Systèmes pneumatiques pour avions

Certains constructeurs d'avions ont équipé leurs avions d'un système pneumatique à haute pression (3 000 psi) dans le passé. Le dernier avion à utiliser ce type de système était le Fokker F27.

De tels systèmes fonctionnent en grande partie comme des systèmes hydrauliques, sauf qu'ils utilisent de l'air au lieu d'un liquide pour transmettre la puissance. Les systèmes pneumatiques sont parfois utilisés pour : 

• Freins 

• Ouvrir et fermer les portes 

• Entraînement de pompes hydrauliques, alternateurs, démarreurs, pompes à injection d'eau, etc. 

• Fonctionnement des dispositifs d'urgence

Les systèmes pneumatiques et hydrauliques sont des unités similaires et utilisent des fluides confinés. Le mot confiné signifie piégé ou complètement enfermé. Le mot fluide implique des liquides tels que l'eau, l'huile ou tout ce qui coule. Étant donné que les liquides et les gaz s'écoulent, ils sont considérés comme des fluides ; cependant, il y a une grande différence dans les caractéristiques des deux. Les liquides sont pratiquement incompressibles ; un litre d'eau occupe toujours environ un litre d'espace, quelle que soit la force avec laquelle il est comprimé. Mais les gaz sont hautement compressibles ; un litre d'air peut être comprimé dans un dé à coudre d'espace. Malgré cette différence, les gaz et les liquides sont tous deux des fluides et peuvent être confinés et amenés à transmettre de l'énergie. Le type d'unité utilisé pour fournir de l'air sous pression aux systèmes pneumatiques est déterminé par les exigences de pression d'air du système.

Systèmes à haute pression 

Pour les systèmes à haute pression, l'air est généralement stocké dans des bouteilles métalliques à des pressions allant de 1 000 à 3 000 psi, selon le système particulier. Ce type de bouteille d'air a deux vannes, dont l'une est une vanne de charge. Un compresseur actionné au sol peut être connecté à cette vanne pour ajouter de l'air à la bouteille. L'autre vanne est une vanne de régulation. Il agit comme une vanne d'arrêt, gardant l'air emprisonné à l'intérieur de la bouteille jusqu'à ce que le système soit actionné. Bien que le cylindre de stockage à haute pression soit léger, il présente un inconvénient certain. Étant donné que le système ne peut pas être rechargé pendant le vol, le fonctionnement est limité par la faible quantité d'air en bouteille. Un tel agencement ne peut pas être utilisé pour le fonctionnement continu d'un système. Au lieu de cela, l'alimentation en air en bouteille est réservée au fonctionnement d'urgence de systèmes tels que le train d'atterrissage ou les freins.

Composants du système pneumatique 

Les systèmes pneumatiques sont souvent comparés aux systèmes hydrauliques, mais de telles comparaisons ne peuvent être vraies qu'en termes généraux. Les systèmes pneumatiques n'utilisent pas de réservoirs, de pompes manuelles, d'accumulateurs, de régulateurs ou de pompes électriques entraînées par moteur ou électriques pour créer une pression normale. Mais des similitudes existent dans certains composants.

Compresseurs d'air 

Sur certains aéronefs, des compresseurs d'air installés en permanence ont été ajoutés pour recharger les bouteilles d'air chaque fois que la pression est utilisée pour faire fonctionner une unité. Plusieurs types de compresseurs sont utilisés à cette fin. Certains ont deux étages de compression, tandis que d'autres en ont trois, en fonction de la pression de fonctionnement maximale souhaitée.

Soupapes de décharge 

Les soupapes de décharge sont utilisées dans les systèmes pneumatiques pour éviter les dommages. Ils agissent comme des unités de limitation de pression et empêchent les pressions excessives de faire éclater les conduites et de faire sauter les joints.

Vannes de contrôle 

Les vannes de régulation sont également une partie nécessaire d'un système pneumatique typique. La figure illustre comment une vanne est utilisée pour contrôler les freins pneumatiques d'urgence. La vanne de régulation se compose d'un boîtier à trois orifices, de deux vannes à champignon et d'un levier de commande à deux lobes.

Sur la figure, la soupape de commande est représentée en position d'arrêt. Un ressort maintient le clapet gauche fermé afin que l'air comprimé entrant dans l'orifice de pression ne puisse pas s'écouler vers les freins. Dans la figure, la soupape de commande a été placée en position de marche. Un lobe du levier maintient le clapet gauche ouvert et un ressort ferme le clapet droit. L'air comprimé circule maintenant autour du clapet gauche ouvert, à travers un passage percé et dans une chambre sous le clapet droit. Étant donné que le clapet droit est fermé, l'air à haute pression s'écoule de l'orifice de frein et dans la conduite de frein pour appliquer les freins.

Pour desserrer les freins, la soupape de commande est ramenée en position d'arrêt. Le clapet gauche se ferme maintenant, arrêtant le flux d'air à haute pression vers les freins. En même temps, le champignon droit s'ouvre, permettant à l'air comprimé de la conduite de frein de s'échapper par l'orifice d'aération et dans l'atmosphère.

Clapets anti-retour 

Les clapets anti-retour sont utilisés dans les systèmes hydrauliques et pneumatiques. La figure illustre un clapet anti-retour pneumatique à clapet. L'air pénètre dans l'orifice gauche du clapet anti-retour, comprime un ressort léger, forçant l'ouverture du clapet anti-retour et permettant à l'air de s'écouler par l'orifice droit. Mais si l'air entre par la droite, la pression d'air ferme la vanne, empêchant un écoulement d'air par le port gauche. Ainsi, un clapet anti-retour pneumatique est une vanne de régulation de débit unidirectionnelle.

Restricteurs 

Les restricteurs sont un type de soupape de commande utilisée dans les systèmes pneumatiques. La figure illustre un restricteur de type orifice avec un grand orifice d'entrée et un petit orifice de sortie. Le petit orifice de sortie réduit le débit d'air et la vitesse de fonctionnement d'une unité d'actionnement.

Restricteur variable 

Un autre type d'unité de régulation de vitesse est le restricteur variable. Il contient une valve à pointeau réglable, qui a des filets autour du haut et un point à l'extrémité inférieure. En fonction de la direction tournée, la soupape à pointeau déplace la pointe acérée dans ou hors d'une petite ouverture pour diminuer ou augmenter la taille de l'ouverture. Étant donné que l'air entrant dans l'orifice d'entrée doit passer par cette ouverture avant d'atteindre l'orifice de sortie, cet ajustement détermine également le débit d'air à travers le restricteur.

Filtres 

Les systèmes pneumatiques sont protégés contre la saleté au moyen de différents types de filtres. Un filtre micronique se compose d'un boîtier avec deux orifices, d'une cartouche remplaçable et d'une soupape de décharge. Normalement, l'air pénètre dans l'entrée, circule autour de la cartouche de cellulose et s'écoule vers le centre de la cartouche et sort par l'orifice de sortie. Si la cartouche est obstruée par de la saleté, la pression force la soupape de décharge à s'ouvrir et permet à l'air non filtré de s'écouler par l'orifice de sortie.

Un filtre de type écran est similaire au filtre micron mais contient un écran métallique permanent au lieu d'une cartouche remplaçable. Dans le filtre à tamis, une poignée s'étend à travers le haut du boîtier et peut être utilisée pour nettoyer le tamis en le faisant tourner contre des grattoirs métalliques.

Déshydratant/séparateur d'humidité 

Le séparateur d'humidité dans un système pneumatique est toujours situé en aval du compresseur. Son but est d'éliminer toute humidité causée par le compresseur. Un séparateur d'humidité complet se compose d'un réservoir, d'un pressostat, d'une vanne de décharge et d'un clapet anti-retour. Il peut également comprendre un régulateur et une soupape de décharge. La vanne de décharge est activée et désactivée par le pressostat. Lorsqu'il est hors tension, il purge complètement le réservoir du séparateur et s'aligne sur le compresseur. Le clapet anti-retour protège le système contre la perte de pression pendant le cycle de vidange et empêche l'écoulement inverse à travers le séparateur. 

Sécheur chimique 

Des sécheurs chimiques sont incorporés à divers endroits dans un système pneumatique. Leur but est d'absorber toute humidité qui peut s'accumuler dans les lignes et d'autres parties du système. Chaque sécheur contient une cartouche qui doit être de couleur bleue. Sauf indication contraire, la cartouche doit être considérée comme contaminée par l'humidité et doit être remplacée.

Systèmes de sauvegarde d'urgence 

De nombreux aéronefs utilisent une source d'alimentation de secours pneumatique à haute pression pour sortir le train d'atterrissage ou actionner les freins, en cas de défaillance du système de freinage hydraulique principal. L'azote n'est pas directement utilisé pour actionner les actionneurs du train d'atterrissage ou les unités de freinage, mais, à la place, il applique l'azote sous pression pour déplacer le fluide hydraulique vers l'actionneur. Ce processus est appelé pneumatique. Le paragraphe suivant traite des composants et du fonctionnement d'un système d'extension de train d'atterrissage pneumatique d'urgence utilisé sur un jet d'affaires.

Bouteilles d'azote 

L'azote utilisé pour la sortie d'urgence du train d'atterrissage est stocké dans deux bouteilles, une bouteille située de chaque côté du puits de roue avant. L'azote des bouteilles est libéré par l'actionnement d'une vanne de sortie. Une fois épuisées, les bouteilles doivent être rechargées par le personnel de maintenance. La pression entièrement entretenue est d'environ 3 100 psi à 70 °F/21 °C, suffisante pour une seule extension du train d'atterrissage.

Câble d'extension d'urgence et poignée 

La soupape de sortie est reliée à un ensemble câble et poignée. La poignée est située sur le côté de la console du copilote et est étiquetée EMER LDG GEAR. Tirer la poignée complètement vers le haut ouvre la soupape de sortie, libérant de l'azote comprimé dans le système d'extension du train d'atterrissage. Pousser la poignée complètement vers le bas ferme la vanne de sortie et permet à tout azote présent dans le système d'extension de train d'atterrissage d'urgence d'être évacué par-dessus bord. Le processus de ventilation prend environ 30 secondes.

Soupape de décharge 

Lorsque de l'azote comprimé est libéré vers le sélecteur/soupape de décharge du train d'atterrissage pendant l'extension d'urgence, la pression pneumatique actionne la partie soupape de décharge du sélecteur/soupape de décharge du train d'atterrissage pour isoler le système de train d'atterrissage du reste du système hydraulique. Lorsqu'il est activé, une légende DUMP bleue s'allume sur le commutateur LDG GR DUMP V, situé sur le panneau supérieur du cockpit. Un interrupteur de réinitialisation de la soupape de décharge est utilisé pour réinitialiser la soupape de décharge une fois que le système a été utilisé et entretenu.

Séquence d'extension d'urgence : 

1. La poignée du train d'atterrissage est placée en position DOWN. 

2. Le voyant rouge de la poignée de commande du train d'atterrissage est allumé. 

3. La poignée EMER LDG GEAR est complètement tirée vers l'extérieur. 

4. L'azote comprimé est libéré vers le sélecteur/soupape de décharge du train d'atterrissage. 

5. La pression pneumatique actionne la partie soupape de décharge du sélecteur/soupape de décharge du train d'atterrissage. 

6. La légende bleue DUMP est allumée sur le commutateur LDG GR DUMP. 

7. Le système de train d'atterrissage est isolé du reste du système hydraulique. 

8. La pression pneumatique est acheminée vers le côté OPEN des actionneurs de trappe de train d'atterrissage, le côté UNLOCK des actionneurs de verrouillage de train d'atterrissage rentré et le côté EXTEND des actionneurs de renfort latéral du train d'atterrissage principal et de l'actionneur d'extension/rentrée du train d'atterrissage avant. 

9. Les trappes du train d'atterrissage s'ouvrent. 

10. Les actionneurs Uplock se déverrouillent. 

11. Le train d'atterrissage sort et se verrouille. 

12. Trois voyants verts DOWN AND LOCKED sur le panneau de commande du train d'atterrissage sont allumés. 

13. Les trappes du train d'atterrissage restent ouvertes.

Systèmes à moyenne pression 

Un système pneumatique à moyenne pression (50 à 150 psi) ne comprend généralement pas de bouteille d'air. Au lieu de cela, il aspire généralement l'air de la section compresseur d'un moteur à turbine. Ce processus est souvent appelé air de prélèvement et est utilisé pour fournir de l'énergie pneumatique pour les démarrages du moteur, le dégivrage du moteur, le dégivrage des ailes et, dans certains cas, il fournit de l'énergie hydraulique aux systèmes de l'avion (si le système hydraulique est équipé d'un système hydraulique à air pompe). L'air de prélèvement du moteur est également utilisé pour pressuriser les réservoirs du système hydraulique. Les systèmes de prélèvement d'air sont décrits plus en détail dans le manuel du groupe motopropulseur.

Systèmes basse pression 

De nombreux aéronefs équipés de moteurs alternatifs sont alimentés en air basse pression par des pompes à palettes. Ces pompes sont entraînées par des moteurs électriques ou par le moteur de l'avion. La figure montre une vue schématique de l'une de ces pompes, qui se compose d'un boîtier avec deux orifices, un arbre d'entraînement et deux palettes. L'arbre d'entraînement et les aubes contiennent des fentes, de sorte que les aubes peuvent glisser d'avant en arrière à travers l'arbre d'entraînement. L'arbre est monté de manière excentrique dans le boîtier, ce qui fait que les aubes forment quatre tailles différentes de chambres (A, B, C et D). Dans la position illustrée, B est la chambre la plus grande et est connectée au port d'alimentation. Comme le montre la figure, l'air extérieur peut pénétrer dans la chambre B de la pompe. Lorsque la pompe commence à fonctionner, l'arbre d'entraînement tourne et change les positions des aubes et les tailles des chambres. La palette n°1 se déplace alors vers la droite, séparant la chambre B de l'orifice d'alimentation. La chambre B contient maintenant de l'air emprisonné.

Au fur et à mesure que l'arbre continue de tourner, la chambre B se déplace vers le bas et devient de plus en plus petite, comprimant progressivement son air. Près du bas de la pompe, la chambre B se connecte au port de pression et envoie de l'air comprimé dans la conduite de pression. Ensuite, la chambre B se déplace à nouveau vers le haut, devenant de plus en plus grande en superficie. Au port d'alimentation, il reçoit une autre alimentation en air. Il y a quatre chambres de ce type dans cette pompe et chacune passe par ce même cycle de fonctionnement. Ainsi, la pompe délivre au système pneumatique une alimentation continue en air comprimé de 1 à 10 psi. Les systèmes à basse pression sont utilisés pour les systèmes de boudins de dégivrage des ailes.

Maintenance du système d'alimentation pneumatique 

La maintenance du système d'alimentation pneumatique comprend l'entretien, le dépannage, le retrait et l'installation de composants et les tests de fonctionnement.

Le niveau d'huile de lubrification du compresseur d'air doit être vérifié quotidiennement conformément aux instructions du fabricant applicable. Le niveau d'huile est indiqué au moyen d'un regard ou d'une jauge. Lors du remplissage du réservoir d'huile du compresseur, l'huile (type spécifié dans le manuel d'instructions applicable) est ajoutée jusqu'au niveau spécifié. Une fois l'huile ajoutée, assurez-vous que le bouchon de remplissage est serré et que le câble de sécurité est correctement installé.

Le système pneumatique doit être purgé périodiquement pour éliminer la contamination, l'humidité ou l'huile des composants et des conduites. La purge du système s'effectue en le mettant sous pression et en retirant la plomberie de divers composants du système. Le retrait des conduites sous pression provoque un débit d'air élevé dans le système, provoquant l'évacuation des corps étrangers du système. Si une quantité excessive de corps étrangers, en particulier d'huile, est évacuée d'un système, les conduites et les composants doivent être retirés et nettoyés ou remplacés.

Une fois la purge du système pneumatique terminée et après avoir reconnecté tous les composants du système, les bouteilles d'air du système doivent être vidangées pour évacuer toute humidité ou impuretés qui pourraient s'y être accumulées.

Après avoir vidangé les bouteilles d'air, entretenez le système avec de l'azote ou de l'air comprimé propre et sec. Le système doit ensuite faire l'objet d'un contrôle opérationnel approfondi et d'une inspection des fuites et de la sécurité.