Moteur d'avion ou groupe motopropulseur

Un moteur d'avion, ou groupe motopropulseur, produit une poussée pour propulser un avion. Les moteurs alternatifs et les turbopropulseurs fonctionnent en combinaison avec une hélice pour produire une poussée. Les turboréacteurs et les turbosoufflantes produisent une poussée en augmentant la vitesse de l'air circulant dans le moteur. Tous ces groupes motopropulseurs pilotent également les différents systèmes qui prennent en charge le fonctionnement d'un avion.

Moteurs alternatifs

La plupart des petits aéronefs sont conçus avec des moteurs alternatifs. Le nom est dérivé du mouvement de va-et-vient, ou alternatif, des pistons qui produit l'énergie mécanique nécessaire pour accomplir le travail.

Poussée par une revitalisation de l'industrie de l'aviation générale (GA) et des progrès dans la conception des matériaux et des moteurs, la technologie des moteurs à pistons s'est considérablement améliorée au cours des deux dernières décennies. L'intégration de systèmes informatisés de gestion du moteur a amélioré le rendement énergétique, réduit les émissions et réduit la charge de travail du pilote. 

Les moteurs alternatifs fonctionnent sur le principe de base de la conversion de l'énergie chimique (carburant) en énergie mécanique. Cette conversion se produit dans les cylindres du moteur par le processus de combustion. Les deux principales conceptions de moteurs alternatifs sont l'allumage par étincelle et l'allumage par compression. Le moteur alternatif à allumage par étincelle a servi de moteur de choix pendant de nombreuses années. Dans un effort pour réduire les coûts d'exploitation, simplifier la conception et améliorer la fiabilité, plusieurs fabricants de moteurs se tournent vers l'allumage par compression comme alternative viable. Souvent appelés moteurs à pistons à carburéacteur, les moteurs à allumage par compression ont l'avantage supplémentaire d'utiliser du diesel ou du carburéacteur facilement disponible et à moindre coût. 

Les principaux composants mécaniques de l'allumage par étincelle et du moteur à allumage par compression sont essentiellement les mêmes. Les deux utilisent des chambres de combustion cylindriques et des pistons qui parcourent la longueur des cylindres pour convertir le mouvement linéaire en mouvement rotatif du vilebrequin. La principale différence entre l'allumage par étincelle et l'allumage par compression est le processus d'allumage du carburant. Les moteurs à allumage par étincelle utilisent une bougie d'allumage pour allumer un mélange air-carburant pré-mélangé. (Le mélange air-carburant est le rapport du "poids" du carburant au "poids" de l'air dans le mélange à brûler.) Un moteur à allumage par compression comprime d'abord l'air dans le cylindre, élevant sa température à un degré nécessaire pour allumage automatique lors de l'injection de carburant dans le cylindre. 

Ces deux conceptions de moteurs peuvent être classées comme suit :

1. Disposition des cylindres par rapport au vilebrequin - radial, en ligne, en V ou opposé

2. Cycle de fonctionnement—deux ou quatre

3. Méthode de refroidissement—liquide ou air  

Les moteurs radiaux ont été largement utilisés pendant la Seconde Guerre mondiale et beaucoup sont encore en service aujourd'hui. Avec ces moteurs, une rangée ou des rangées de cylindres sont disposées selon un motif circulaire autour du carter. Le principal avantage d'un moteur radial est le rapport puissance / poids favorable.

Les moteurs en ligne ont une surface frontale relativement petite, mais leurs rapports puissance/poids sont relativement faibles. De plus, les cylindres les plus en arrière d'un moteur en ligne refroidi par air reçoivent très peu d'air de refroidissement, de sorte que ces moteurs sont normalement limités à quatre ou six cylindres. Les moteurs de type V fournissent plus de puissance que les moteurs en ligne et conservent toujours une petite zone frontale.

Des améliorations continues dans la conception des moteurs ont conduit au développement du moteur à opposition horizontale, qui reste le moteur alternatif le plus populaire utilisé sur les petits avions. Ces moteurs ont toujours un nombre pair de cylindres, puisqu'un cylindre d'un côté du carter « s'oppose » à un cylindre de l'autre côté. La majorité de ces moteurs sont refroidis par air et sont généralement montés en position horizontale lorsqu'ils sont installés sur des avions à voilure fixe. Les moteurs de type opposé ont des rapports puissance / poids élevés car ils ont un carter relativement petit et léger. De plus, la disposition compacte des cylindres réduit la zone frontale du moteur et permet une installation simplifiée qui minimise la traînée aérodynamique.

Selon le fabricant du moteur, tous ces agencements peuvent être conçus pour utiliser un allumage par étincelle ou par compression et fonctionner sur un cycle à deux ou quatre temps. 

Dans un moteur à deux temps, la conversion de l'énergie chimique en énergie mécanique se produit sur un cycle de fonctionnement à deux temps. Les processus d'admission, de compression, de puissance et d'échappement se produisent en seulement deux temps du piston plutôt que les quatre temps les plus courants. Parce qu'un moteur à deux temps a une course motrice à chaque révolution du vilebrequin, il a généralement un rapport puissance / poids plus élevé qu'un moteur à quatre temps comparable. En raison de l'inefficacité inhérente et des émissions disproportionnées des premières conceptions, l'utilisation du moteur à deux temps a été limitée dans l'aviation. 

Les progrès récents dans la conception des matériaux et des moteurs ont réduit bon nombre des caractéristiques négatives associées aux moteurs à deux temps. Les moteurs à deux temps modernes utilisent souvent des carters d'huile, des pompes à huile et des systèmes de lubrification alimentés sous pression. L'utilisation de l'injection directe de carburant et de l'air sous pression, caractéristique des moteurs à allumage par compression avancés, fait des moteurs à allumage par compression à deux temps une alternative viable aux conceptions d'allumage par étincelle à quatre temps plus courantes.

Les moteurs à quatre temps à allumage par étincelle restent la conception la plus couramment utilisée en GA aujourd'hui. Les pièces principales d'un moteur alternatif à allumage par étincelle comprennent les cylindres, le carter et le boîtier d'accessoires. Les soupapes d'admission/d'échappement, les bougies d'allumage et les pistons sont situés dans les cylindres. Le vilebrequin et les bielles sont situés dans le carter. Les magnétos sont normalement situés sur le boîtier d'accessoires du moteur.    

Dans un moteur à quatre temps, la conversion de l'énergie chimique en énergie mécanique se produit sur un cycle de fonctionnement à quatre temps. Les processus d'admission, de compression, de puissance et d'échappement se produisent en quatre courses distinctes du piston dans l'ordre suivant.

1. La course d'admission commence lorsque le piston commence sa course vers le bas. Lorsque cela se produit, la soupape d'admission s'ouvre et le mélange air-carburant est aspiré dans le cylindre.

2. La course de compression commence lorsque la soupape d'admission se ferme et que le piston commence à revenir vers le haut du cylindre. Cette phase du cycle est utilisée pour obtenir une puissance de sortie beaucoup plus grande du mélange carburant-air une fois qu'il est enflammé.

3. La course motrice commence lorsque le mélange air-carburant est enflammé. Cela provoque une énorme augmentation de pression dans le cylindre et force le piston vers le bas loin de la culasse, créant la puissance qui fait tourner le vilebrequin. 

4. La course d'échappement est utilisée pour purger le cylindre des gaz brûlés. Il commence lorsque la soupape d'échappement s'ouvre et que le piston recommence à se déplacer vers la culasse. 

Même lorsque le moteur tourne à un régime assez bas, le cycle à quatre temps se répète plusieurs centaines de fois par minute. Dans un moteur à quatre cylindres, chaque cylindre fonctionne sur une course différente. La rotation continue d'un vilebrequin est maintenue par la synchronisation précise des courses motrices dans chaque cylindre. Le fonctionnement continu du moteur dépend du fonctionnement simultané des systèmes auxiliaires, y compris les systèmes d'admission, d'allumage, de carburant, d'huile, de refroidissement et d'échappement.    

La dernière avancée en matière de moteurs à pistons pour avions a été lancée au milieu des années 1960 par Frank Thielert, qui s'est tourné vers l'industrie automobile pour obtenir des réponses sur la manière d'intégrer la technologie diesel dans un moteur d'avion. L'avantage d'un moteur à piston diesel réside dans la similitude physique du diesel et du kérosène. Les aéronefs équipés d'un moteur à pistons diesel fonctionnent au kérosène de carburant d'aviation standard, ce qui offre une plus grande indépendance, une plus grande fiabilité, une consommation réduite et des économies de coûts d'exploitation.

En 1999, Thielert a formé Thielert Aircraft Engines (TAE) pour concevoir, développer, certifier et fabriquer un tout nouveau moteur à cycle diesel à combustion Jet-A (également connu sous le nom de moteur à pistons à réaction) pour l'industrie GA. En mars 2001, le premier prototype de moteur est devenu le premier moteur diesel certifié depuis la Seconde Guerre mondiale. TAE continue de concevoir et de développer des moteurs à cycle diesel et d'autres motoristes, tels que la Société de Motorisations Aéronautiques (SMA), proposent désormais également des moteurs à pistons à réaction. Les moteurs TAE peuvent être trouvés sur le Diamond DA40 single et le DA42 Twin Star; le premier moteur diesel à faire partie du certificat de type d'un nouvel avion de fabricant d'équipement d'origine (OEM).

Ces moteurs ont également pris pied sur le marché de la rénovation avec un certificat de type supplémentaire (STC) pour remotoriser les modèles Cessna 172 et la famille Piper PA-28. La technologie du moteur à pistons à réaction a continué de progresser et une commande numérique du moteur à pleine autorité ( FADEC , discutée plus en détail plus loin dans le chapitre) est standard sur ces avions équipés, ce qui minimise les complications de la commande du moteur. En 2007, divers avions à pistons à réaction avaient enregistré plus de 600 000 heures de service. 

Hélice

L'hélice est un profil aérodynamique rotatif, sujet à la traînée induite, aux décrochages et à d'autres principes aérodynamiques qui s'appliquent à tout profil aérodynamique. Il fournit la poussée nécessaire pour tirer ou, dans certains cas, pousser l'avion dans les airs. La puissance du moteur est utilisée pour faire tourner l'hélice, qui à son tour génère une poussée très similaire à la manière dont une aile produit de la portance. La quantité de poussée produite dépend de la forme du profil aérodynamique, de l'angle d'attaque (AOA) de la pale de l'hélice et des révolutions par minute (rpm) du moteur. L'hélice elle-même est tordue de sorte que l'angle de la pale change d'un moyeu à l'autre. Le plus grand angle d'incidence, ou le pas le plus élevé, est au moyeu tandis que le plus petit angle d'incidence ou le plus petit pas est à la pointe.

La raison de la torsion est de produire une portance uniforme du moyeu à la pointe. Lorsque la lame tourne, il y a une différence dans la vitesse réelle des différentes parties de la lame. La pointe de la pale se déplace plus rapidement que la partie proche du moyeu, car la pointe parcourt une plus grande distance que le moyeu dans le même laps de temps. La modification de l'angle d'incidence (pas) du moyeu à la pointe pour correspondre à la vitesse produit une portance uniforme sur toute la longueur de la lame. Une pale d'hélice conçue avec le même angle d'incidence sur toute sa longueur serait inefficace car à mesure que la vitesse augmente en vol, la partie près du moyeu aurait un AOA négatif tandis que l'extrémité de la pale serait calée. Les petits aéronefs sont équipés de l'un des deux types d'hélices : à pas fixe ou à pas réglable.

Hélice à pas fixe

Une hélice à angles de pales fixes est une hélice à pas fixe. Le pas de cette hélice est fixé par le constructeur et ne peut pas être modifié. Étant donné qu'une hélice à pas fixe n'atteint le meilleur rendement qu'à une combinaison donnée de vitesse et de régime, le réglage du pas est idéal ni pour la croisière ni pour la montée. Ainsi, l'avion souffre un peu dans chaque catégorie de performances. L'hélice à pas fixe est utilisée lorsqu'un faible poids, la simplicité et un faible coût sont nécessaires.

Il existe deux types d'hélices à pas fixe : montée et croisière. Le fait que l'avion soit équipé d'une hélice de montée ou de croisière dépend de son utilisation prévue. L'hélice de montée a un pas plus faible, donc moins de traînée. Moins de traînée se traduit par un régime plus élevé et une plus grande capacité de puissance, ce qui augmente les performances lors des décollages et des montées, mais diminue les performances pendant le vol de croisière. 

L'hélice de croisière a un pas plus élevé, donc plus de traînée. Plus de traînée se traduit par un régime plus bas et moins de capacité de puissance, ce qui diminue les performances lors des décollages et des montées, mais augmente l'efficacité pendant le vol de croisière. 

L'hélice est généralement montée sur un arbre, qui peut être une extension du vilebrequin du moteur. Dans ce cas, le régime de l'hélice serait le même que le régime du vilebrequin. Sur certains moteurs, l'hélice est montée sur un arbre en prise avec le vilebrequin du moteur. Dans ce type, le régime de l'hélice est différent de celui du moteur. 

Dans une hélice à pas fixe, le tachymètre est l'indicateur de la puissance du moteur. Un tachymètre est calibré en centaines de tr/min et donne une indication directe du régime du moteur et de l'hélice. L'instrument est codé par couleur avec un arc vert indiquant le régime maximal de fonctionnement continu. Certains tachymètres ont des marquages ​​supplémentaires pour refléter les limitations du moteur et/ou de l'hélice. Les recommandations du fabricant doivent être utilisées comme référence pour clarifier tout malentendu concernant les marquages ​​du tachymètre.    

Le régime est régulé par la manette des gaz, qui contrôle le débit d'air carburant vers le moteur. À une altitude donnée, plus la lecture du tachymètre est élevée, plus la puissance de sortie du moteur est élevée.

Lorsque l'altitude de fonctionnement augmente, le tachymètre peut ne pas afficher la puissance de sortie correcte du moteur. Par exemple, 2 300 tr/min à 5 000 pieds produisent moins de puissance que 2 300 tr/min au niveau de la mer car la puissance dépend de la densité de l'air. La densité de l'air diminue à mesure que l'altitude augmente et une diminution de la densité de l'air (altitude de densité plus élevée) diminue la puissance de sortie du moteur. Au fur et à mesure que l'altitude change, la position de la manette des gaz doit être modifiée pour maintenir le même régime. Au fur et à mesure que l'altitude augmente, la manette des gaz doit être davantage ouverte pour indiquer le même régime qu'à une altitude inférieure. 

Hélice à pas réglable 

L'hélice à pas réglable était le précurseur de l'hélice à vitesse constante. Il s'agit d'une hélice à pales dont le pas est réglable au sol moteur arrêté, mais non réglable en vol. Il est également appelé hélice réglable au sol. Dans les années 1930, les inventeurs pionniers de l'aviation posaient les bases des mécanismes de changement de pas automatiques, c'est pourquoi le terme fait parfois référence aux hélices modernes à vitesse constante réglables en vol. 

Les premiers systèmes d'hélices à pas réglable ne fournissaient que deux réglages de pas : bas et haut. Aujourd'hui, la plupart des systèmes d'hélices à pas réglable sont capables d'une gamme de réglages de pas.

Une hélice à vitesse constante est une hélice à pas réglable dont le pas est automatiquement varié en vol par un régulateur maintenant un régime constant malgré des charges d'air variables. C'est le type le plus courant d'hélice à pas réglable. Le principal avantage d'une hélice à vitesse constante est qu'elle convertit un pourcentage élevé de puissance au frein (BHP) en puissance de poussée (THP) sur une large gamme de combinaisons de régime et de vitesse. Une hélice à vitesse constante est plus efficace que les autres hélices car elle permet de sélectionner le régime moteur le plus efficace pour les conditions données. 

Un avion avec une hélice à vitesse constante a deux commandes : la manette des gaz et la commande de l'hélice. La manette des gaz contrôle la puissance de sortie et la commande de l'hélice régule le régime moteur. Cela régule le régime de l'hélice, qui est enregistré sur le tachymètre. 

Une fois qu'un régime spécifique est sélectionné, un régulateur ajuste automatiquement l'angle des pales de l'hélice si nécessaire pour maintenir le régime sélectionné. Par exemple, après avoir réglé le régime souhaité pendant le vol de croisière, une augmentation de la vitesse ou une diminution de la charge de l'hélice entraîne une augmentation de l'angle des pales de l'hélice nécessaire pour maintenir le régime sélectionné. Une réduction de la vitesse ou une augmentation de la charge de l'hélice entraîne une diminution de l'angle des pales de l'hélice.

La plage de vitesse constante de l'hélice, définie par les butées de pas haut et bas, est la plage d'angles de pale possibles pour une hélice à vitesse constante. Tant que l'angle des pales de l'hélice se situe dans la plage de vitesse constante et non contre l'une ou l'autre des butées de pas, un régime moteur constant est maintenu. Si les pales de l'hélice entrent en contact avec une butée de pas, le régime du moteur augmentera ou diminuera selon le cas, avec les changements de vitesse et de charge de l'hélice. Par exemple, une fois qu'un régime spécifique a été sélectionné, si la vitesse de l'avion diminue suffisamment pour faire tourner les pales de l'hélice jusqu'à ce qu'elles entrent en contact avec la butée de petit pas, toute diminution supplémentaire de la vitesse entraînera une diminution du régime moteur de la même manière que si une hélice à pas fixe ont été installés. Il en va de même lorsqu'un aéronef équipé d'une hélice à vitesse constante accélère à une vitesse plus élevée. Au fur et à mesure que l'avion accélère, l'angle des pales de l'hélice augmente pour maintenir le régime sélectionné jusqu'à ce que la butée de grand pas soit atteinte. Une fois que cela se produit, l'angle des pales ne peut plus augmenter et le régime du moteur augmente. 

Sur les aéronefs équipés d'une hélice à vitesse constante, la puissance de sortie est contrôlée par la manette des gaz et indiquée par une jauge de pression d'admission. La jauge mesure la pression absolue du mélange carburant-air à l'intérieur du collecteur d'admission et est plus correctement une mesure de la pression absolue du collecteur (MAP). À un régime et à une altitude constants, la quantité de puissance produite est directement liée au mélange air-carburant fourni à la chambre de combustion. Au fur et à mesure que le réglage de l'accélérateur est augmenté, plus de carburant et d'air circulent vers le moteur et la MAP augmente. Lorsque le moteur ne tourne pas, le manomètre du collecteur indique la pression de l'air ambiant (c'est-à-dire 29,92 pouces de mercure (29,92 "Hg)). Lorsque le moteur démarre, l'indication de la pression du collecteur diminue jusqu'à une valeur inférieure à la pression ambiante (c'est-à-dire au ralenti à 12 "Hg).

Le manomètre du collecteur est codé par couleur pour indiquer la plage de fonctionnement du moteur. La face du manomètre du collecteur contient un arc vert pour indiquer la plage de fonctionnement normale et une ligne radiale rouge pour indiquer la limite supérieure de la pression du collecteur. 

Pour un régime donné, il existe une pression d'admission qui ne doit pas être dépassée. Si la pression du collecteur est excessive pour un régime donné, la pression à l'intérieur des cylindres pourrait être dépassée, ce qui exercerait une contrainte excessive sur les cylindres. Si elle est répétée trop fréquemment, cette contrainte peut affaiblir les composants du cylindre et éventuellement provoquer une panne du moteur. 

Un pilote peut éviter les conditions qui surchargent les cylindres en étant constamment conscient du régime, en particulier lors de l'augmentation de la pression d'admission. Consultez les recommandations du fabricant pour les réglages de puissance d'un moteur particulier afin de maintenir la bonne relation entre la pression d'admission et le régime. 

Lorsque la pression d'admission et le régime doivent être modifiés, évitez la surcharge du moteur en effectuant les réglages de puissance dans le bon ordre :

• Lorsque les réglages de puissance diminuent, réduisez la pression du collecteur avant de réduire le régime. Si le régime est réduit avant la pression d'admission, la pression d'admission augmente automatiquement, dépassant éventuellement les tolérances du fabricant.   

• Lorsque les réglages de puissance sont augmentés, inversez l'ordre—augmentez d'abord le régime moteur, puis la pression d'admission.

• Pour éviter d'endommager les moteurs radiaux, minimisez le temps de fonctionnement au régime maximal et à la pression d'admission maximale, et évitez le fonctionnement au régime maximal et à la pression d'admission basse.

Les recommandations du fabricant du moteur et/ou de la cellule doivent être suivies pour éviter une usure, une fatigue et des dommages importants aux moteurs à pistons hautes performances. 

Survitesse de l'hélice dans les avions à moteur à pistons

Le 17 mars 2010, la Federal Aviation Administration (FAA) a publié le bulletin d'information spécial sur la navigabilité (SAIB) CE-10-21. Le sujet était Hélices/Propulseurs ; Survitesse d'hélice dans les avions à moteur à pistons pour alerter les opérateurs, les pilotes et les constructeurs d'avions des préoccupations concernant une réponse optimale à une survitesse d'hélice dans les avions à moteur à pistons avec des hélices à pas variable. Bien qu'un SAIB ne soit pas de nature réglementaire, la FAA recommande que les informations soient lues et prises en considération pour la sécurité du vol.

Le document explique qu'un avion monomoteur a subi une survitesse d'hélice lors d'un vol de croisière à 7 000 pieds. Le pilote a signalé que l'application de la manette des gaz a entraîné une survitesse de l'hélice sans poussée appréciable. Le pilote a tenté de planer vers un aéroport voisin et a établi la vitesse de «meilleur plané» de 110 nœuds, tel que publié dans le manuel d'utilisation du pilote (POH), mais n'a pas pu atteindre l'aéroport et a été contraint d'effectuer un atterrissage hors terrain. 

Il a en outre été expliqué qu'il avait été déterminé que l'hélice avait subi une défaillance entraînant le déplacement du mécanisme de changement de pas des pales vers la position d'arrêt de petit pas. Cela a amené l'hélice à fonctionner comme une hélice à pas fixe de sorte qu'elle change de régime avec les changements de puissance et de vitesse. Le réglage de pas faible permet une puissance maximale au décollage mais peut entraîner une survitesse de l'hélice à une vitesse plus élevée. 

Une évaluation des performances des conditions de vol a été effectuée pour le modèle d'avion particulier impliqué dans cet incident. Cette évaluation a indiqué qu'une vitesse inférieure à la meilleure vitesse de plané aurait entraîné une augmentation de la poussée permettant au pilote de maintenir le vol en palier. Il existe de nombreuses variables dans les avions, les moteurs et les hélices qui affectent les performances des avions. Pour certains modèles d'avions, la meilleure vitesse de plané publiée peut ne pas être suffisamment basse pour générer une poussée adéquate pour une installation d'hélice donnée dans cette situation (pales d'hélice en position d'arrêt à petit pas). 

Les exploitants d'aéronefs équipés d'hélices à pas variable doivent savoir que, dans certains cas de survitesse d'hélice, la vitesse nécessaire pour maintenir le vol en palier peut être différente de la vitesse associée à la meilleure vitesse de plané moteur en panne. Les procédures d'urgence appropriées doivent être suivies pour atténuer la situation d'urgence en cas de survitesse de l'hélice ; cependant, les pilotes doivent être conscients qu'une certaine réduction de la vitesse anémométrique peut entraîner la poursuite d'un vol et d'un atterrissage en toute sécurité. La détermination d'une vitesse anémométrique plus appropriée que la meilleure vitesse de plané moteur en panne ne doit être effectuée qu'à une altitude de sécurité lorsque le pilote a le temps de déterminer une autre ligne de conduite autre que l'atterrissage immédiat. 

Systèmes d'induction 

Le système d'induction fait entrer de l'air de l'extérieur, le mélange avec du carburant et délivre le mélange air-carburant au cylindre où se produit la combustion. L'air extérieur pénètre dans le système d'admission par un orifice d'admission à l'avant du capot moteur. Ce port contient normalement un filtre à air qui empêche l'entrée de poussière et d'autres corps étrangers. Étant donné que le filtre peut occasionnellement se boucher, une autre source d'air doit être disponible. Habituellement, l'air alternatif provient de l'intérieur du capot moteur, où il contourne un filtre à air bouché. Certaines sources d'air alternatives fonctionnent automatiquement, tandis que d'autres fonctionnent manuellement. 

Deux types de systèmes d'induction sont couramment utilisés dans les moteurs de petits avions : 

1. Le système de carburateur mélange le carburant et l'air dans le carburateur avant que ce mélange n'entre dans le collecteur d'admission. 

2. Le système d'injection de carburant mélange le carburant et l'air immédiatement avant l'entrée dans chaque cylindre ou injecte le carburant directement dans chaque cylindre. 

Systèmes de carburateur 

Les carburateurs d'avion sont séparés en deux catégories : les carburateurs à flotteur et les carburateurs à pression. Les carburateurs à flotteur, équipés de systèmes de ralenti, d'accélération, de contrôle de mélange, de coupure de ralenti et d'enrichissement de puissance, sont les plus courants des deux types de carburateurs. Les carburateurs à pression ne se trouvent généralement pas sur les petits avions. La différence fondamentale entre un carburateur à flotteur et un carburateur à pression est la livraison de carburant. Le carburateur à pression délivre du carburant sous pression par une pompe à carburant. 

Lors du fonctionnement du système de carburateur à flotteur, l'air extérieur traverse d'abord un filtre à air, généralement situé au niveau d'une prise d'air dans la partie avant du capot moteur. Cet air filtré s'écoule dans le carburateur et à travers un venturi, une gorge étroite dans le carburateur. Lorsque l'air s'écoule à travers le venturi, une zone de basse pression est créée qui force le carburant à s'écouler à travers un jet de carburant principal situé au col. Le carburant s'écoule ensuite dans le courant d'air où il est mélangé à l'air en circulation. 

Le mélange carburant-air est ensuite aspiré à travers le collecteur d'admission et dans les chambres de combustion où il est enflammé. Le carburateur à flotteur tire son nom d'un flotteur qui repose sur le carburant dans la chambre du flotteur. Une aiguille fixée au flotteur ouvre et ferme une ouverture au fond de la cuve du carburateur. Cela mesure la quantité de carburant entrant dans le carburateur, en fonction de la position du flotteur, qui est contrôlée par le niveau de carburant dans la chambre du flotteur. Lorsque le niveau de carburant force le flotteur à monter, la soupape à pointeau ferme l'ouverture de carburant et coupe le débit de carburant vers le carburateur. La soupape à pointeau s'ouvre à nouveau lorsque le moteur a besoin de carburant supplémentaire. Le débit du mélange carburant-air vers les chambres de combustion est régulé par le papillon des gaz, qui est contrôlé par la manette des gaz dans le poste de pilotage. 

Le carburateur à flotteur présente plusieurs inconvénients distincts. Premièrement, ils ne fonctionnent pas bien lors de manœuvres brusques. Deuxièmement, le refoulement du carburant à basse pression conduit à une vaporisation incomplète et à des difficultés de refoulement du carburant dans certains types de systèmes suralimentés. Le principal inconvénient du carburateur à flotteur, cependant, est sa tendance au givrage. Étant donné que le carburateur à flotteur doit décharger le carburant à un point de basse pression, la buse de décharge doit être située au col du venturi et le papillon des gaz doit être du côté moteur de la buse de décharge. Cela signifie que la chute de température due à la vaporisation du carburant a lieu à l'intérieur du venturi. En conséquence, de la glace se forme facilement dans le venturi et sur le papillon des gaz. 

Un carburateur à pression décharge le carburant dans le courant d'air à une pression bien supérieure à la pression atmosphérique. Cela se traduit par une meilleure vaporisation et permet la décharge de carburant dans le flux d'air du côté moteur du papillon des gaz. Avec la buse de refoulement dans cette position, la vaporisation du carburant a lieu après que l'air a traversé le papillon des gaz et à un point où la chute de température est compensée par la chaleur du moteur. Ainsi, le danger de givrage par vaporisation de carburant est pratiquement éliminé. Les effets des manœuvres rapides et de l'air rugueux sur les carburateurs à pression sont négligeables, car leurs chambres à carburant restent remplies dans toutes les conditions de fonctionnement. 

Contrôle du mélange 

Les carburateurs sont normalement calibrés à la pression d'air au niveau de la mer où le rapport de mélange carburant-air correct est établi avec la commande de mélange réglée sur la position FULL RICH. Cependant, à mesure que l'altitude augmente, la densité de l'air entrant dans le carburateur diminue, tandis que la densité du carburant reste la même. Cela crée un mélange progressivement plus riche qui peut entraîner une rugosité du moteur et une perte de puissance appréciable. La rugosité est normalement due à l'encrassement des bougies d'allumage dû à une accumulation excessive de carbone sur les bougies. L'accumulation de carbone se produit parce que le mélange riche abaisse la température à l'intérieur du cylindre, inhibant la combustion complète du carburant. Cette condition peut se produire pendant le point fixe avant le décollage dans les aéroports à haute altitude et pendant les montées ou les vols de croisière à haute altitude. Pour maintenir le bon mélange carburant-air, le mélange doit être appauvri à l'aide de la commande de mélange. L'appauvrissement du mélange diminue le débit de carburant, ce qui compense la diminution de la densité de l'air à haute altitude.

Lors d'une descente de haute altitude, le mélange carburant-air doit être enrichi, sinon il peut devenir trop pauvre. Un mélange trop pauvre provoque une détonation, ce qui peut entraîner un fonctionnement irrégulier du moteur, une surchauffe et/ou une perte de puissance. La meilleure façon de maintenir le bon mélange carburant-air est de surveiller la température du moteur et d'enrichir le mélange au besoin. Un bon contrôle du mélange et une meilleure économie de carburant pour les moteurs à injection de carburant peuvent être obtenus en utilisant une jauge de température des gaz d'échappement (EGT). Le processus de réglage du mélange pouvant varier d'un aéronef à l'autre, il est important de se référer au manuel de vol de l'avion (AFM) ou au POH pour déterminer les procédures spécifiques à un aéronef donné. 

Givrage du carburateur     

Comme mentionné précédemment, un inconvénient du carburateur à flotteur est sa tendance au givrage. La glace du carburateur se produit en raison de l'effet de la vaporisation du carburant et de la diminution de la pression d'air dans le venturi, ce qui provoque une forte chute de température dans le carburateur. Si la vapeur d'eau dans l'air se condense lorsque la température du carburateur est égale ou inférieure au point de congélation, de la glace peut se former sur les surfaces internes du carburateur, y compris le papillon des gaz.

La pression d'air réduite, ainsi que la vaporisation du carburant, contribuent à la diminution de la température dans le carburateur. De la glace se forme généralement à proximité du papillon des gaz et dans le col du venturi. Cela limite le débit du mélange air-carburant et réduit la puissance. Si suffisamment de glace s'accumule, le moteur peut cesser de fonctionner. La glace du carburateur est plus susceptible de se produire lorsque les températures sont inférieures à 70 degrés Fahrenheit (°F) ou 21 degrés Celsius (°C) et que l'humidité relative est supérieure à 80 %. En raison du refroidissement soudain qui se produit dans le carburateur, le givrage peut se produire même à des températures de l'air extérieur aussi élevées que 100 °F (38 °C) et une humidité aussi basse que 50 %. Cette chute de température peut atteindre 60 à 70 degrés Fahrenheit absolus (par opposition à relatifs) (70 x 100/180 = 38.

La première indication de givrage du carburateur dans un avion à hélice à pas fixe est une diminution du régime moteur, qui peut être suivie d'une rugosité du moteur. Dans un avion avec une hélice à vitesse constante, le givrage du carburateur est généralement indiqué par une diminution de la pression d'admission, mais pas de réduction du régime. Le pas de l'hélice est automatiquement ajusté pour compenser la perte de puissance. Ainsi, un régime constant est maintenu. Bien que le givrage du carburateur puisse se produire à n'importe quelle phase du vol, il est particulièrement dangereux lors de l'utilisation d'une puissance réduite lors d'une descente. Dans certaines conditions, la glace du carburateur peut s'accumuler sans être remarquée jusqu'à ce que la puissance soit ajoutée. Pour lutter contre les effets de la glace du carburateur, les moteurs équipés de carburateurs à flotteur utilisent un système de chauffage du carburateur. 

Chaleur du carburateur 

La chaleur du carburateur est un système antigivrage qui préchauffe l'air avant qu'il n'atteigne le carburateur et est destiné à maintenir le mélange air-carburant au-dessus du point de congélation pour empêcher la formation de glace dans le carburateur. La chaleur du carburateur peut être utilisée pour faire fondre la glace qui s'est déjà formée dans le carburateur si l'accumulation n'est pas trop importante, mais l'utilisation de la chaleur du carburateur comme mesure préventive est la meilleure option. De plus, la chaleur du carburateur peut être utilisée comme source d'air alternative si le filtre d'admission se bouche, comme dans des conditions de givrage soudaines ou inattendues de la cellule. Le réchauffage du carburateur doit être vérifié pendant le démarrage du moteur. Lorsque vous utilisez le réchauffage du carburateur, suivez les recommandations du fabricant. 

Lorsque les conditions sont propices au givrage du carburateur pendant le vol, des vérifications périodiques doivent être effectuées pour détecter sa présence. S'il est détecté, le réchauffage complet du carburateur doit être appliqué immédiatement et il doit être laissé en position ON jusqu'à ce que le pilote soit certain que toute la glace a été enlevée. Si de la glace est présente, appliquer une chaleur partielle ou laisser la chaleur allumée pendant une durée insuffisante peut aggraver la situation. Dans les cas extrêmes de givrage du carburateur, même après que la glace a été éliminée, le réchauffage complet du carburateur doit être utilisé pour empêcher la formation de glace. S'il est installé, un indicateur de température du carburateur est utile pour déterminer quand utiliser le réchauffage du carburateur. 

Chaque fois que la manette des gaz est fermée pendant le vol, le moteur se refroidit rapidement et la vaporisation du carburant est moins complète que si le moteur est chaud. De plus, dans cette condition, le moteur est plus sensible au givrage du carburateur. Si des conditions de givrage du carburateur sont suspectées et qu'un fonctionnement à papillon fermé est prévu, réglez le réchauffage du carburateur sur la position ON avant de fermer le papillon des gaz et laissez-le allumé pendant le fonctionnement à papillon fermé. La chaleur aide à vaporiser le carburant et aide à prévenir la formation de glace dans le carburateur. Périodiquement, ouvrez doucement la manette des gaz pendant quelques secondes pour garder le moteur chaud ; sinon, le réchauffeur du carburateur pourrait ne pas fournir suffisamment de chaleur pour empêcher le givrage.

L'utilisation de la chaleur du carburateur entraîne une diminution de la puissance du moteur, parfois jusqu'à 15 %, car l'air chauffé est moins dense que l'air extérieur qui pénétrait dans le moteur. Cela enrichit le mélange. Lorsque de la glace est présente dans un aéronef à hélice à pas fixe et que le chauffage du carburateur est utilisé, il y a une diminution du régime, suivie d'une augmentation progressive du régime à mesure que la glace fond. Le moteur devrait également fonctionner plus en douceur une fois la glace retirée. S'il n'y a pas de glace, le régime diminue puis reste constant. Lorsque le chauffage du carburateur est utilisé sur un avion avec une hélice à vitesse constante et que de la glace est présente, une diminution de la pression d'admission est remarquée, suivie d'une augmentation progressive. Si le givrage du carburateur n'est pas présent, l'augmentation progressive de la pression d'admission n'est pas apparente tant que le réchauffage du carburateur n'est pas éteint.

Il est impératif pour un pilote de reconnaître le givre du carburateur lorsqu'il se forme pendant le vol pour éviter une perte de puissance, d'altitude et/ou de vitesse. Ces symptômes peuvent parfois s'accompagner de vibrations ou de rugosité du moteur. Une fois qu'une perte de puissance est remarquée, des mesures immédiates doivent être prises pour éliminer la glace déjà formée dans le carburateur et pour empêcher la formation de glace supplémentaire. Ceci est accompli en appliquant une chaleur complète au carburateur, ce qui réduira davantage la puissance et peut provoquer une rugosité du moteur lorsque la glace fondue traverse le moteur. Ces symptômes peuvent durer de 30 secondes à plusieurs minutes, selon la gravité du givrage. Pendant cette période, le pilote doit résister à la tentation de diminuer l'utilisation de la chaleur du carburateur. Le réchauffage du carburateur doit rester en position complètement chaud jusqu'au retour de la puissance normale. 

Étant donné que l'utilisation du réchauffage du carburateur tend à réduire la puissance du moteur et à augmenter la température de fonctionnement, le réchauffage du carburateur ne doit pas être utilisé lorsque la pleine puissance est requise (comme lors du décollage) ou pendant le fonctionnement normal du moteur, sauf pour vérifier la présence de , ou pour enlever la glace du carburateur. 

Jauge de température d'air du carburateur 

Certains aéronefs sont équipés d'une jauge de température de l'air du carburateur, qui est utile pour détecter les conditions de givrage potentielles. Habituellement, la face de la jauge est calibrée en degrés Celsius avec un arc jaune indiquant les températures de l'air du carburateur où le givrage peut se produire. Cet arc jaune se situe généralement entre –15 °C et +5 °C (5 °F et 41 °F). Si la température de l'air et la teneur en humidité de l'air sont telles que le givrage du carburateur est improbable, le moteur peut fonctionner avec l'indicateur dans la plage jaune sans effets indésirables. Si les conditions atmosphériques sont propices au givrage du carburateur, l'indicateur doit être maintenu en dehors de l'arc jaune en appliquant du réchauffage carburateur. 

Certaines jauges de température d'air du carburateur ont une radiale rouge qui indique la température maximale autorisée de l'air d'admission du carburateur recommandée par le fabricant du moteur. S'il est présent, un arc vert indique la plage de fonctionnement normal. 

Jauge de température de l'air extérieur 

La plupart des avions sont également équipés d'une jauge de température de l'air extérieur (OAT) calibrée en degrés Celsius et Fahrenheit. Il fournit la température de l'air extérieur ou ambiant pour calculer la vitesse vraie et est utile pour détecter les conditions de givrage potentielles. 

Systèmes d'injection de carburant 

Dans un système d'injection de carburant, le carburant est injecté directement dans les cylindres, ou juste avant la soupape d'admission. L'admission d'air pour le système d'injection de carburant est similaire à celle utilisée dans un système de carburateur, avec une source d'air alternative située dans le capot moteur. Cette source est utilisée si la source d'air externe est obstruée. La source d'air alternative fonctionne généralement automatiquement, avec un système manuel de secours qui peut être utilisé en cas de dysfonctionnement de la fonction automatique. 

Un système d'injection de carburant comprend généralement six composants de base : une pompe à carburant entraînée par le moteur, une unité de commande air-carburant, un collecteur de carburant (distributeur de carburant), des buses de refoulement, une pompe à carburant auxiliaire et des indicateurs de pression/débit de carburant. 

La pompe à carburant auxiliaire fournit du carburant sous pression à l'unité de commande air-carburant pour le démarrage du moteur et/ou une utilisation d'urgence. Après le démarrage, la pompe à carburant entraînée par le moteur fournit du carburant sous pression du réservoir de carburant à l'unité de commande air-carburant. 

Cette unité de commande, qui remplace essentiellement le carburateur, mesure le carburant en fonction du réglage de la commande de mélange et l'envoie à la soupape du collecteur de carburant à un débit contrôlé par la manette des gaz. 

Après avoir atteint la soupape du collecteur de carburant, le carburant est distribué aux buses de décharge de carburant individuelles. Les gicleurs de refoulement, situés dans chaque culasse, injectent le mélange air-carburant directement dans chaque orifice d'admission de cylindre. 

Un système d'injection de carburant est considéré comme moins sensible au givrage qu'un système à carburateur, mais le givrage par impact sur l'admission d'air est une possibilité dans l'un ou l'autre système. Le givrage par impact se produit lorsque de la glace se forme à l'extérieur de l'avion et bloque les ouvertures, telles que la prise d'air du système d'injection. 

Voici les avantages de l'utilisation de l'injection de carburant : 

• Réduction du givrage par évaporation 

• Meilleur débit de carburant 

• Réponse plus rapide de l'accélérateur 

• Contrôle précis du mélange 

• Meilleure distribution de carburant 

• Démarrages par temps froid plus faciles       

Voici les inconvénients de l'utilisation de l'injection de carburant : 

• Difficulté à démarrer un moteur chaud 

• Bouchons de vapeur pendant les opérations au sol par temps chaud 

• Problèmes associés au redémarrage d'un moteur qui s'arrête en raison d'une panne de carburant