Gestion de l’Energie à bord du Bee-Plane

Projet 5A Intégration des Systèmes Propulsifs

et Energie à Bord

Edouard CHICAU, Elise FENERON, Alexandre LABAILS, Alice WAUQUIEZ

Tuteur :

Xavier DUTERTRE

2

Remerciements

Nous remercions Mr Xavier DUTERTRE pour nous avoir proposé ce sujet et pour nous avoir

permis de participer à son projet innovant d’avion à fuselage détachable. De plus, nous le remercions

également pour sa grande disponibilité car les échanges d’emails et les entretiens téléphoniques

réguliers nous ont permis de développer ce projet de la manière la plus constructive possible.

3

Sommaire

Remerciements ....................................................................................................................................... 2

Organisation du Projet ............................................................................................................................ 7

Chapitre 1

ANALYSE FONCTIONNELLE ............................................................................................................ 9

Démarche de l’analyse fonctionnelle ................................................................................................ 10

Axes d’amélioration ........................................................................................................................... 10

I. Analyse fonctionnelle des moteurs et de l’APU ........................................................................ 11

a) Schéma du besoin ................................................................................................................. 11

b) Identification des éléments du milieu extérieur ................................................................... 12

c) Caractéristiques des fonctions de services ........................................................................... 13

d) Diagramme FAST ................................................................................................................... 14

II. Trains d’atterrissage, train avant, green taxiing ........................................................................ 15

a) Analyse du besoin .................................................................................................................. 15

b) Identification des éléments du milieu extérieur ................................................................... 16

c) Caractéristiques des fonctions de service ............................................................................. 17

d) Diagramme FAST ................................................................................................................... 18

III. Dégivrage des bords d’attaque ............................................................................................. 19

a) Analyse du besoin .................................................................................................................. 19

b) Identification des éléments du milieu ................................................................................... 20

c) Caractérisation des fonctions de service ............................................................................... 21

d) Diagramme FAST ................................................................................................................... 21

IV. Commande de vol électrique ................................................................................................ 22

a) Analyse du besoin .................................................................................................................. 22

b) Identification des éléments du milieu extérieur ................................................................... 23

c) Caractérisation des fonctions de service ............................................................................... 23

d) Diagramme FAST ................................................................................................................... 24

V. Parties mobiles (gouvernes, aérofreins,…) ................................................................................ 25

a) Analyse du besoin .................................................................................................................. 25

b) Identification des éléments du milieu extérieur ................................................................... 26

c) Caractérisation des fonctions de service ............................................................................... 26

d) Diagramme FAST ................................................................................................................... 27

4

VI. Pressurisation et conditionnement d’air ............................................................................... 28

a) Analyse du besoin .................................................................................................................. 28

b) Identification des éléments du milieu extérieur ..................................................................... 29

c) Caractérisation des fonctions de service ................................................................................. 29

d) Diagramme FAST ..................................................................................................................... 30

VII. Système cabine ...................................................................................................................... 31

a) Analyse du besoin ...................................................................................................................... 31

b) Identification des éléments du milieu extérieur ....................................................................... 32

c) Caractérisation des fonctions de service ................................................................................... 32

d) Diagramme FAST ....................................................................................................................... 33

VIII. Avionique ............................................................................................................................... 33

a) Analyse du besoin .................................................................................................................. 33

b) Identification des éléments du milieu extérieur ................................................................... 34

c) Caractérisation des fonctions de service ............................................................................... 34

d) Diagramme FAST ................................................................................................................... 35

Chapitre 2

VALIDATION MOTEURS .............................................................................................................. 36

I- Introduction ............................................................................................................................... 37

II- Première étude de consommation............................................................................................ 37

III- Estimation de la Poussée nécessaire au décollage ............................................................... 38

V- Calcul de la poussée au décollage des TP400............................................................................ 39

VI- Choix du 3ème moteur ............................................................................................................ 40

VII- Conclusion ............................................................................................................................. 41

Références ......................................................................................................................................... 42

Internet .......................................................................................................................................... 42

Bibliographie .................................................................................................................................. 42

Annexes ............................................................................................................................................. 43

Chapitre 3

ETUDE CARBURANT .................................................................................................................... 46

I. Introduction ............................................................................................................................... 47

II. Le décollage ............................................................................................................................... 47

III. La phase de croisière ............................................................................................................. 48

5

IV. Le vol entier ........................................................................................................................... 50

V. Comparaison des résultats de l’A321 ........................................................................................ 53

Références ......................................................................................................................................... 55

Internet .......................................................................................................................................... 55

Bibliographie .................................................................................................................................. 55

Chapitre 4

CHOIX ET VALIDATION DE L’APU ................................................................................................. 56

I. Introduction ............................................................................................................................... 57

II. APU pour le basket .................................................................................................................... 57

III. APU pour la Bee ..................................................................................................................... 58

IV. Positionnement de l'APU ....................................................................................................... 59

Références ......................................................................................................................................... 60

Internet .......................................................................................................................................... 60

Chapitre 5

LISTE DES ÉQUIPEMENTS ............................................................................................................ 61

I. Utilisation du fichier Excel ......................................................................................................... 62

II. Inventaire des différents systèmes constitutifs de l’avion ........................................................ 63

a) Green-taxiing ......................................................................................................................... 64

b) Dégivrage des bords d’attaque (ailes et moteurs) ................................................................ 65

c) Les aérofreins ........................................................................................................................ 65

d) Divertissement à bord (IFE) ................................................................................................... 67

e) Pressurisation et conditionnement d’air ............................................................................... 67

f) Avionique ............................................................................................................................... 68

III. Axes d’amélioration ............................................................................................................... 68

Références ............................................................................................................................................. 69

Internet .............................................................................................................................................. 69

Ouvrages ............................................................................................................................................ 69

Chapitre 6

DESCRIPTION DES CIRCUITS ........................................................................................................ 70

I. Introduction ............................................................................................................................... 71

II. Circuit FUEL................................................................................................................................ 72

6

III. Circuit huile moteur : ............................................................................................................. 73

IV. Circuit hydraulique ................................................................................................................ 75

V. Circuit pneumatique et antigivrage ........................................................................................... 77

Références ......................................................................................................................................... 78

Internet .......................................................................................................................................... 78

Bibliographie .................................................................................................................................. 78

CONCLUSION .............................................................................................................................. 79

Conclusion ......................................................................................................................................... 80

Retour d’expérience .......................................................................................................................... 81

7

Organisation du Projet

Ce projet s’inscrit dans le cadre du TRL 2 (Technology Readiness Level 2) du développement

collaboratif du Bee-Plane, un avion moyen-courrier innovant à fuselage détachable. Les objectifs de

ce projet étaient concentrés sur la Gestion d’Energie à Bord mais ils étaient nombreux et variés :

- Une Analyse Fonctionnelle concentrée sur l’aspect énergétique du problème.

- Un bilan des énergies et des équipements nécessaires pour la Bee et le Basket.

- Une validation des moteurs (TP400+Sam146)

- Choisir et valider les APU de la Bee et du Basket.

- Une description des circuits.

- Une étude carburant.

- Le dimensionnement des connexions entre la Bee et le Basket (électrique, air, fuel).

La charge de travail demandée était lourde et il nous semblait alors peu probable qu’on arrive à

fournir tous ces livrables à temps en conservant un certain niveau de qualité. Ainsi à l’issue de notre

premier entretien téléphonique avec Mr Dutertre, nous avons déterminé des objectifs « bonus », à

savoir :

- L’étude carburant.

- Le dimensionnement des connexions.

Comme vous pourrez le constater par la suite lors de votre lecture de ce document, nous avons

réussi à déclencher l’étude carburant mais pas le dimensionnement des connexions.

Après avoir pris connaissance du sujet et de l’outil mis à notre disposition,à savoir le serveur

Technoplane, nous nous sommes répartis les tâches et avons conservé cette répartition jusqu’à la fin.

Ce document est donc divisé en 6 chapitres possédant chacun ses propres développement,

références et annexes :

- Chapitre 1 : Analyse Fonctionnelle

- Chapitre 2 : Validation Moteurs

- Chapitre 3 : Etude Carburant

- Chapitre 4 : Choix et Validation APU

- Chapitre 5 : Liste des équipements

- Chapitre 6 : Description des circuits

Les deux premiers chapitres on été étudiés chacun par deux membres du groupe et les autres

chapitres ont été effectué chacun par un seul membre. Ainsi chaque membre du groupe était

responsable d’un livrable et demi, et nous avons évolué en parallèle afin de respecter les délais.

Un diagramme de Gantt figure en page suivante :

NB : Au présent rapport sont joints 2 annexes : un fichier Excel « Excel – Gestion de l’énergie à bord

du Bee-Plane » récapitulant les calculs des chapitres 2 et 3 ainsi que la liste des équipements du

chapitre 5, et un fichier Pdf « Gestion de l’énergie à bord du Bee-Plane – Fournisseurs » où figurent

une partie des fournisseurs potentiels des dits équipements.

8

S_4

1S_

42

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3S_

44

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9

Chapitre 1

ANALYSE FONCTIONNELLE

CONTENU :

Moteurs + APU

Trains d’atterrissage + freins

Dégivrage des bords d’attaque

Commande De Vol Electrique (CDVE)

Parties mobiles (gouvernes)

Pressurisation et conditionnement de la cabine

Système cabine

Avionique

10

Démarche de l’analyse fonctionnelle

L’analyse fonctionnelle nous permet dans un premier temps de découper le Bee-Plane en

« grands » systèmes. En effet, une analyse globale du Bee-Plane ne nous aurait pas permis

une description plus poussée des différentes fonctions de chaque système.

L’analyse du besoin nous permet de formuler l’utilité du système : à quoi sert-il ? Quel

service rend-il ? Il est très important de bien identifier la phase de vie du système lorsque

l’on fait une analyse fonctionnelle. En effet, les informations varient selon la phase de vol.

Par exemple, nous n’aurons pas les mêmes éléments du milieu extérieur au système, selon

que l’on se situe en croisière ou en parking au sol.

Lors de l’identification des éléments du milieu extérieur au système, nous cherchons ce qui

est en interaction avec notre système. Nous faisons, ainsi, un inventaire des différentes

contraintes que le système doit respecter (ex. : respecter les normes de sécurité).

La caractérisation des fonctions de services est un des exercices les plus difficiles puisque

tous les critères du cahier des charges doivent être chiffrés. Pour se faire, nous les avons

estimés grâce à des données bibliographique de l’A320 ou de nos différents cours de 5ème

année comme ATA 24, acoustique ou encore électrification des systèmes.

Expliciter les services que doivent rendre les systèmes conduit à se demander comment sont

rendus ces services, par quels composants ? C’est pourquoi, immédiatement après la

caractérisation des éléments du milieu extérieurs, nous avons dessiné les diagrammes FAST.

En effet, grâce à ce cheminement, nous pouvons chercher quelle pièce est responsable peut

assouvir la fonction désirée.

C’est, entre autre, grâce au diagramme FAST que nous pouvons élaborer la liste des

équipements.

Axes d’amélioration

Analyse fonctionnelle du système en phase de taxiing et de parking

Chiffrer plus précisément les caractérisations des fonctions de service

Une fois tout cela fait, bien recouper la liste des équipements avec l’analyse

fonctionnelle et la description des circuits

N.B : les références bibliographiques de ce chapitre sont les mêmes que celles du chapitre

5 : Liste des équipements du Bee-Plane.

11

I. Analyse fonctionnelle des moteurs et de l’APU

a) Schéma du besoin

12

b) Identification des éléments du milieu extérieur

13

c) Caractéristiques des fonctions de services

14

d) Diagramme FAST

15

II. Trains d’atterrissage, train avant, green taxiing

a) Analyse du besoin

16

b) Identification des éléments du milieu extérieur

17

c) Caractéristiques des fonctions de service

18

d) Diagramme FAST

19

III. Dégivrage des bords d’attaque

a) Analyse du besoin

20

b) Identification des éléments du milieu

21

c) Caractérisation des fonctions de service

d) Diagramme FAST

22

IV. Commande de vol électrique

a) Analyse du besoin

23

b) Identification des éléments du milieu extérieur

c) Caractérisation des fonctions de service

24

d) Diagramme FAST

25

V. Parties mobiles (gouvernes, aérofreins,…)

a) Analyse du besoin

26

b) Identification des éléments du milieu extérieur

c) Caractérisation des fonctions de service

27

d) Diagramme FAST

28

VI. Pressurisation et conditionnement d’air

a) Analyse du besoin

29

b)Identification des éléments du milieu extérieur

c) Caractérisation des fonctions de service

30

d) Diagramme FAST

31

VII. Système cabine

a) Analyse du besoin

32

b) Identification des éléments du milieu extérieur

c) Caractérisation des fonctions de service

33

d) Diagramme FAST

VIII. Avionique

a) Analyse du besoin

34

b) Identification des éléments du milieu extérieur

c) Caractérisation des fonctions de service

35

d) Diagramme FAST

36

Chapitre 2

VALIDATION MOTEURS

37

I- Introduction

Une partie de notre projet consiste à valider ou non le choix des moteurs. Cela passe par plusieurs

étapes, notamment la consommation en carburant et la poussée nécessaire pour faire décoller puis

voler le Bee-Plane. De plus, notre projet s’inscrit dans l’avenir et devra donc répondre aux objectifs

fixés par l’ACARE (Advisory Council for Aeronautic Research in Europe) pour 2020. Pour rappel, il

s’agit de :

- Réduire le bruit perçu de moitié.

- Réduire les NOx et autres émissions de 80%.

- Réduire les émissions CO2 de 50%.

La contribution moteur vis-à-vis de ces objectifs sont les suivants :

- Réduire le bruit de 6 dB par point d’opération.

- Réduire les NOx de 60 à 80%.

- Réduire la consommation spécifique de 15 à 20%.

II- Première étude de consommation

Ici nous nous concentrerons uniquement sur la consommation spécifique. Les valeurs de

consommations pour le TP400-D6 sont très difficiles à trouver, aucun des sites constructeurs (que ce

soit Airbus ou Europrop International) ne la donne. C’est dans une thèse intitulée « Fuel

consumption due to shaft power off-takes from the engine » écrite par des représentants

d’université d’Allemagne, Angleterre et Suède, que nous avons trouvé la consommation spécifique

d’un TP400-D6. (cf Annexe 1)

Nous basant toujours sur un avion de type A321-200 et sur cette donnée de consommation, on peut

effectuer une première comparaison entre le CFM56-5B2 (équipant actuellement l’A321-200), le

Leap (la future génération de turbofan de SNECMA) et le TP400-D6 (équipant actuellement l’avion

militaire A400M).

Comparaison de la consommation spécifique en croisière

Remarque : on précise que la donnée Leap est une estimation partant du fait que SNECMA annonce

une diminution de consommation en carburant de 15% par rapport aux CFM56 actuels.

Cette étude permet de mettre en évidence le fait qu’un TP400-D6 consomme 30.5% de moins en

croisière qu’un CFM56-5B2.

CFM56-5B2 TP400-D6 Leap

lb/(lbf*h) - - -

kg/(N.s) 0,0000154 0,0000107 -

kg/(daN.h) 0,5544 0,3852 0,4712

SFC_cruise

38

III- Estimation de la Poussée nécessaire au décollage

N’ayant aucune estimation de la poussée nécessaire au décollage du Bee-Plane, nous avons décidé

d’observer les caractéristiques d’un A321-200. Un A321-200 a une MTOW de 89t et une poussée au

décollage de 275 788N. On en déduit alors le ratio Poussée/Poids = 0.315. En arrondissant à 0.32 et

en supposant que le ratio Poussée/Poids du Bee-Plane est égal à celui de l’A321-200, on estime la

poussée nécessaire au décollage du Bee-Plane :

A321 Beeplane

MTOW kg 89000 100000

F0/(MTOW*g) - 0,32

F0 N 275788 313920

Estimation de la poussée nécessaire au décollage

du Bee-Plane

IV- Etude comparative d’avions à turboprop

Les fonctionnements d’un turbofan et d’un turboprop étant différents, il n’est pas facile de comparer

un avion équipé de tubofans avec un avion équipé de turboprops. Autant comparer ce qui est

comparable et comparer des avions à turboprops entre eux. Pour cela nous avons sélectionné deux

avions à comparer avec le Bee-Plane : l’ATR72-500 et l’A400M qui utilisent tous les deux des

turboprops à hélices hautes vitesses.

Comparaison du Bee-Plane avec l’ATR72-500 et l’A400M

Ce tableau est intéressant surtout pour le rapport MTOW/PuissanceTotaleMoteurs qu’il expose car

celui-ci permet de visualiser la manière dont sont utilisés les moteurs : un rapport élevé signifiera

que les moteurs sont optimisés tandis qu’un rapport faible signifiera que les moteurs sont peut-être

sous-utilisés.

ATR72-500 A400M Beeplane

Nombre Moteurs 2 4 2

Puissance Moteur kW 1846 8200 8200

Puissance totale Moteurs kW 3692 32800 16400

MTOW kg 22500 141000 100000

MTOW/PuissanceTotaleMoteurs kg/kW 6,094 4,299 6,098

Altitude Croisière ft 16000 40000

km/h 511 555 550

m/s 141,94 154,17 152,78

Mach 0,68-0,72

L 32000

kg 5000 50500 24000

Distance Franchissable (max) km 1648 8700

Hypothèse 1 : 3ème moteur éteint

Vitesse Croisière Max

Fuel

39

Le rapport de l’A400M étant faible, on peut se dire, qu’étant un avion de transport militaire, cela

permet de se laisser de la marge et par exemple de décoller plus rapidement.

Une autre raison pour laquelle ce ratio est intéressant c’est qu’on pouvait aussi se poser la question

suivante : « Est-ce que 2 TP400 sont suffisants pour faire voler le Bee-Plane en croisière ? » et en

observant les ratio de l’ATR72-500 et celui du Bee-Plane on s’aperçoit qu’ils sont vraiment très

proches (6.094 kg/kW pour l’ATR et 0.098 kg/kW pour le Bee-Plane), on peut alors se dire que si,

avec un tel ratio, l’ATR décolle et vole normalement, le Bee-Plane peut voler aussi avec le même

ratio. On valide donc le choix des TP400. Il reste donc à déterminer si 2 TP400 sont suffisants pour

faire décoller le Bee-Plane.

V- Calcul de la poussée au décollage des TP400

Nous avons fait une estimation de la poussée nécessaire pour faire décoller le Bee-Plane, l’objectif

est donc maintenant de déterminer la poussée au décollage d’un TP400 afin d’en déduire la poussée

que devra fournir le 3ème moteur (si 3ème moteur il y a).

Cette étape n’a pas été simple car contrairement à un turbofan, lorsqu’on étudie un turboprop, on

ne parle plus en termes de poussée mais en termes de puissance. Il faut donc réussir à la déterminer.

Une méthode consistait donc à considérer la vitesse au décollage (2ème segment) de l’ATR 72-500 puis

de déterminer la poussée correspondante via la formule suivante :

Estimation de la poussée au décollage d’un ATR 72-500 (cf Annexes 2 & 3)

On prend alors comme hypothèse que le Bee-Plane décolle à la même vitesse que l’ATR 72-500 (on

prend tout de même une majoration de 5% afin de ne pas surestimer la poussée des TP400). On

obtient alors :

ATR72-500

Rendement Hélice 0,8

kt 101,125

mph 116,372572

kt 114,27125

mph 131,501006

m/s 58,781131

lbf 224

N 50247

lbf 112

N 25124

CAS flap 15° pour 22,5t

V2

Poussée Totale

Poussée par Moteur

40

Estimation de la poussée au décollage du Bee-Plane

Il en résulte une nécessité d’introduire un 3ème moteur dont la poussée sera la suivante :

lbf 22785

N 101348

Poussée

nécessaire :

Poussée nécessaire au décollage du 3ème moteur

Le SAM 146 ne pouvant fournir qu’une poussée d’environ 71 kN, on en déduit qu’il faut choisir un

3ème moteur plus puissant.

VI- Choix du 3ème moteur

La poussée élevée du troisième moteur nous pousse à comparer des turbofans équipant des avions

commerciaux type A320 ou B737 :

Comparaison de plusieurs moteurs susceptibles d’équiper le Bee-Plane

Ce premier tableau permet d’exclure d’ores et déjà un certain nombre de moteurs dont la poussée

est insuffisante. Les moteurs restants sont donc soumis à une étude multicritères : nous considérons

Beeplane

V2 m/s 61,72

lbf 946

N 212572

lbf 473

N 106286

Poussée Totale

Poussée par Moteur

SAM146 CFM56-3C1 CFM56-3B2 CFM56-3B1 V2522-A5 CFM56-5A5 CFM56-5B6

Application SSJ100 B737-400 B737-300 / 400 B737-300 / 500 A319-131 A319 A319 / A320

lb 3350 4301 4301 4290 5210 4995 5250

kg 1519,225 1950,50 1950,50 1945,52 2362,74 2265,23 2380,88

lbf 16100 23500 22000 20000 23000 23500 23500

N 71612,8 104528 97856 88960 102304 104528 104528

in 48,2 63 63 63 63,5 72 72

m 1,22 1,60 1,60 1,60 1,61 1,83 1,83

in 86,00 93,1 93,1 93,1 126 98,9 102,4

m 2,18 2,36 2,36 2,36 3,20 2,51 2,60

BPR 4,43 6 5,9 6 4,9 6,2 5,9

lb/(lbf.h) 0,370 0,396 0,396 0,386 0,340 0,3316 0,3276

kg/(daN.h) 0,377 0,404 0,404 0,394 0,347 0,338 0,334

Masse

Poussée Max

Diamètre

Longueur

SFC_sea level

41

que la masse du moteur ainsi que ses dimensions sont des critères de décision prépondérants devant

la consommation de celui-ci, puisqu’il ne sera que sur une durée très courte (décollage et si besoin

atterrissage seulement), il s’agit donc d’un poids mort sur la quasi-totalité du vol. Pour finir, une note

de 5 correspond à « excellent » et une note de 1 correspond à « faible ».

Etude multicritères des moteurs pouvant équiper le Bee-Plane

Cette étude nous permet de sélectionner le CFM56-3C1 comme 3ème moteur du Bee-Plane.

VII- Conclusion

Ce chapitre nous a permis de confirmer le choix de l’utilisation de deux TP400-D6 et d’infirmer le

choix du SAM146 au profit d’un CFM56-3C1. De plus, nous avons démontré que l’utilisation des

TP400 induisait une diminution de 30.5% de la consommation spécifique en croisière par rapport à

un A321-200.

Critère Pondération CFM56-3C1 V2522-A5 CFM56-5A5 CFM56-5B6

Masse 3 4 1 2 1

Diamètre 3 4 4 3 3

Longueur 3 4 2 3 3

SFC_sea level 2 1 3 5 5

38 27 34 31TOTAL

42

Références

Internet

ATR 72-500 :

http://www.atraircraft.com/products/atr-72-500.html

http://www.aviation-

broker.com/fileadmin/user_upload/flugzeuge/airliner/eads_atr_72/specs_atr_72-500.pdf

A400M :

http://www.airbusmilitary.com/Aircraft/A400M/A400MSpec.aspx

Moteurs :

http://www.elsevierdirect.com/companions/9780340741528/appendices/data-b/table-

1/default.htm

Bibliographie

ATR 72-500 :

Performances Data ATR 72-500 - ATR

A321-200 et CFM56-5B2 :

Avions civils à réaction : plan 3 vues et données caractéristiques - Elodie ROUX

Autres moteurs :

Gas Turbine Engines – Aviation Week & Space Technology Janvier 2008

Fuel consumption due to shaft power off-takes from the engine - D.SCHOLZ, R.SERESINHE,

I.STAACK, C.LAWSON

V2500 - IAE

SAM146 - SNECMA

CFM56-5B - SNECMA

43

Annexes

Annexe 1 :

Extrait de Fuel consumption due to shaft power off-takes from the engine - D.SCHOLZ, R.SERESINHE,

I.STAACK, C.LAWSON

44

Annexe 2 :

Extrait de Performances Data ATR 72-500 - ATR qui nous a permis de déterminer la CAS (Calibrated

Air Speed) au décollage de l’ATR 72-500.

45

Annexe 3 :

Extrait de Performances Data ATR 72-500 - ATR qui nous a permis de déterminer la vitesse V2 de

l’ATR 72-500.

46

Chapitre 3

ETUDE CARBURANT

47

I. Introduction

Maintenant que nous avons déterminé quels moteurs seront utilisés, nous pouvons effectuer une

étude carburant du Bee-Plane. L'étude vise à comparer les consommations du Bee-Plane avec celles

d'un A321-200 de 185 PAX selon 2 phases de vol : la phase de décollage et la phase de croisière.1 De

plus, on se basera sur un vol Paris-Istanbul, soit environ 2500km.

Lors de notre étude il faudra également prendre en compte les consommations spécifiques des

moteurs en fonction de l'altitude à laquelle ils fonctionnent.

A321

TP400 CFM56-3C1 CFM56-5B2

SFC_sea level kg/daN/h 0,3852 0,404 0,356

SFC_cruise kg/daN/h 0,3852 0,680 0,554

Bee-Plane

Consommations spécifiques du TP400, CFM56-3C1 et CFM56-5B2

en fonction de l'altitude2

NB : ces valeurs sont en kg/daN/h, les valeurs inscrites dans les références sont exprimées :

Soit en lb/(lbf*h) et la conversion en kg/daN/h s’effectue ainsi :

𝑋 = 𝑌 ∗ 0,4536/(4,4482/10)

Soit en kg/N/s et la conversion :

𝑋 = 𝑍 ∗ 3600 ∗ 10

II. Le décollage

En nous basant sur les poussées au décollage des différents moteur et sur un temps de décollage de

10 min, nous pouvons calculer la consommation au décollage (en kg) grâce à la formule suivante :

𝐶𝑜𝑛𝑠𝑜𝐷é𝑐𝑜𝑙𝑙𝑎𝑔𝑒 = 𝑆𝐹𝐶𝑠𝑒𝑎𝐿𝑒𝑣𝑒𝑙 ∗ 𝑃𝑜𝑢𝑠𝑠é𝑒𝐷é𝑐𝑜𝑙𝑙𝑎𝑔𝑒 ∗ 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑠𝐷é𝑐𝑜𝑙𝑙𝑎𝑔𝑒

En prenant une densité carburant de 0.785, on peut déterminer la consommation au décollage (en L)

:

𝐶𝑜𝑛𝑠𝑜𝐷é𝑐𝑜𝑙𝑙𝑎𝑔𝑒 𝐿 =𝐶𝑜𝑛𝑠𝑜𝐷é𝑐𝑜𝑙𝑙𝑎𝑔𝑒 𝑘𝑔

0.785

On peut alors construire le tableau suivant :

1 On n'étudiera pas la phase d'atterrissage car les données moteur durant cette phase de vol sont introuvables.

2 Pour le TP400 seule la consommation spécifique de croisière (SFC_cruise) était connue, nous avons décidé de

conserver cette valeur au Sea Level, même si en réalité celle-ci est plus faible que SFC_cruise. Il y a donc une première majoration de la consommation.

48

Bee-Plane A321

TP400 CFM56-3C1 CFM56-5B2

SFC_sea level kg/daN/h 0,3852 0,404 0,356

SFC_cruise kg/daN/h 0,3852 0,680 0,554

Poussée Décollage par Moteur N 106286 104528 137894

Temps décollage min 10

h 0,167

Consommation Décollage par Moteur

kg 682,4 703,5 819,1

L 848,7 875,0 1018,8

Conso décollage totale

kg 2068,2 1638,2

L 2572,4 2037,5

L/PAX 11,7 11,0

Consommations au décollage du Bee-Plane et de l'A321-200

On observe que le Bee-Plane consomme 6.17% de carburant de plus qu'un A321-200 en termes de

litres par passager. Ce résultat n'est cependant pas surprenant étant donné que le Bee-Plane est

dans une configuration 3 moteurs lors du décollage.

III. La phase de croisière

Lors de la croisière, il faut prendre en compte plusieurs changements :

Le CFM56-3C1 est éteint et caréné, donc il ne consomme plus de carburant.

Les poussées des TP400 (pour le Bee-Plane) et des CFM56-5B2 (pour l'A321-200) sont

réduites.

La première étape a donc pour objectif de déterminer la poussée des moteurs en croisière. Pour le

CFM56-5B2, le site internet CFM (http://www.cfmaeroengines.com/engines/cfm56-5b) nous donne

la poussée maximale en croisière : 5840 𝑙𝑏𝑓 = 𝟐𝟓 𝟗𝟕𝟔 𝑵.

En revanche pour le TP400, nous n'avons pas de données, il faut donc la déterminer. En nous basant

sur le projet effectué par un groupe ESTACA en 2012-2013 intitulé "Projet Aménagement Intérieur

Bee-Plane" mis à notre disposition sur le serveur Technoplane, nous avons cependant pu déterminer

la poussée nécessaire en croisière.

En effet, en assimilant la phase de croisière à une phase de vol rectiligne uniforme, les lois de la

mécanique du vol nous permettent d'écrire :

𝑇 = 𝑅𝑥 = 0.7 ∗ 𝑃𝑠. 𝑆𝑟𝑒𝑓. 𝑀². 𝐶𝑥

avec :

𝑇 = 𝑃𝑜𝑢𝑠𝑠é𝑒

49

𝑅𝑥 = 𝑇𝑟𝑎î𝑛é𝑒

𝑃𝑠 = 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑠𝑡𝑎𝑡𝑖𝑞𝑢𝑒 à 𝑙′𝑎𝑙𝑡𝑖𝑡𝑢𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑟𝑜𝑖𝑠𝑖è𝑟𝑒 20𝑘𝑓𝑡

𝑆𝑟𝑒𝑓 = 𝑆𝑢𝑟𝑓𝑎𝑐𝑒 𝑚𝑜𝑢𝑖𝑙𝑙é𝑒 𝑑𝑢 𝐵𝑒𝑒 𝑃𝑙𝑎𝑛𝑒

𝑀 = 𝑁𝑜𝑚𝑏𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑀𝑎𝑐𝑕 𝑑𝑒 𝑐𝑟𝑜𝑖𝑠𝑖è𝑟𝑒 (𝑢𝑛𝑒 𝑣𝑖𝑡𝑒𝑠𝑠𝑒 𝑑𝑒 550 𝑘𝑚/𝑕 à 20𝑘𝑓𝑡 é𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑢𝑡 à 𝑀 = 0.5)

𝐶𝑥 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎î𝑛é𝑒 𝑑𝑢 𝐵𝑒𝑒 𝑃𝑙𝑎𝑛𝑒

En utilisant les données du groupe ESTACA, on trouve :

𝑇 = 49 897 𝑁

Soit 𝟐𝟒 𝟗𝟒𝟖 𝑵 par TP400.

En prenant ces données, nous construisons le tableau de calcul suivant :

Bee-Plane A321

TP400 CFM56-3C1 CFM56-5B2

SFC_sea level kg/daN/h 0,3852 0,404 0,356

SFC_cruise kg/daN/h 0,3852 0,680 0,554

Poussée Décollage par Moteur N 106286 104528 137894

Temps décollage min 10

h 0,167

Consommation Décollage par Moteur

kg 682,4 703,5 819,1

L 848,7 875,0 1018,8

Conso décollage totale

kg 2068,2 1638,2

L 2572,4 2037,5

L/PAX 11,7 11,0

Différence % 6,17

Poussée Croisière par Moteur lb - - 5840

N 24948,00 0 25976,32

Distance Croisière km 2500,00 2500

Temps Croisière min 273 179

h 4,55 2,98

Consommation Croisière kg 4368,17 4286,09

L 5433,04 5330,96

Consommation Croisière Totale

kg 8736,34 8572,19

L 10866,09 10661,92

L/PAX/100km 1,98 2,31

Différence % -14,30

Consommations en croisière du Bee-Plane et de l'A321-200

On observe alors une réduction de 14,30 % de la consommation par rapport à l'A321-200. Ce résultat

était attendu étant donné l'utilisation de TP400 et non de turbofans.

50

IV. Le vol entier

Si on s'intéresse maintenant à la totalité du vol :

Consommation sur le Vol entier

kg 10804,55 10210,37

L 13438,50 12699,46

L/PAX 61,08 68,65

Différence

kg 594,19

L 739,04

% 5,82

Différence L/PAX % -11,02

Conso L/PAX/100km 2,44 2,75

Consommations du Bee-Plane (jaune) et de l'A321-200 (vert)

sur la totalité du vol

En faisant une étude sur plusieurs distances de vol comme suit :

Distance (km) 500 1000 1500 2000 25000

Temps (min) 65 119 174 228 283

Consommation (L/PAX/100km) 4,31 3,14 2,76 2,56 2,44

Temps (min) 46 81 117 153 189

Consommation (L/PAX/100km) 4,51 3,41 3,04 2,86 2,75

Réduction (%) 4,3 7,68 9,36 10,35 11,02

Réduction de la consommation (en %) en fonction de la distance parcourue

On peut tracer les courbes suivantes qui nous permettront de visualiser les chiffres précédents :

51

Temps de vol en fonction de la distance à parcourir

Consommation de carburant en fonction de la distance à parcourir

0

50

100

150

200

250

300

500 1000 1500 2000 25000

Temps (min) Bee-Plane

Temps (min) A321-200

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

500 1000 1500 2000 25000

Consommation (L/PAX/100km) Bee-Plane

52

Réduction de la consommation du Bee-Plane par rapport à un A321-200

en fonction de la distance à parcourir

On peut également comparer la consommation en L/PAX au 100 km avec celle d’un A380, on trace

alors le diagramme suivant :

Comparaison de la consommation du Bee-Plane avec celles d’un A321 et d’un A380

Avec ces chiffres, on se rend compte que le Bee-Plane est à même d’être un excellent concurrent

pour ce type d’avions.

0

2

4

6

8

10

12

500 1000 1500 2000 25000

Réduction de consommation (%)

2,20

2,30

2,40

2,50

2,60

2,70

2,80

2,90

3,00

Consommation en L/PAX/100km

Bee-Plane

A321

A380

53

V. Comparaison des résultats de l’A321

En étudiant les chiffres donnés par Aegean Airlines et Airberlin, on se rend compte que notre modèle

minore à hauteur de 15% la consommation de l’A3213 :

Nombre de PAX 195 220 210 220

kg/h

L/h

L/km

L/100km

L/PAX/100km 1,82 1,62 1,83 1,75

Consommation

totale L/PAX/100km 3,64 3,23 3,67 3,50

AirberlinAegean Airline

Consommation

moteur384,98

3,85

3233,83

2600

355,37

3,55

2985,07

2400

Consommation A321 de deux compagnies aériennes

En prenant une consommation de 3.23 L/PAX/100 km, la comparaison serait alors :

Comparaison de la consommation du Bee-Plane avec celles d’un A321 et d’un A380

La différence de consommation BP-A321 n’est alors plus de 11.02% mais de 24.35% !

3 Nous ignorons d’où vient une si grande différence sur l’A321, la raison la plus probable serait une sous-

estimation de la poussée en croisière des CFM56-5B2.

Consommation en L/PAX/100km

Bee-Plane 2,44

A321 3,23

A380 2,90

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

54

Cependant Airbus annonce avec la version Neo une diminution de 15% de la consommation de

carburant par rapport à la version originale. En prenant en compte cette annonce, nous pouvons

assimiler les résultats obtenus au IV à ceux de l’A321 Neo.

Comparaison de la consommation du Bee-Plane avec celles d’un A321Neo et d’un A380

Consommation en L/PAX/100km

Bee-Plane 2,44

A321 Neo 2,75

A380 2,9

2,2

2,3

2,4

2,5

2,6

2,7

2,8

2,9

3

55

Références

Internet

A380 :

http://www.lefigaro.fr/societes/2010/05/18/04015-20100518ARTFIG00549-airbus-reve-d-

une-percee-au-japon-grace-a-l-a380.php

CFM56-3C1 :

http://booksite.elsevier.com/9780340741528/appendices/data-b/table-1/default.htm

CFM56-5B2 :

http://www.cfmaeroengines.com/engines/cfm56-5b

Compagnies :

http://fr.aegeanair.com/la-compagnie/notre-flotte/airbus-a321/

http://www.airberlin.com/fr-FR/site/seatplan.php?seatTyp=A321_200&LANG=fra

Bibliographie

A321-200 et CFM56-5B2 :

Avions civils à réaction : plan 3 vues et données caractéristiques - Elodie ROUX

TP400 :

Fuel consumption due to shaft power off-takes from the engine - D.SCHOLZ, R.SERESINHE,

I.STAACK, C.LAWSON

Poussée TP400 Croisière :

Projet Aménagement Intérieur Bee-Plane – 5A ESTACA 2012-2013

56

Chapitre 4

CHOIX ET VALIDATION DE L’APU

57

I. Introduction

Le but principal d'un APU dans un avion est de fournir l'énergie nécessaire au démarrage des

moteurs principaux. Les moteurs principaux doivent pouvoir être accélérés à une vitesse

suffisante afin que la compression d'air suffise à un fonctionnement auto-entretenu.

Au sol,l'APU du basket (par exemple) est utilisé pour exécuter les accessoires qui nécessitent

de l'énergie alors que les moteurs sont éteints. Une fois en cours d'exécution, il fournit de

l'énergie électrique, pneumatique et hydraulique et doit ainsi pouvoir subvenir au besoin de

tous les systèmes importants comme la pressurisation, la climatisation, le green-taxiing et

également ceux moins importants au niveau de la consommation.

II. APU pour le basket

Le choix de l'APU va dépendre de plusieurs paramètres, comme le type d'équipements

embarqués, le temps d'utilisation et les types de baskets (civil, médical, militaire,

bombardier ou autre).

Pour des raisons économiques et de simplicité de conception, nous choisirons un même APU

quelque soit le type de baskets utilisé. Nous devrons ainsi considérer la configuration la plus

dimensionnante, celle qui consomme le plus d'énergie afin de choisir l'APU qui convient le

mieux. Nous avons conclu que les baskets civils représentaient cette configuration car le

système de pressurisation et de climatisation pour 220 passagers requiert une quantité

d'énergie importante. Notre étude sera donc basée sur un basket entièrement civil, et le

dimensionnement de l'APU sera effectué en fonction de tous les équipements répertoriés

dans la liste (équipement Bee-Plane). Nous considérons les systèmes électriques qui

consomment le plus et qui ont un temps de fonctionnement long pour choisir notre APU. Le

Bee-Plane dispose des mêmes caractéristiques qu'un Airbus A321, il possède donc les

mêmes composants et les mêmes fonctions électriques. On remarque que l'APU APS 3200,

qui équipe les Airbus simple-couloir comme l'A321, peut délivrer une puissance nettement

supérieure à celle requise par l’avion (90 kVA). Il nous semble pertinent de prendre le même

générateur pour alimenter tous les systèmes du basket lors du taxiing jusqu'à l'arrivée de la

Bee et pendant la durée du vol.

58

Voici les caractéristiques de cet APU :

APS 3200

Maximum Bleed Air/shaft output

ppm/hp 200/170

Size LxWxH

in 49,1x33,6x29,8

cm 128x85x76

Dry Weight lb 308

kg 139,71

Performance à 38°C

SHP 124

kW 83

III. APU pour la Bee

L'APU de la Bee va servir à démarrer les moteurs principaux, un seul suffira à faire démarrer

les autres, à faire fonctionner les systèmes de vol de la Bee, les connexions avec le basket et

d'autres systèmes. La Bee possède deux turbopropulseurs TP400 et un turboréacteur

CFM56, et nous devons faire en sorte que l'APU puisse alimenter les trois moteurs

directement pour faire un démarrage rapide et qu'il puisse alimenter le basket dans le cas où

l'APU ne fonctionnerait pas. Nous comparons les APU installés sur les avions à turboprops

comme l’A400M, l’Hercules ou des avions civils, et l'APU du V-22 Osprey est adéquat pour le

Bee-Plane car il peut reprendre tous les systèmes du basket. Le démarrage d'un

turbopropulseur d'un Osprey requiert une forte puissance, il pourra donc démarrer les

TP400.

Voici les caractéristique de cet APU :

T-62T-46-2

Maximum Bleed Air/shaft output

ppm/hp ?/300

Size LxWxH

in 31,4x17,9x6,9

cm 79,8x45,4x42,9

Dry Weight lb 161

kg 73,03

Performance 15°C

SHP 300

kW 224

59

IV. Positionnement de l'APU

Concernant le basket l'APU va se trouver, comme pour les avions commerciaux, à l'arrière du

fuselage. Cela ne gênera pas l'installation interne du basket et aura moins d'inconvénients.

Ainsi l'échappement des gaz pourra s'effectuer plus facilement à l'arrière. Nous aurions bien

pu le positionner dans la nacelle des trains principaux comme sur le Transall C-160,

cependant dans la configuration actuelle, le basket étant trop bas et ne disposant

probablement pas de train d'atterrissage classique nous n'aurions pas la place de le

positionner à cette endroit. De même pour l'installer entre les trains d'atterrissages du

basket au niveau de la soute cargo comme chez le Boeing 727. L'installation dans tel système

à cet endroit ne sera pas compact, l'entrée d'air sera sur les coté du basket et la sortie à

l'arrière. Système qui sera donc moins compact et plus lourd.

En ce qui concerne la Bee, nous ne pouvons positionner l'APU à l'arrière sur le fuselage à

cause du troisième moteur qui sera caréner. Nous pouvons essayer d'appliquer la solution

utilisée sur le Transall C-160 (APU positionné sur la nacelle du train d'atterrissage),

cependant nous n'avons pas de nacelle pour les trains d'atterrissages, il est donc difficile

d'envisager l'installation de l'APU à ce niveau. La solution que nous retenons est de

reprendre l'idée de Boeing pour le B727, mais au lieu de le positionner entre les trains

d'atterrissages, l'installation ce fera au niveau de l'emplanture des ailes. L'entrée ce fera en

avant sur le coté et la sortie des gaz se fera au dessus de l'emplanture sur le coté afin de ne

pas gêner l'aspiration dû au troisième moteur.

APU Bee

60

Références

Internet

http://hsapps.utc.com/powersystems/prodindex.htm

http://www.boeing.com/boeing/

61

Chapitre 5

LISTE DES ÉQUIPEMENTS

62

I. Utilisation du fichier Excel

Les commentaires contenus dans la partie suivante font référence à la liste des équipements

contenue dans un fichier Excel mis à disposition sur le serveur www.technoplane.com .

Dans l’onglet « Nomenclature Bee-Plane », nous avons plusieurs classifications disponibles :

1. Type de système (électrique, hydraulique, mécanique, pneumatique…)

2. Catégorie de système (vérins, calculateur…)

3. ATA (se référer au tableau des systèmes de l’aéronef à droite)

4. Fournisseurs

5. Situation dans le Bee-Plane (soit dans la Bee, le Basket ou les deux)

L’onglet « Liste Equipement » propose, quant à lui, l’ensemble des composants de l’onglet

« Nomenclature Bee-Plane » mais trié par « grands » systèmes et/ou par localisation dans le

Bee-Plane.

1

2 3

4

5

63

II. Inventaire des différents systèmes constitutifs de l’avion

Pour répondre aux exigences du cahier des charges suivantes :

– Diviser la consommation de carburant par 2

– Abaisser les émissions de carbone par 2

Nous décidons de prendre modèle sur les avions plus électriques comme le Boeing 787. En

effet, en privilégiant l’énergie électrique aux énergies hydraulique ou pneumatique, nous

demandons moins d’énergie aux moteurs qui peuvent alors être optimisés et dimensionnés

« exclusivement » pour la propulsion (réduction de la taille). De plus, les composants

électriques sont plus légers. Nous obtiendrons donc une réduction de la masse et, par

conséquent, de la consommation de carburant.

En outre, l’énergie électrique, contrairement aux autres énergies, est permutable. Par

exemple, l’hydraulique alimentant les trains d’atterrissage est transportée pendant toute la

durée du vol alors qu’elle n’est utilisée que quelques minutes lors du décollage et de

l’atterrissage.

Puissance électrique installée d’un avion : 150 kW

Bilan énergétique global :

64

Nous divisons donc les consommateurs d’énergie en plusieurs systèmes :

a. Trains d’atterrissage + freins + green taxiing

b. Dégivrage des bords d’attaque

c. Aérofreins et parties mobiles (gouvernes)

d. Divertissement à bord (IFE)

e. Pressurisation et conditionnement de la cabine

f. Avionique

g. CDVE (commande de vol électrique)

a) Green-taxiing

SAFRAN et Honeywell ont développé le EGTS (electrical green taxiing system) qui permet à

un avion de type A320 de diminuer de 4% la consommation de carburant par cycle de vol (du

décollage à l’atterrissage). Le prélèvement de l’énergie électrique se fait directement sur

l’APU. La bee comme le basket peuvent en être équipé étant donné qu’ils ont 2 APU.

Composants :

Pilot interface unit : Permet au pilote de passer sur les EGTS et de

commander la vitesse de roulage souhaitée (avance) ou la vitesse de

push-back.

Contrôleur EGTS : Reçoit et convertir les ordres du pilote en terme

d’électronique de puissance.

Unité de contrôle de l’actionneur de roue : L’UCAR convertit le courant

délivrée par le contrôleur EGTS en instructions destinés au moteur électrique

(couple, vitesse).

Actionneur de roue (moteurs électriques) : Applique le couple et la

vitesse demandés à la roue.

65

b) Dégivrage des bords d’attaque (ailes et moteurs)

Pour éliminer de la tuyauterie (et donc de la masse), nous éliminons

le système de dégivrage par air chaud prélevé sur les compresseurs

haute pression. En remplacement, nous installons le système de

dégivrage que l’on peut retrouver sur la nacelle de l’A380 ou encore

du B787. C’est assimilable à plusieurs tapis de chauffage (même

principe que le dégivrage électrique d’un pare-brise arrière de

voiture). « Le système de dégivrage de GKN comporte une couche conductrice en métal qui

est fabriqué in situ au cours de drapage par pulvérisation de métal fondu sur une couche de

tissu de fibres de verre placé à l'intérieur de l'empilement stratifié - un radical de

technologies de dégivrage précédents. »Source: GKN Aerospace

c) Les aérofreins

Nous dénombrons 4 aérofreins (ou spoilers) vol

et 2 aérofreins sol par aile d’A321. « Chaque

spoiler est commandé par un vérin hydraulique

alimenté en fonction de sa position. Chaque

vérin est commandé par une valve de commande

qui reçoitdes ordres électriques en provenance

du boîtier de commande aérofrein. » Source

Etude d’un aérofrein Charles Chaligne

L’activation des spoilers se fait en fonction de la

compression des amortisseurs, c’est pourquoi

nous rajoutons 2 capteurs de position sur les

amortisseurs des trains d’atterrissage.

66

Schéma de fonctionnement des aérofreins :

d) Divertissement à bord (IFE)

Nous nous inspirons du schéma de principe ci-contre pour élaborer la liste des équipements

de l’IFE. Nous englobons dans IFE

tout ce qui est lumière et service

multimédia. Concernant le

marquage au sol en cas

d’évacuation d’urgence, nous

considérons que le BeePlane est

équipé de marquage au sol

fabriqué dans un matériau

naturellement fluorescent et donc

qui ne consomme pas d’énergie.

e) Pressurisation et conditionnement d’air

Pour estimer la liste des équipements de la fonction pressurisation et conditionnement d’air,

nous nous inspirons du schéma ci-dessus. Dans notre liste d’équipement, nous ne

retiendrons que les éléments qui consomment de l’énergie.

68

f) Avionique

Le BeePlane étant un avion du futur, nous voulons lui implanter les dernières technologies

disponibles sur le marché. Ainsi, nous nous appuyons sur l’avionique de l’A380 pour lister les

équipements nécessaires. L’intérêt de ce type d’avionique est qu’il est partiellement ouvert

sur l’extérieur de l’appareil, ce qui permet au passager d’avoir accès à l’internet sans fil.

Ainsi, le NSS ou serveur de système en réseau est divisé en deux parties : une partie

extrêmement sécurisé dédiée à l’avionique et l’autre partie est connecté aux informations

de vol et à l’IFE. L’interface de communication sécurisée (SCI) garanti la sécurité des

informations échangées entre le sol et l’avion. Quant au module centralisé d’acquisition de

données (CDAM), enregistre les informations pour la maintenance de l’aéronef. Enfin le

système de téléchargement et de données DLCS sert à mettre à jour les logiciels des

calculateurs embarqués.

III. Axes d’amélioration

Recouper avec la description des circuits pour les quantités des composants

Elaborer une classification différente selon les besoins

69

Références

Internet

Général

http://www.usinenouvelle.com/article/boeing-787-le-choix-de-l-avion-tout-

electrique.N153853

http://albert.terras.free.fr/IMG/pdf/CoursGenerationDistributionElectrique-6.pdf

CDVE

http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00001329/01/sghairi.pdf

Dégivrage

http://www.boeing.com/commercial/aeromagazine/articles/qtr_4_07/article_02_4.h

tml

Passage vers des systèmes embarqués électriques

http://www.boeing.com/commercial/aeromagazine/articles/qtr_4_06/article_04_3.h

tml

http://www.safran-group.com/IMG/pdf/safran_dos_presse_flipbook_FR.pdf

Aérofreins

http://charles.chaligne.net/AMDEC_aerofrein.pdf

Divertissement à bord (IFE)

http://www.sagem-ds.com/spip.php?rubrique228&lang=fr

http://www.freepatentsonline.com/6786279.pdf

Pressurisation et conditionnement d’air

http://farm6.static.flickr.com/5058/5459626842_4a82968806_b.jpg

Avionique

http://www.sagem-ds.com/spip.php?rubrique228&lang=fr

Freins

http://fr.wikipedia.org/wiki/Train_d%27atterrissage

Ouvrages Cours de servitude carburant de 4ème année ESTACA

70

Chapitre 6

DESCRIPTION DES CIRCUITS

71

I. Introduction

Suite à l’analyse fonctionnelle et à l’exploitation des diagrammes FAST, nous avons établi une

liste d’équipements. Ces équipements sont principalement des composants hydrauliques,

pneumatiques ou électriques. Ils se répartissent en grands circuits : circuit fuel, circuit

hydraulique, circuit pneumatique et circuit électrique qui correspondent aux énergies exploitées

à bord d’un avion.

La description des circuits a pour but de rassembler et de clarifier les liens entre les différents

équipements listés dans le chapitre précédent. Ces équipements s’organisent autour de la

circulation des différents véhiculeurs d’énergies dans l’avion : le fuel (circuit fuel et circuit huile

moteur), liquide hydraulique (circuit hydraulique), air (circuit pneumatiques et d’antigivrage) et

électricité (circuit électrique).

Dû au nombre et à la complexité des équipements en jeu, le circuit électrique était trop

complexe pour clarifier correctement les connexions entre les équipements.

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II. Circuit FUEL

Le fuel est acheminé des soutes situées dans les ailes et dans la soute du Bee-plane vers l’APU et

les moteurs à l’aide de pompes, de vannes et de « conduites » circulant dans l’ensemble de

l’avion. Ces équipements sont commandés à l’aide d’un calculateur permettant une injection

carburant optimisée et une régulation du moteur. La pression et la température sont mesurées

et contrôlées à l’aide du pressostat et du contrôle de température. Le circuit de distribution fuel

peut être précisé de la manière suivante :

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Axes d’amélioration pour le circuit de circulation fuel :

Afin de préciser la circulation du fuel, une différenciation entre les soutes gauche et droite

situées dans les ailes est envisageable au niveau du schéma. De plus, afin de le compléter, il

faudrait une définir de manière plus approfondie la régulation moteur et le calcul de l’injection

carburant ainsi que le type de pompes utilisées : pompes hydrauliques ou motor-drivenpumps.

Remarque : Pour la soute du basket, une liaison entre le circuit d’intercommunication et le circuit

de remplissage et de vidange est envisageable.

III. Circuit huile moteur :

L’huile circule entre les moteurs et le réservoir d’huile et sert de fluide pour un échange de

chaleur avec le fuel et l’air.

Le circuit d’huile est visible et contrôlable à l’aide des paramètres suivants : pression,

température et quantité d’huile.

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Le circuit d’huile peut être précisé de la manière suivante :

Axes d’amélioration pour le circuit huile moteur :

Afin de préciser le schéma, il faudrait définir de façon plus précise les interfaces entre le circuit

d’huile et les moteurs ainsi que les échanges thermiques ayant lieux dans le circuit.

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IV. Circuit hydraulique

Dans un premier temps, nous avons modélisé les équipements nécessitant de l’hydraulique pour

fonctionner tels que les trains d’atterrissage et les commandes de vols du point de vue du circuit

hydraulique.

Remarque : Les vérins nécessitant la présence de pression hydraulique pour fonctionner ont été

entourés en orangé.

Remarque 2 : Pour les commandes de vol, nous avons pris l’exemple des gouvernes de

profondeur pour expliciter les liaisons entre les composants mais ce schéma peut être extrapolé

pour l’ensemble des commandes de vol avec un nombre de vérins différent.

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Ces équipements sont inclus dans le circuit hydraulique de la manière suivante :

Les différents circuits hydrauliques permettent d’apporter le fluide hydraulique sous pression aux

équipements qui en ont besoin. Les circuits hydrauliques sont au nombre de trois afin d’éviter qu’une

panne hydraulique affectant un circuit se propage dans tout l’avion.

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V. Circuit pneumatique et antigivrage

L’air est tout d’abord prélevé sur les moteurs et l’APU quand il est en marche puis une fois dans

les packs de conditionnement d’air, il permet de pressuriser la cabine et le cockpit. Le dégivrage

des ailes est assuré à l’aide de tapis chauffants qui sont alimentés grâce à un convertisseur de

tension.

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Références

Internet

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http://farm6.static.flickr.com/5171/5451667791_dff6945e8c_b.jpg

http://farm6.static.flickr.com/5058/5459626842_4a82968806_b.jpg

http://farm6.static.flickr.com/5132/5454262903_3811cbc1bc_b.jpg

http://farm6.static.flickr.com/5019/5452279156_bde4a42f69_b.jpg

http://farm6.static.flickr.com/5211/5459668730_14d10f24b9_b.jpg

http://t1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRmM1W2wdCEFIy9vStgw1buv17BczNapRlwSRx

4t5EEzWILdFCp0KO7syrq

http://www.boeing.com/commercial/aeromagazine/articles/qtr_4_07/article_02_4.html

Bibliographie

Chapitre 5 : Liste des Equipements

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CONCLUSION

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Conclusion

Ce document traitait de la gestion de l’énergie à bord du Bee-Plane, un projet innovant proposé

par la société Technoplane de Mr DUTERTRE. Nous avons ainsi pu mettre en évidence l’utilité et

les rôles des différents systèmes, notamment via les différentes analyses fonctionnelles ; nous

avons aussi validé le choix des TP400 comme moteurs principaux et infirmer le choix du SAM146

comme troisième moteur ainsi avons-nous proposé un CFM56-3C1 pour le remplacer, choix qui

pourra être contesté par la suite ; nous avons pu effectuer une brève étude carburant reposant

sur l’architecture actuelle du Bee-Plane et en prenant un certain nombre d’hypothèses

simplificatrices du problèmes rappelées dans le chapitre ; nous avons déterminé quels APU

allaient être utilisés sur la Bee et sur le Basket ainsi que leur positionnement (Basket : APS 3200

sur la queue et Bee : T-62T-46-2 au niveau de l’emplanture des ailes) ; nous avons établi une liste

des équipements et des fournisseurs potentiels ; et pour finir nous avons schématisé les

différents circuits hydrauliques et pneumatiques.

Les principales difficultés, quelque soit le chapitre étudié, étaient de trouver des informations

fiables et utiles, et de nous coordonner correctement afin de respecter les objectifs à court-

terme.

Ce sujet nous aura permis de travailler sur un grand projet regroupant énormément de

collaborateurs, on a ainsi pu participer à un projet de grande ampleur et en observé la gestion

ainsi que les difficultés pour déceler les informations utiles au projet lorsque le background

d’informations était très important. Travailler sur le Bee-Plane aura été une bonne expérience

pour nous préparer au métier qui sera le nôtre dans quelques mois.

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Retour d’expérience

Edouard CHICAU : « Ce projet a été assez complexe dans son ensemble et nous a permis de voir

toutes les différentes parties d’un avion en ce qui concerne l’énergie à bord. Il a été difficile de

pouvoir réunir toutes les informations nécessaires afin d’élaborer un système énergétique

faisable, correct et sans faille pour ce nouvel avion. Cela nous a également permis de pouvoir voir

la gestion de l’énergie d’un avion au travers des systèmes électriques, hydrauliques et

pneumatiques. On a pu aussi voir les connexions entre les moteurs et les différents systèmes et

réfléchir aux installations des moteurs et des APU ainsi qu’à leurs puissances pour fournir

l’énergie nécessaire au bon fonctionnement de l’avion. »

Alice WAUQUIEZ : « Ce projet m’a permis de découvrir la complexité du choix des équipements et

la façon de les interconnecter dans les différents circuits d’un avion révolutionnaire par son

concept. La variété et la diversité des objectifs proposés m’a permis de découvrir l’utilité de la

communication et de la répartition du travail au sein d’un groupe spécialement lorsque ses

différents membres travaillent simultanément sur des objectifs différents. »

Elise FENERON : « Ce projet m'a permis de travailler sur le concept innovant du Bee-Plane. J'ai pu

approfondir mes connaissances concernant les différents systèmes de l'avion ainsi que leurs

composants. J'ai également amélioré mes techniques d'organisation et de recherches

bibliographiques, ce qui me sera très utile dans mon futur métier. »

Alexandre LABAILS : «Ce projet n’était pas simple, en effet bien qu’il ne nécessitait pas de grands

calculs techniques ni l’utilisation de logiciels spécialisés, il était très difficiles de trouver des

informations fiables qui pourraient nous servir. Cependant, passé cette difficulté, ce projet

s’avérait très intéressant car englobant une grande partie des aspects énergétiques d’un avion,

des moteurs jusqu’aux systèmes de dégivrages. En tant que chef de ce projet, travailler sur le Bee-

Plane m’aura permis aussi de me préparer à l’aspect « gestion de projet et compte-rendu » de

mon futur métier d’ingénieur. En effet, la charge de travail demandé nécessitait une bonne

organisation et beaucoup de coopération, et je pense que notre groupe a relevé le défi. »