Pression de l'atmosphère
Les gaz de l'atmosphère (air), bien qu'invisibles, ont un poids. Une colonne d'air d'un pouce carré s'étendant du niveau de la mer dans l'espace pèse 14,7 livres. Par conséquent, on peut affirmer que la pression de l'atmosphère, ou pression atmosphérique, au niveau de la mer est de 14,7 psi.
La pression atmosphérique est également connue sous le nom de pression barométrique et est mesurée avec un baromètre. Exprimées de diverses manières, comme en pouces de mercure ou en millimètres de mercure, ces mesures proviennent de l'observation de la hauteur de mercure dans une colonne lorsque la pression de l'air est exercée sur un réservoir de mercure dans lequel la colonne est placée. La colonne doit être évacuée afin que l'air à l'intérieur n'agisse pas contre la remontée du mercure. Une colonne de mercure de 29,92 pouces de haut pèse le même poids qu'une colonne d'air qui s'étend du niveau de la mer au sommet de l'atmosphère et a la même section transversale que la colonne de mercure.
Les aviateurs échangent souvent les références à la pression atmosphérique entre le déplacement linéaire (par exemple, les pouces de mercure) et les unités de force (par exemple, le psi). Au fil des ans, la météorologie a déplacé son utilisation de la représentation du déplacement linéaire de la pression atmosphérique vers les unités de force. Cependant, l'unité de force presque universellement utilisée aujourd'hui pour représenter la pression atmosphérique en météorologie est l'hectopascal (hPa). Un hectopascal est une unité métrique (SI) qui exprime la force en newtons par mètre carré. 1 013,2 hPa est égal à 14,7 psi.
La pression atmosphérique diminue avec l'augmentation de l'altitude. L'explication la plus simple est que la colonne d'air pesée est plus courte. La façon dont la pression change pour une altitude donnée est illustrée à la figure. La baisse de pression est rapide et, à 50 000 pieds, la pression atmosphérique est tombée à près d'un dixième de la valeur du niveau de la mer.
Température et altitude
Les variations de température dans l'atmosphère préoccupent les aviateurs. Les systèmes météorologiques produisent des changements de température près de la surface de la terre. La température change également à mesure que l'altitude augmente. La troposphère est la couche la plus basse de l'atmosphère. En moyenne, il s'étend de la surface de la terre à environ 38 000 pieds au-dessus. Au-dessus des pôles, la troposphère s'étend jusqu'à seulement 25 000 à 30 000 pieds et, à l'équateur, elle peut s'étendre jusqu'à environ 60 000 pieds.
La plupart de l'aviation civile se déroule dans la troposphère dans laquelle la température diminue à mesure que l'altitude augmente. Le taux de changement est quelque peu constant à environ -2 ° C ou -3,5 ° F pour chaque 1 000 pieds d'augmentation d'altitude. La limite supérieure de la troposphère est la tropopause. Il se caractérise par une zone de température relativement constante de –57 °C ou –69 °F.
Au-dessus de la tropopause se trouve la stratosphère. La température augmente avec l'altitude dans la stratosphère jusqu'à près de 0 °C avant de redescendre dans la mésosphère qui la surplombe. La stratosphère contient la couche d'ozone qui protège les habitants de la Terre des rayons UV nocifs. Certains vols civils et de nombreux vols militaires se produisent dans la stratosphère. La figure schématise les variations de température dans les différentes couches de l'atmosphère.
Lorsqu'un avion vole à haute altitude, il brûle moins de carburant pour une vitesse donnée qu'il n'en fait pour la même vitesse à une altitude inférieure. Cela est dû à la diminution de la traînée résultant de la réduction de la densité de l'air. Le mauvais temps et les turbulences peuvent également être évités en volant dans l'air relativement calme au-dessus des tempêtes et de l'activité convective qui se produisent dans la basse troposphère. Pour tirer parti de ces efficacités, les avions sont équipés de systèmes environnementaux pour surmonter les niveaux de température et de pression extrêmes. Alors que l'oxygène supplémentaire et un moyen de rester au chaud suffisent, des systèmes de pressurisation et de climatisation des avions ont été développés pour rendre le vol à haute altitude plus confortable. La figure illustre les températures et les pressions à différentes altitudes dans l'atmosphère.
Termes de pressurisation
Les termes suivants doivent être compris pour la discussion sur la pressurisation et les systèmes environnementaux de la cabine qui suit :
1. Altitude cabine — compte tenu de la pression atmosphérique à l'intérieur de la cabine, l'altitude d'un jour standard qui a la même pression que celle dans la cabine. Plutôt que de dire que la pression à l'intérieur de la cabine est de 10,92 psi, on peut dire que l'altitude de la cabine est de 8 000 pieds (MSL).
2. Pression différentielle de la cabine — la différence entre la pression atmosphérique à l'intérieur de la cabine et la pression atmosphérique à l'extérieur de la cabine. Pression cabine (psi) – pression ambiante (psi) = pression différentielle cabine (psid ou Δ psi).
3. Taux de montée de la cabine — le taux de changement de la pression atmosphérique à l'intérieur de la cabine, exprimé en pieds par minute (fpm) de changement d'altitude de la cabine.
Problèmes de pressurisation
La pressurisation d'une cabine d'avion aide à rendre le vol possible dans l'environnement hostile de la haute atmosphère. Le degré de pressurisation et l'altitude de fonctionnement de tout aéronef sont limités par des facteurs de conception critiques. Un système de pressurisation de la cabine doit accomplir plusieurs fonctions s'il veut assurer un confort et une sécurité adéquats aux passagers. Il doit être capable de maintenir une altitude-pression cabine d'environ 8 000 pieds ou moins, quelle que soit l'altitude de croisière de l'aéronef. Il s'agit de s'assurer que les passagers et l'équipage ont suffisamment d'oxygène présent à une pression suffisante pour faciliter la saturation complète du sang. Un système de pressurisation doit également être conçu pour empêcher les changements rapides de pression dans la cabine, qui peuvent être inconfortables ou blessants pour les passagers et l'équipage. En outre, un système de pressurisation doit faire circuler l'air de l'intérieur de la cabine vers l'extérieur à un rythme qui élimine rapidement les odeurs et élimine l'air vicié. L'air de la cabine doit également être chauffé ou refroidi sur les avions pressurisés. Typiquement, ces fonctions sont intégrées à la source de pressurisation.
Pour se pressuriser, une partie de l'aéronef destinée à contenir de l'air à une pression supérieure à la pression atmosphérique extérieure doit être étanche. Une grande variété de matériaux facilite cela. Les joints compressibles autour des portes se combinent avec divers autres joints, œillets et produits d'étanchéité pour établir essentiellement un récipient sous pression étanche à l'air. Cela comprend généralement la cabine, le compartiment de vol et les compartiments à bagages. L'air est ensuite pompé dans cette zone à un débit constant suffisant pour élever la pression légèrement au-dessus de celle qui est nécessaire. Le contrôle est maintenu en ajustant la vitesse à laquelle l'air est autorisé à sortir de l'avion.
Un facteur clé de la pressurisation est la capacité du fuselage à résister aux efforts liés à l'augmentation de la pression à l'intérieur de la structure par rapport à la pression ambiante à l'extérieur. Cette pression différentielle peut aller de 3,5 psi pour un avion à piston monomoteur à environ 9 psi sur un avion à réaction à hautes performances. Si le poids de la structure de l'avion n'était pas un problème, ce ne serait pas un problème. Rendre un avion résistant à la pressurisation, mais aussi léger, a été un défi d'ingénierie relevé pendant de nombreuses années à partir des années 1930. Le développement des avions à réaction et leur capacité à exploiter le vol à faible traînée à plus haute altitude ont rendu le problème encore plus prononcé. Aujourd'hui, la prolifération des matériaux composites dans la structure des avions continue ce défi d'ingénierie.
En plus d'être suffisamment solide pour résister au différentiel de pression entre l'air à l'intérieur et l'air à l'extérieur de la cabine, la fatigue du métal due aux pressurisations et dépressurisations répétées affaiblit la cellule. Certaines premières structures d'avions pressurisés ont échoué à cause de cela et ont entraîné des accidents mortels. Le programme d'avions vieillissants de la FAA a été institué pour accroître l'examen minutieux des cellules plus anciennes qui peuvent montrer des signes de fatigue en raison du cycle de pressurisation.
Les aéronefs de toute taille peuvent être pressurisés. Les considérations de poids lors de la fabrication du fuselage suffisamment solide pour supporter la pressurisation limitent généralement la pressurisation aux avions légers à hautes performances et aux avions plus gros. Il existe quelques avions à pistons monomoteurs pressurisés, ainsi que de nombreux avions à turbopropulseurs monomoteurs pressurisés.
Sources d'air sous pression
La source d'air pour pressuriser un avion varie principalement selon le type de moteur. Les avions à pistons ont des sources de pressurisation différentes de celles des avions à turbine. A noter que la compression de l'air élève sa température. Un moyen de maintenir suffisamment froid l'air de pressurisation est intégré à la plupart des systèmes de pressurisation. Il peut se présenter sous la forme d'un échangeur de chaleur, utilisant de l'air froid ambiant pour modifier la température de l'air issu de la source de pressurisation. Un système de climatisation à cycle d'air complet avec turbine de détente peut également être utilisé. Ce dernier offre l'avantage de contrôler la température au sol et à basse altitude où la température de l'air ambiant peut être plus élevée que confortable pour les passagers et l'équipage.
Avion à moteur alternatif
Il existe trois sources d'air typiques utilisées pour pressuriser les avions à pistons : le compresseur, le turbocompresseur et le compresseur entraîné par le moteur. Des compresseurs et des turbocompresseurs sont installés sur les moteurs à pistons pour permettre de meilleures performances à haute altitude en augmentant la quantité et la pression de l'air dans le système d'admission. Une partie de l'air produit par chacun d'eux peut être acheminée dans l'habitacle pour le pressuriser.
Un compresseur est entraîné mécaniquement par le moteur. Malgré l'augmentation des performances du moteur en raison de la pression plus élevée du système d'admission, une partie de la puissance du moteur est utilisée par le compresseur. De plus, les compresseurs ont une capacité limitée à augmenter les performances du moteur. Si l'on alimente à la fois l'admission et la cabine en air, le plafond de performance du moteur est plus bas que si l'avion n'était pas pressurisé. Les surpresseurs doivent être situés en amont de la livraison de carburant à utiliser pour la pressurisation. On les trouve sur les anciens avions à moteur alternatif, y compris ceux équipés de moteurs radiaux.
Les turbocompresseurs, parfois appelés turbocompresseurs, sont entraînés par les gaz d'échappement du moteur. Ils sont la source de pressurisation la plus courante sur les avions à moteur alternatif modernes. L'arbre de roue de turbocompresseur s'étend à travers le logement de palier pour supporter une roue de compression dans un logement séparé. En utilisant une partie de l'air comprimé du turbocompresseur pour la pressurisation de la cabine, moins est disponible pour la charge d'admission, ce qui entraîne une baisse des performances globales du moteur. Néanmoins, les gaz d'échappement autrement gaspillés sont mis à contribution dans le compresseur du turbocompresseur, permettant un vol à haute altitude avec les avantages d'une faible traînée et de l'évitement des intempéries dans un confort relatif et sans l'utilisation d'oxygène supplémentaire.
Les compresseurs et les turbocompresseurs sont lubrifiés à l'huile. Le compresseur fait partie du système d'admission de carburant et le turbocompresseur fait partie du système d'échappement. Ainsi, il existe un risque de contamination de l'air de l'habitacle par l'huile, le carburant ou les gaz d'échappement en cas de dysfonctionnement, défaut de ces sources de pressurisation.
Une troisième source d'air pour pressuriser la cabine dans les avions à pistons est un compresseur entraîné par moteur. Qu'il soit entraîné par courroie ou entraîné par engrenage par l'entraînement des accessoires, un compresseur indépendant dédié à la pressurisation évite certains des problèmes de contamination potentiels des compresseurs et des turbocompresseurs. Le dispositif compresseur ajoute cependant un poids significatif. Il consomme également la puissance du moteur puisqu'il est entraîné par le moteur.
Le souffleur de racines est utilisé sur les anciens gros avions à moteur alternatif. Les deux lobes de ce compresseur ne se touchent pas ni le carter du compresseur. Lors de leur rotation, l'air pénètre dans l'espace entre les lobes et est comprimé et acheminé vers la cabine pour être pressurisé. Des compresseurs centrifuges entraînés par moteur indépendants peuvent également être trouvés sur les avions à moteur alternatif. Un système d'entraînement à engrenages à rapport variable est utilisé pour maintenir un débit d'air constant lors des changements de régime du moteur.
Près de l'altitude de fonctionnement maximale, les performances de tout moteur alternatif et du compresseur de pressurisation en souffrent. Cela est dû à la pression réduite de l'air en altitude qui alimente l'admission de chacun. Il en résulte une difficulté à maintenir un volume d'air suffisant à l'admission du moteur pour produire de la puissance, ainsi qu'à laisser suffisamment d'air au fuselage pour la pressurisation. Ce sont les facteurs limitants pour déterminer le plafond de conception de la plupart des aéronefs à pistons, qui ne dépasse généralement pas 25 000 pieds. Les avions à moteur à turbine surmontent ces lacunes, leur permettant de voler à des altitudes beaucoup plus élevées.
Avion à turbine
Le grand principe de fonctionnement d'une turbomachine consiste à comprimer de grandes quantités d'air pour être mélangées à du carburant et brûlées. L'air de prélèvement de la section compresseur du moteur est relativement exempt de contaminants. En tant que tel, c'est une excellente source d'air pour la pressurisation de la cabine. Cependant, le volume d'air pour la production de puissance du moteur est réduit. La quantité d'air évacuée pour la pressurisation par rapport à la quantité globale d'air comprimé pour la combustion est relativement faible mais doit être minimisée. Les avions modernes à turbosoufflante à grande cabine contiennent des ventilateurs de recirculation pour réutiliser jusqu'à 50% de l'air dans la cabine, maintenant une puissance moteur élevée.
Il existe différentes manières d'exploiter l'air de prélèvement chaud à haute pression. Les petits aéronefs à turbine, ou des sections d'un gros aéronef, peuvent utiliser un multiplicateur de débit de pompe à jet. Avec ce dispositif, l'air de prélèvement est prélevé sur la partie compresseur de la turbomachine. Il est éjecté dans une pompe à jet venturi montée dans une canalisation d'air ayant une extrémité ouverte sur l'air ambiant et l'autre extrémité dirigée dans le compartiment à pressuriser. Du fait de la dépression établie dans le venturi par le flux d'air prélevé, de l'air est aspiré depuis l'extérieur de l'avion. Il se mélange à l'air de prélèvement et est acheminé vers le récipient sous pression pour le pressuriser. Un avantage de ce type de pressurisation est l'absence de pièces mobiles. Un inconvénient est que seul un volume d'espace relativement petit peut être pressurisé de cette manière.
Une autre méthode de pressurisation d'un aéronef à l'aide d'air de prélèvement de compresseur de moteur à turbine consiste à faire en sorte que l'air de prélèvement entraîne un compresseur séparé qui a une prise d'air ambiant. Une turbine entraînée par l'air de prélèvement fait tourner une turbine de compresseur montée sur le même arbre. L'air extérieur est aspiré et comprimé. Il est mélangé à l'air de soutirage sortant de la turbine et est envoyé dans le réservoir sous pression. Les avions à turbopropulseurs utilisent souvent cet appareil, appelé turbocompresseur.
La méthode la plus courante de pressurisation des aéronefs à turbine consiste à utiliser un système de climatisation et de pressurisation à cycle d'air. L'air de prélèvement est utilisé et, grâce à un système élaboré comprenant des échangeurs de chaleur, un compresseur et une turbine de détente, la pressurisation de la cabine et la température de l'air de pressurisation sont contrôlées avec précision.
Contrôle de la pression de la cabine
Modes de pressurisation
La pressurisation de la cabine de l'avion peut être contrôlée via deux modes de fonctionnement différents. Le premier est le mode isobare, qui fonctionne pour maintenir l'altitude de la cabine à une seule pression malgré le changement d'altitude de l'avion. Par exemple, l'équipage de conduite peut choisir de maintenir une altitude cabine de 8 000 pieds (10,92 psi). En mode isobare, la pression de la cabine est établie au niveau de 8 000 pieds et reste à ce niveau, même lorsque l'altitude de l'avion fluctue.
Le deuxième mode de contrôle de la pressurisation est le mode différentiel constant, qui contrôle la pression de la cabine pour maintenir une différence de pression constante entre la pression de l'air à l'intérieur de la cabine et la pression de l'air ambiant, quels que soient les changements d'altitude de l'avion. Le différentiel de pression en mode différentiel constant est inférieur à la pression différentielle maximale pour laquelle la cellule est conçue, ce qui maintient intacte l'intégrité du récipient sous pression.
En mode isobare, le système de pressurisation maintient l'altitude cabine choisie par l'équipage. C'est la condition des opérations normales. Mais lorsque l'avion monte au-delà d'une certaine altitude, le maintien de l'altitude cabine sélectionnée peut entraîner une pression différentielle supérieure à celle pour laquelle la cellule a été conçue. Dans ce cas, le mode de pressurisation passe automatiquement du mode isobare au mode différentiel constant. Cela se produit avant que la limite de pression différentielle maximale de la cabine ne soit atteinte. Une pression différentielle constante est alors maintenue, quelle que soit l'altitude cabine sélectionnée.
En plus des modes de fonctionnement décrits ci-dessus, le taux de variation de la pression de la cabine, également connu sous le nom de taux de montée ou de descente de la cabine, est également contrôlé. Cela peut être fait automatiquement ou manuellement par l'équipage de conduite. Les taux typiques de variation de la pression de la cabine sont de 300 à 500 fpm. Notez également que les modes de pressurisation peuvent également faire référence à un fonctionnement automatique par rapport à un fonctionnement en veille par rapport à un fonctionnement manuel du système de pressurisation.
Contrôleur de pression cabine
Le contrôleur de pression de cabine est l'appareil utilisé pour contrôler la pression d'air de la cabine. Les avions plus anciens utilisent des moyens strictement pneumatiques pour contrôler la pression de la cabine. Les sélections pour l'altitude de cabine souhaitée, le taux de changement d'altitude de la cabine et le réglage de la pression barométrique sont tous effectués directement sur le contrôleur de pression à partir du panneau de pressurisation dans le cockpit.
Les ajustements et les réglages sur le contrôleur de pression sont les paramètres d'entrée de contrôle pour le régulateur de pression de la cabine. Le régulateur contrôle la position de la ou des vannes de sortie normalement situées à l'arrière de la cuve sous pression de l'avion. La position de la vanne détermine le niveau de pression dans la cabine.
Les avions modernes combinent souvent un contrôle pneumatique, électrique et électronique de la pressurisation. L'altitude de la cabine, le taux de variation de la cabine et le réglage barométrique sont effectués sur le sélecteur de pression de la cabine du panneau de pressurisation dans le cockpit. Des signaux électriques sont envoyés du sélecteur au contrôleur de pression de cabine, qui fonctionne comme régulateur de pression. Il est situé à distance hors de vue près du cockpit mais à l'intérieur de la partie pressurisée de l'avion. Les signaux sont convertis de l'électrique au numérique et sont utilisés par le contrôleur. La pression de la cabine et la pression ambiante sont également entrées dans le contrôleur, ainsi que d'autres entrées.
A partir de ces informations, le contrôleur, qui est essentiellement un calculateur, fournit une logique de pressurisation pour les différentes étapes d'un vol. Sur de nombreux petits avions de transport et d'affaires, le signal de sortie électrique du contrôleur entraîne un moteur couple dans la vanne de sortie primaire. Cela module le débit d'air pneumatique à travers la vanne, qui positionne la vanne pour maintenir le programme de pressurisation.
Sur de nombreux avions de la catégorie transport, deux contrôleurs de pression de cabine, ou un seul contrôleur avec des circuits redondants, sont utilisés. Situés dans la baie des équipements électroniques, ils reçoivent l'entrée électrique du sélecteur du panneau, ainsi que l'entrée de la pression ambiante et de la cabine. Les informations d'altitude de vol et d'altitude du terrain d'atterrissage sont souvent les choix de sélection de l'équipage sur le panneau de commande de pressurisation. L'altitude de la cabine, le taux de montée et le réglage barométrique sont automatiques grâce à la logique intégrée et à la communication avec l'ADC et le système de gestion de vol (FMS). Les contrôleurs traitent les informations et envoient des signaux électriques aux moteurs qui positionnent directement la ou les vannes de sortie.
Le contrôle moderne de la pressurisation est entièrement automatique une fois les sélections de variables effectuées sur le panneau de contrôle de la pressurisation si, en fait, il y en a à faire. La saisie ou la sélection d'un plan de vol dans le FMS de certains aéronefs fournit automatiquement au contrôleur de pressurisation les paramètres nécessaires pour établir le programme de pressurisation pour l'ensemble du vol. Aucune autre contribution n'est nécessaire de la part de l'équipage.
Tous les systèmes de pressurisation contiennent un mode manuel qui peut remplacer le contrôle automatique. Cela peut être utilisé en vol ou au sol pendant la maintenance. L'opérateur sélectionne le mode manuel sur le panneau de commande de pressurisation. Un interrupteur séparé est utilisé pour positionner la soupape de décharge ouverte ou fermée afin de contrôler la pression de la cabine.
Régulateur de pression d'air cabine et soupape de décharge
Le contrôle de la pressurisation de la cabine est réalisé en régulant la quantité d'air qui sort de la cabine. Une vanne de sortie de cabine s'ouvre, se ferme ou module pour établir la quantité de pression d'air maintenue dans la cabine. Certaines vannes d'écoulement contiennent le régulateur de pression et le mécanisme de vanne dans une seule unité. Ils fonctionnent pneumatiquement en réponse aux réglages du panneau de pressurisation du cockpit qui influencent l'équilibre entre la cabine et la pression atmosphérique ambiante.
Le fonctionnement pneumatique des soupapes de décharge est courant. Il est simple, fiable et élimine le besoin de convertir les variables de fonctionnement de la pression d'air sous une autre forme. Des diaphragmes, des ressorts, des orifices dosés, des pompes à jet, des soufflets et des soupapes à champignon sont utilisés pour détecter et manipuler les pressions de l'air ambiant et de la cabine afin de positionner correctement la soupape de décharge sans utiliser d'électricité. Les vannes de sortie qui combinent l'utilisation de l'électricité avec un fonctionnement pneumatique ont des modes de veille et manuel entièrement pneumatiques, comme indiqué sur la figure.
Le mécanisme de régulation de la pression peut également être trouvé en tant qu'unité séparée. De nombreux aéronefs de la catégorie transport aérien ont une soupape de décharge qui fonctionne électriquement, en utilisant des signaux envoyés à partir d'un contrôleur de pression d'air de cabine situé à distance qui agit comme régulateur de pression. Le contrôleur positionne la ou les vannes pour obtenir les réglages sur les sélecteurs du panneau de pressurisation du cockpit selon des horaires de pressurisation prédéterminés. Des signaux sont envoyés aux moteurs électriques pour déplacer la vanne au besoin. Dans les transports, les moteurs à courant alternatif sont souvent utilisés avec un moteur à courant continu redondant pour les opérations de secours ou manuelles.
Fonctionnement de la soupape de sécurité de la pression d'air de la cabine
Les systèmes de pressurisation des aéronefs intègrent diverses fonctionnalités pour limiter les dommages humains et structurels en cas de dysfonctionnement ou de défaillance du système. Un moyen pour empêcher la surpressurisation est incorporé pour assurer l'intégrité structurelle de l'avion si le contrôle du système de pressurisation est perdu. Une soupape de sécurité d'air de cabine est une soupape de surpression réglée pour s'ouvrir à un différentiel de pression prédéterminé. Il permet à l'air de s'écouler de la cabine pour empêcher la pression interne de dépasser les limites de conception. La figure montre les soupapes de sécurité de la pression d'air de la cabine sur un gros avion de la catégorie transport. Sur la plupart des avions, les soupapes de sécurité sont réglées pour s'ouvrir entre 8 et 10 psid.
Les soupapes de sécurité de pressurisation sont utilisées pour empêcher la surpressurisation de la cabine de l'avion. Ils s'ouvrent à une pression différentielle prédéfinie et permettent à l'air de sortir de la cabine. Les cabines des avions de la catégorie transport à large fuselage peuvent avoir plus d'une soupape de sécurité de pressurisation de cabine.
Certaines vannes d'écoulement intègrent la fonction de soupape de sécurité dans leur conception. Ceci est courant sur certains jets d'affaires lorsque deux soupapes de décharge sont utilisées. Une soupape de décharge fonctionne comme primaire et l'autre comme secondaire. Les deux contiennent une vanne pilote qui s'ouvre lorsque le différentiel de pression augmente jusqu'à une valeur prédéfinie. Ceci, à son tour, ouvre la ou les vannes de sortie pour empêcher toute nouvelle pressurisation.
Des limiteurs d'altitude cabine sont également utilisés. Ceux-ci ferment les vannes d'échappement lorsque la pression dans la cabine chute bien en dessous de la plage d'altitude normale de la cabine, empêchant une nouvelle augmentation de l'altitude de la cabine. Certaines fonctions du limiteur sont intégrées à la ou aux soupapes de décharge. Un exemple de ceci peut être vu dans la figure. D'autres limiteurs sont des unités à soufflet indépendantes qui envoient une entrée à la vanne de sortie ou font partie de la logique du contrôleur de pressurisation de la cabine.
Une soupape de décharge de pression négative est incluse sur les avions pressurisés pour garantir que la pression d'air à l'extérieur de l'avion ne dépasse pas la pression d'air de la cabine. La soupape de décharge à ressort s'ouvre vers l'intérieur pour permettre à l'air ambiant d'entrer dans la cabine lorsque cette situation se présente. Trop de pression négative peut causer des difficultés lors de l'ouverture de la porte de la cabine. S'il est suffisamment élevé, il pourrait causer des dommages structurels puisque le récipient sous pression est conçu pour que la pression de la cabine soit supérieure à la pression ambiante.
Certains aéronefs sont équipés de soupapes de décharge de pressurisation. Ce sont essentiellement des soupapes de sécurité qui sont actionnées automatiquement ou manuellement par un interrupteur dans le cockpit. Ils sont utilisés pour éliminer rapidement l'air et la pression atmosphérique de la cabine, généralement dans une situation anormale, de maintenance ou d'urgence.
L'incorporation d'un mode de pressurisation d'urgence se retrouve sur certains aéronefs. Une vanne s'ouvre en cas de panne des packs de climatisation ou de sélection de la pressurisation d'urgence depuis le cockpit. Il dirige un mélange d'air prélevé et d'air dynamique dans la cabine. Cela se combine avec des vannes de sortie entièrement fermées pour préserver une certaine pressurisation dans l'avion.
Jauges de pressurisation
Bien que tous les systèmes de pressurisation diffèrent légèrement, généralement trois indications du poste de pilotage, de concert avec divers voyants d'avertissement et alertes, informent l'équipage des variables de pressurisation. Il s'agit de l'altimètre de cabine, de l'indicateur de taux de montée ou de vitesse verticale de cabine et de l'indicateur de pression différentielle de cabine. Ceux-ci peuvent être des jauges séparées ou combinées en une ou deux jauges. Tous sont généralement situés sur le panneau de pressurisation, bien qu'ils se trouvent parfois ailleurs sur le tableau de bord. Les indicateurs de position de la soupape de décharge sont également courants. Sur les aéronefs modernes équipés de systèmes de surveillance numérique des aéronefs avec écrans LCD, tels que le système d'indication du moteur et d'alerte de l'équipage (EICAS) ou le moniteur électronique centralisé de l'aéronef (ECAM), le panneau de pressurisation peut ne contenir aucune jauge. La page du système de contrôle environnemental (ECS) du système de surveillance est sélectionnée pour afficher des informations similaires. L'utilisation accrue de la redondance automatique et de la logique de fonctionnement avancée simplifie le fonctionnement du système de pressurisation. C'est presque complètement automatique. Le panneau de pressurisation de la cabine reste dans le cockpit principalement pour le contrôle manuel.
Opération de pressurisation
Le mode de fonctionnement normal de la plupart des systèmes de contrôle de la pressurisation est le mode automatique. Un mode veille peut également être sélectionné. Cela fournit également un contrôle automatique de la pressurisation, généralement avec différentes entrées, un contrôleur de secours ou un fonctionnement de vanne de sortie de secours. Un mode manuel est disponible en cas d'échec des modes automatique et veille. Cela permet à l'équipage de positionner directement la soupape de décharge par commande pneumatique ou électrique, selon le système.
La coordination de tous les composants de pressurisation pendant les différents segments de vol est essentielle. Un interrupteur de poids sur roues (WOW) fixé au train d'atterrissage et un interrupteur de position des gaz font partie intégrante de nombreux systèmes de contrôle de la pressurisation. Pendant les opérations au sol et avant le décollage, le commutateur WOW contrôle généralement la position de la soupape de sécurité de pressurisation, qui est maintenue en position ouverte jusqu'à ce que l'avion décolle. Dans un système avancé, le commutateur WOW peut fournir une entrée au contrôleur de pressurisation, qui à son tour contrôle les positions et le fonctionnement de tous les composants de pressurisation. Dans d'autres systèmes, le commutateur WOW peut contrôler directement la soupape de sécurité ou une soupape de source pneumatique qui provoque le maintien de la soupape de sécurité ouverte jusqu'à ce que la source soit coupée au décollage lorsque le commutateur WOW s'ouvre.
Les interrupteurs de position des gaz peuvent être utilisés pour provoquer une transition en douceur d'une cabine non pressurisée à une cabine pressurisée. Une fermeture partielle de la ou des vannes de sortie lorsque l'interrupteur WOW est fermé (au sol) et que les manettes des gaz sont avancées, initie progressivement la pressurisation pendant le déploiement. Au décollage, le taux de montée et le programme de pressurisation nécessitent la fermeture complète de la ou des soupapes d'échappement. Les passagers ne ressentent pas de sensation désagréable avec les vannes complètement fermées car la cabine a déjà commencé à se pressuriser légèrement.
Une fois en vol, le contrôleur de pressurisation contrôle automatiquement la séquence de fonctionnement des organes de pressurisation jusqu'à l'atterrissage de l'avion. Lorsque l'interrupteur WOW se referme à l'atterrissage, il ouvre la ou les vanne(s) de sécurité et, dans certains avions, la ou les vanne(s) d'échappement rend impossible la pressurisation au sol en mode de pressurisation automatique. Les tests de maintenance du système sont effectués en mode manuel. Cela permet au technicien de contrôler la position de toutes les vannes à partir du panneau du cockpit.
Répartition de l'air
La distribution de l'air de la cabine sur les aéronefs pressurisés est gérée par un système de conduits d'air menant de la source de pressurisation à et à travers la cabine. En règle générale, l'air est acheminé vers les évents de plafond et évacué de ceux-ci, où il circule et s'écoule par les évents au niveau du sol. L'air s'écoule ensuite vers l'arrière à travers les compartiments à bagages et sous le plancher. Il sort du récipient sous pression par la ou les soupapes de décharge montées bas, sur ou près de la cloison étanche arrière. Le flux d'air est presque imperceptible. Les conduits sont cachés sous le plancher de la cabine et derrière les murs et les panneaux de plafond en fonction de la conception de l'avion et du système. Les vannes pour sélectionner la source d'air de pressurisation, l'air de ventilation, l'air de compensation de température, ainsi que les ventilateurs en ligne et les pompes à jet pour augmenter le débit dans certaines zones de la cabine, sont tous des composants du système de distribution d'air.
Sur les avions à turbine, l'air à température contrôlée du système de climatisation est l'air qui est utilisé pour pressuriser la cabine. La régulation finale de la température de cet air est parfois considérée comme faisant partie du système de distribution. Le mélange de l'air conditionné avec de l'air prélevé dans un conduit ou une chambre de mélange permet à l'équipage de sélectionner la température exacte souhaitée pour la cabine. La vanne de mélange est commandée dans le cockpit ou la cabine par un sélecteur de température. Les collecteurs centralisés à partir desquels l'air peut être distribué sont courants.
Les gros aéronefs peuvent être divisés en zones pour la distribution de l'air. Chaque zone possède son propre sélecteur de température et sa vanne associée pour mélanger l'air conditionné et l'air prélevé afin que chaque zone puisse être maintenue à une température indépendante des autres.
Le système de distribution d'air de la plupart des aéronefs prévoit la canalisation et la circulation de l'air de refroidissement vers les baies d'équipement électronique. Il contient également un système d'air gasper. Il s'agit d'un conduit d'air depuis le collecteur ou le conduit d'air froid vers une buse de distribution réglable en hauteur à chaque poste de passagers. Un ventilateur en ligne contrôlé depuis le cockpit fournit un flux constant d'air gasper qui peut être régulé ou arrêté avec la ou les buses de distribution.
Lorsqu'un aéronef est au sol, faire fonctionner les moteurs ou l'APU pour fournir de l'air pour la climatisation coûte cher. Il augmente le temps de service de ces composants coûteux et accélère les révisions obligatoires coûteuses qui sont effectuées à des intervalles de temps spécifiés. La plupart des aéronefs à turbine haute performance, de taille moyenne et plus grande sont équipés d'un réceptacle dans le système de distribution d'air. Une source d'air conditionné au sol peut être connectée à celle-ci via un tuyau de canalisation. La cabine peut être chauffée ou refroidie par les conduits de distribution d'air de l'avion en utilisant l'air de la source au sol. Cela limite le temps de fonctionnement des moteurs et de l'APU. Une fois les vérifications avant le vol et l'embarquement des passagers terminés, le tuyau de canalisation peut être débranché pour le roulage et le vol.
Dépannage de la pressurisation de la cabine
Bien que les systèmes de pressurisation de différents aéronefs fonctionnent de la même manière avec des composants similaires, on ne peut pas supposer qu'ils sont identiques. Même les systèmes construits par un seul fabricant présentent probablement des différences lorsqu'ils sont installés sur différents aéronefs. Il est important de vérifier les informations de service de l'avionneur lors du dépannage du système de pressurisation. Un défaut, tel qu'un défaut de pressurisation ou un défaut de maintien de la pressurisation, peut avoir de nombreuses causes différentes. Le respect des étapes des procédures de dépannage du fabricant est fortement recommandé pour évaluer séquentiellement les causes possibles. Des kits de test du système de pressurisation sont disponibles, ou l'avion peut être pressurisé par ses sources normales pendant le dépannage. Un vol d'essai peut être nécessaire après la maintenance.
