Moteurs à air --- Moteurs à eau : Pourquoi ?

[MYR]

Pour ne pas alourdir un autre "Topic", Je reporte ici une de mes interrogations dont j'ai parlée à propos du Rotax (et autres moteurs), c'est à dire : Pourquoi avoir choisi cette architecture de moteur qui tourne vite pour ensuite devoir en réduire la vitesse ? Pourquoi y avoir mis un refroidissement par eau alors que d'autres moteurs arrivent à se refroidir par air ?
En effet, étant donné qu'un avion avance (contrairement à une voiture qui sera davantage prise dans les embouteillages) il y aura donc toujours un vent relatif. Pourquoi ne pas en profiter ? (trop simple ?)
Il semblerait que les problématiques "moteur qui tournent vite" et "moteur refroidis par eau" soient liées.
Quelles sont donc les limites "technologiques" (seuils de : course-alésage ? de taux de compression ? et d'autres facteurs ?) au delà desquels on est obligé de passer au refroidissement "eau" ? en dessous desquels ou peut-on passer au refroidissement "air" ?

[gtvmanu]

On pourrait en parler sur des centaines de pages.

Le mieux est que tu te procures de la littérature dédiée : cours de technologies moteurs, cours moteurs des formations spécifiques : DUT Thermique&Energie, Ecoles d'ingénieur aéro ou auto et enfin l'école du pétrole et des moteurs.

Pour tes questions, c'est un choix du motoriste suivant des compromis, un cahier des charges qui correspond à un besoin technique et un marché.

Chez rotax, on fait surtout des moteurs de moto neige donc ils connaissent les technos associées, ils restent donc dans ce schéma. La faible cylindrée, c'est mécanique, engendre un faible couple, donc il faut chercher la puissance dans les tours donc ça frotte plus, donc refroidissement liquide et réducteur ...

Après, sur les capacités chiffrées de telle ou telle technologie, on va vite arriver à des équations pour démontrer les avantages/inconvénients et ça donne vite des boutons aux lecteurs, difficile de trouver le bon compromis...

@+

[MYR]

Tant pis si je fais un hors sujet dans mon propre sujet,

Si tu me dis que "grosse cylindrée = davantage de couple" alors pourquoi est ce que les moteurs en prise directe à grosse cylindrée et qui ont quasiment deux fois plus de couple que le Rotax 912 ne font-il pas la différence, en raison justement de ce surcroit de couple !
En toute logique, ce sont ces moteurs qui devraient démonter de façon irréfutable leur supériorité lors des décollages ! (c'est tout de même un argument majeur de sécurité que de pouvoir démontrer un meilleur taux de montée et une plus faible distance de franchissement des obstacles)
Est-il si difficile de trouver une hélice adaptée à ces moteurs ? car quelque chose me dit que le noeud du problème se trouve à ce niveau.

[gtvmanu]

Je ne suis pas sûr de comprendre la question.

C'est certain : grosse cylindrée = couple.

Ensuite, sur les performances au décollage, ça dépend de bcp d'autres paramètres dont l'hélice et l'avion, si veux comparer l'influence d'un paramètre, il ne faut changer que ce paramètre.

Par exemple, pour comparer deux moteur, prends le même avion et la même hélice voire l'hélice la mieux adaptée au moteur, à ce titre une hélice à pas variable est un avantage certain !

Maintenant, le taux de montée n'est pas forcément l'élément de sécurité majeur. Moi je préfère monter moins bien mais être sûr qu'il ne va pas s'arrêter ...

@+

[MYR]

Je ne suis pas sûr de comprendre la question.

Je voulais dire que jusqu'à présent les moteurs à prise directe pour ULM souffrent -me semble t-il- d'une mauvaise réputation de performance.
Cette mauvaise réputation de performance me parait étrange car en principe (sauf si me trompe) le plus fort couple de ces moteurs (pour la même puissance) devrait se traduire par une plus forte capacité à faire tourner une hélice qui a une plus grosse résistance.
Par conséquent, si le moteur Jabiru n'a pas pu démonter ses meilleures performances au décollage, c'est peut-être à cause du mauvais choix des hélices. C'est pourquoi je me disais : "Est-il si difficile de trouver une hélice adaptée à ces moteurs ?"

En MP tu as les données complètes d'un problème particulier : tel moteur, tel avion.

[gtvmanu]

Je suis d'accord avec cette analyse. Par contre, le plus fort couple, c'est pour un faible régime, couple, régime, puissance sont liés : Puissance = Couple * Vitesse de rotation, soit P [watt] = C [Newton.mètre] * W [radians/seconde = 2 * pi * fréquence]. Ex. 200 Nm à 2500 trs/min correspondent à : 200 * (2500/60)*2*3.14 = 52.36 kW /0.736 = 71 cv.

Le mieux reste une série de mesures précises, ça fait taire les discours.

@+

[andre44]

Bonjour

Le Rotax a seulement les culasses refroidi a l'eau (la partie principale du moteur

Les constructeurs de  moteur avion, flat ont des contreintes dans leur dessin ,ils sont obligé de faire de moteurs super carré pour avoir un bloc plus compact des bielles plus courtes (éffet lateral important sur les cylindres) et aussi avoir un capot moteur, acceptable

Si on compare les dessins des moteurs des année 60 citroen DS19 qui avait les mêmes bloc moteur que la traction, la course etait de 100 mm alésage 80mm  pour des RPM de 4400 maximum  
un Lycoming o 290  0320  ont une course 98mm alesage de  125mm et 130m pour des moteurs qui tourne a 2600rpm. ces moteurs super carré sont défavorisés pour le rendement thermique  , le choix du constructeur a été de prioriser, fiabilitée , poids, encombrement, simplicité, qui sont la base d'un moteur d'avion ..

Mêms les moteurs d'avions, les plus repandu, posent des problémes d'adaptation d'hélice
Certain moteurs il est tres facile d'adapter une hélice C65 c90  O 320  O-360  
d'autre moteur trés limités sur le choix des hélices  Continental O-200    Franklin 125hp

Les hélices il y a la therorie, et ceux qui utilisent les avions , la bonne hélice tu le sais aprés en avoir essaié un grand nombres,   differrents diametres differrents pas,  cela marche toujours suivant l'usage que tu veux faire de l'avion , si tu l'utilise sur ski en montagne, c'est differrent de l'usage vol voyage sur grande piste asphalte , si tu utilise en hydravion comme un (Truck) 4X4  c'est encore autre chose ..

Interchange les hélices avec un J3 et un D112 et essaie les deux avions tu aurras ta reponse a tes questions ..  

Les théories sont differrentes suivant les pays..
Il y  a juste qu'a comparer  la sorte d'hélice que les Americains utilisent et la sorte d'hélice que les Europens utilisent .  
Exemple une hélice de cessna 180 . diametre 2,10m pourtant elle constant speed , pose une plus petite c'est plus le même avion (testé sur un Cyclone C180 constructeur amateur)  
Une hélice de Cessan 172 versus une hélice de DR400 ou encore de Piper sherokée
pourquoi les diametres sont si differrent ? sur les mêmes moteurs ? Pourtant les ingenieurs Europen ou Americain doivent avoir les mêmes bases de calcul ? pourquoi cette differrence?

André

[FAUCHERON]

Le vrai probleme se trouve au niveau du meilleur rendement d´une helice qui tourne plus lentement.

Regardez à quel regime l´ helice d´un Rotax va tourner a plein gaz : 2500-2600 tours, maxi grâce au reducteur.
et une helice sur une turbine ? autour des 2000 tours ! la aussi grace au reducteur.
Plus le regime de l´helice est bas, mieux est le rendement de l´helice.
Cela explique l´excellent rendement = couple du Rotax, malgré son haut regime moteur.

Le refroisidement liquide n´a pas tellement à voir avec le rendement. Ici le probleme majeur est que le moteur d´avion est sollicité au maximum lors du decollage et de la montée donc avec à vitesse réduite = flux d´air et refroidissesment reduit et c´est pas bon pour les culasses !
Il est un fait que le refroissement par liquide est plus efficace et regulier surtout pour les culasses.
le refroissment des culasses par liquide autorise de plus des compressions nettement plus elöevées allant jusqu´à 10:1 sans nuire aux culasses. Compression elevée = plus de puissance à regime élevé. Chose tres risquée sur des culasse refroidies par air.

Pour avoir un couple maxi à 2500-2600 tours il faut une grosse cylindée (comme sur les Lyco). Grosse cylindrée = poids pénalisant.

Mon moteur 2500 cc3 ( derivé du VW) a entrainement direct (90 cv a 3000 rpm) et 2600-2700 tours helice au sol ne peut pas concurencer avec un rotax 912 / 80 cv, ni en distance de decollage ni en montée initiale . Le Rotax est nettement superieur.
Par contre, en vol de croisiere et a meme vitesse sur le meme type d´appareil ( RF5) , mon Sauer 2500 consomme au moins 2 litres de moins que le Rotax 912 .
Quant au poids je dirais que mon Sauer 2500 en etat de fonctionnement est plus leger qu´un 912 !
PF

[casparalain]

Pour ne pas alourdir un autre "Topic", Je reporte ici une de mes interrogations dont j'ai parlée à propos du Rotax (et autres moteurs), c'est à dire : Pourquoi avoir choisi cette architecture de moteur qui tourne vite pour ensuite devoir en réduire la vitesse ? Pourquoi y avoir mis un refroidissement par eau alors que d'autres moteurs arrivent à se refroidir par air ?
En effet, étant donné qu'un avion avance (contrairement à une voiture qui sera davantage prise dans les embouteillages) il y aura donc toujours un vent relatif. Pourquoi ne pas en profiter ? (trop simple ?)
Il semblerait que les problématiques "moteur qui tournent vite" et "moteur refroidis par eau" soient liées.
Quelles sont donc les limites "technologiques" (seuils de : course-alésage ? de taux de compression ? et d'autres facteurs ?) au delà desquels on est obligé de passer au refroidissement "eau" ? en dessous desquels ou peut-on passer au refroidissement "air" ?

Le moteur refroidi eau a surtout un avantage de plus grande inertie thermique. Lors d'une descente tu dois prendre garde au choc thermique avec un moteur refroidi air moins avec un refroidi eau.

[gtvmanu]

Reprise d'un autre post :

Ca me fait bien marrer cet argument du choc thermique, c'est vrai que les lycosaures ça explose régulièrement pour cause de choc thermique .

D'abord seules les culasses sont refroidies par liquide sur le rotax, pas les cylindres, ensuite cela ne concerne que le cas de vol : descente plein réduit, touché, remise de gaz, soit en proportion un vol de temps en temps (hors école) et un faible pourcentage du temps de vol. Qui plus est, sur lyco il est très difficile de bien positionner correctement la manette des gazs (je ne parle mm pas de volets de capot s'il y en a) et celle de richesse pour pas que ça arrive !

Et pourtant, y compris en école, il y a de nbreux O200 qui font leur potentiel, cherchez l'erreur.

Qui plus est, par design, les lycausore compriment peu (rapport volumétrique de 6.5 à 7 pour 1 en moyenne) et brûlent de la 100 LL, alors que le rotax lui tourne presque deux fois plus vite et comprime à 9:1 et brûle du SP95, c'est pour ça qu'il a un ref. liquide : repousser les limites de cliquetis, absorber l'énergie due aux frottements à haut régime, point barre.

Et puis le volume de liquide de ref. est très faible : 1.5 L, en comparaison, regardes la surface développée par les ailettes sur un cylindre de lycosaure, je suis sûr que l'inertie thermique est la même voire supérieure ... Le mm lycausore ne sera pas en panne sur défaillance d'une durite, de l'échangeur, de la pompe, d'un joint, du joint de culasse etc ...

Le choc thermique c'est du pipo, un argument de commercial qui ne sait pas ce qu'est le transfert de chaleur.

Quand au Jabiru (comme n'importe quel moteur), suffit de voir sa courbe de couple et bien choisir l'hélice, c'est si compliqué ?

Quand aux pilotes d'essais, ils font le premier vol d'un moteur qd ce dernier a déjà accompli plusieurs centaines voire milliers d'heures sur banc d'essais, enfin, dans le monde du certifié ...

@+

[casparalain]

Oui mais on ne parle pas du monde des certifiés !

C'est sans aucun doute une des raison pour laquelle le Jabiru a tant de problèmes !
Chaud froid, pas toujours très bien refroidi, différend métaux qui ne se dilate pas de la même façon dans les changements de température etc et voilà pourquoi les possesseurs de Jabiru le regrette souvent (pas tous heureusement).

Sinon oui pilote d'essai car si au bout de 10 ans le Jabiru est toujours sur la corde raide (cela n'a pris que 2/3 ans pour le Rotax sans doute par leur expérience plus grande et sans doute aussi grace à des choix techniques) imaginont pour un tout nouveau moteur non conçu par un majeur du moteur ?
Personnellement je laisse ça aux autres.

[jiji66]

Il y avait un debat similaire avec Porsche lorsqu'ils ont abandones le refroidissement a air sur leur 911. Leurs clients etaient desesperes de devoir rouler avec un moteur a eau ..... Raisons sentimentales contre efficacite du refroidissement liquide; devinez qui a gagne !

[jiji66]

Tant pis si je fais un hors sujet dans mon propre sujet,

Si tu me dis que "grosse cylindrée = davantage de couple" alors pourquoi est ce que les moteurs en prise directe à grosse cylindrée et qui ont quasiment deux fois plus de couple que le Rotax 912 ne font-il pas la différence, en raison justement de ce surcroit de couple !
...............

Bonjour MYR,

J'ai l'impression que tu as oublie que sur un moteur qui n'est pas en prise directe, il y a un element mecanique qui s'apelle un reducteur. Un reducteur, c'est du poids en plus, c'est du rendement energetique en moins (si on pouvait s'en passer ce serait bien) mais ca a l'immence avantage d'adapter les vitesses de rotation et les couples du moteur aux helices.

Il semblerait que les problématiques "moteur qui tournent vite" et "moteur refroidis par eau" soient liées.
Quelles sont donc les limites "technologiques" .........

La problematique est plutot de comment evacuer les calories d'un moteur a forte densite enrgetique. Quant c'est gros et pas puissant c'est facile a refroidir avec de l'air. Quant c'est petit et puissant, il faut trouver un fluide caloporteur plus efficace que de l'air ....

jiji

[andre44]

Bonjour
La problematique est plutot de comment evacuer les calories d'un moteur a forte densite enrgetique. Quant c'est gros et pas puissant c'est facile a refroidir avec de l'air. Quant c'est petit et puissant, il faut trouver un fluide caloporteur plus efficace que de l'air ....

Pas certain de cela

dans un moteur donnée il sufit d'augementer legerment  le diametre du piston est la cylindrée double , mais la surface de la culasse et des parois du cylindre n'augmente pas en proportion.
La cylindre augmente au cube et la surface disponible de refroidissement au carré
Je sais tu vas me dire il n'y qu'a augmenter les ailettes.
Les anciens moteurs marchaient volontairement riche pour ne pas surchauffer

les avantage a liquide c'est une securité d'avoir une temperature constante autour des sieges de soupape échappement le liquide dépasse rarement les 105c

les inconveneants, cela prend un circuit radiateur et pompe a eau ect.. qui doit etre construit robuste aux vibration et aux fuites  source de probleme a long termes .  
un moins bon rendement thermique plus de pertes calorfiques
Avec un refroidissement air on peut maintenir les culasses plus chaude 350F ainsi que les cylindres du moment que l'on utilise des bonnes huiles , plus le moteur est chaud =moins de transfer de chaleur a l'exterieur
A air c'est la simplicité, il suffit de bien controler le débit d'air en fonction de la temperature (Ce que vous ne faite pas dans vos climat)

André

[jiji66]

Bonjour
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dans un moteur donnée il sufit d'augementer legerment  le diametre du piston est la cylindrée double , mais la surface de la culasse et des parois du cylindre n'augmente pas en proportion.
La cylindre augmente au cube et la surface disponible de refroidissement au carré
Je sais tu vas me dire il n'y qu'a augmenter les ailettes.

C'est ce qui se fait normalement et puis arrive un moment ou il n'y a plus asser de place
http://aviatechno.free.fr/constellation/moteurs.php

Les anciens moteurs marchaient volontairement riche pour ne pas surchauffer

Il fallait bien trouver une solution.

les avantage a liquide c'est une securité d'avoir une temperature constant eautourdes siege d esoupaoe échappement le liquide depasse rarement les 105c

La stabilite thermique est meilleure.

les inconveneants, cela prend un circuit radiateur et pompe a eau ect.. qui doit etre construit robuste au vibration et aus fuites  source de probleme a long termes .

De facon generale en mecanique; si un systeme est mal construit, c'est une source de problemes a long terme .... Qu'il y ait de l'eau ou pas ....

un moins bon rendement thermique plus de pertes calorfiques

C'est vrai . Le probleme est d'arriver a controler cette fichue temperature.

Avec un refroidissement air on peut maintenir les culasses plus chaude 350F ainsi que les cylindres du moment que l'on utilise des bonnes huiles  plus le moteur est chaud =moins de transfer de chaleur a l'exterieur
A air c'est la simplicité, il suffit de bien controler le débit d'air en fonction de la temperature (Ce que vous ne faite pas dans vos climat)

André

Lorsque je vois la multitude de paneaux mobiles installes sur les capots des moteurs en etoile pour essayer de reguler la temperature en controlant le flux d'air, je me dis que la simplicite du refroidissement a air rajoute de la complexite a l'exterieur !