Ancienement on installait des amperemetres  cela donnait une notion de ce qui entre et qui sort de la batterie ,mais l'installation et le cout sur les automobiles a fait que maintenant c'est un voltmetre ,moins couteux est plus facile a installer , de plus avec des alternateurs de 100amperes cela fait un filage assez consistant et un ampermentre aussi de taille  (bien que maintenant cela ne pose plus probléme )

Dans l'avionique, le materiel n'est pas aussi bien protégé que ce que l'on retrouve dans l'indutrie  
Même pas une diode interne pour proteger en cas d'inverssion de polarité , dans l'industrie de nombreux instrument son multicourrent ,on peut les alimenter de 32 a 8 volts AC ou DC , donc full protection
pourquoi sur des instruments de 5000 $ il ne font pas la même chose ?

Une parenthése sur les circuits électriques , dans l'industrie quand un fait un programe Siemens ou Alle bradlley , les 3/4 du programe servent a contrecarrer les erreures de l'operateur une faible partie du programe sert sert reellement a faire  fonctioner la machine, cela fait des circuits lourds et redondon
Siemens sont parmis les plus lourd..
En petite avaition on essaie de faire au plus simple, le moins de choses, moins de troubles
on se fie au pilote , dans l'industrie on fait des circuits (idiote prouve)

André




     

André

[E.T.]

hi,

en fait ton vrai problème c'ext de ne pas pouvoir faire de voltige vertical terrain. non ! (ok je raccourci un peu).


8=)

[asaubesty]

Merci André!
(Non "E.T.", on pense aussi faire des nav avec ce coucou)

Entre-temps j'ai reçu le schéma de l'alternateur, c'est un Mitsubishi vendu par Air-Tec.



Il a juste un fil rouge (mis à la batterie, fil de charge), un vert (excitation) et la masse.

Andre, sais-tu si ce modèle peut être coupé par le fil vert, en charge, sans l'endommager ?

(Et bien sûr, hors de question d'avoir un bus alimenté uniquement par l'alternateur ! Ca je savais!)

[Jacques HM Cohen]

Alan,
On te sent survolté par ton sujet!
J.

[denis r-e]

En tout cas c'est sympa de nous tenir au courant !

[René-Pierre Teindas]

Alan; pour info: compte-tenu que votre avion est sous CNRA, il existe (pour une bouchée de pain,comparé aux alt. avion) des alternateurs autos, avec accés externe à l'excitation (cosse) permettant la coupure par un inter.

Seule contrainte, trouver le modèle avec axe suffisament long, pour montage sur Lycoming.
J'ai supprimé l'alternateur Prestolite d'origine (suite à pb de régulateur) et fait ce montage sur mon taxi (IO320 B1A, même côtes que O360) et fait la mm chose sur l'avion d'un collègue (O235)

Info e MP si ça t'intéresse.

[Leon Robin]

Alan, On te sent survolté par ton sujet....

Alan est surtout très éclectique en ce moment. Il y a quinze jour, il promenait deux chèvres à travers les parkings de Cannes-Mandelieu, aujourd'hui il nous entretient d'alternateurs et d'allumage électronique.