Démarreur

Réalisation du démarreur électrique avec les éléments contribuant à sa mise en œuvre.

Comme pour tous les moteurs thermiques, le turboréacteur a besoin lui aussi d’un démarreur électrique ou pneumatique. L’important est de bien le dimensionner tant en puissance qu’en encombrement. J’ai retenu le moteur électrique Brushless XB2025/8_4200Trsmn/volt (spécial turbine électrique RC) avec son contrôleur Brushless 30A V2 – XC3012BA DUALSKY. Le bloc accumulateur est un pack de 11.1V 3000mAh, (EC3) 20C ECO-X TopFuel HACKER.

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https://www.flashrc.com/flash_rc/1118-xb2025_8_special_turbine_4200kv.html

Le démarreur électrique doit pouvoir entraîner le corps tournant de la turbine à environ 25.000trsmn soit 20% du régime nominal.

Le démarreur, hormis l’alimentation électrique, se compose d’un support, d’un moteur électrique, d’un embrayage et d’un cône de démarrage. Le principe de l’embrayage retenu diffère sensiblement d’un embrayage de voiture mais tous deux utilisent la friction par contact direct comme moyen de transmission. J’ai donc opté pour un embrayage mû par le couple du moteur électrique. Cette solution offre l’avantage de le désolidariser complètement une fois au repos. Le principe est simple et fiable. Le couple engendré par la rotation de l’axe du démarreur provoque le déplacement d’une masselotte qui vient frotter sur le cône de démarrage de la turbine. C’est une question d’inertie. Plus le couple est important et plus les forces de frottement augmentent. Le mouvement est réversible dès lors que le couple s’inverse faisant ainsi rétracter la partie mobile de l’embrayage. Le premier modèle expérimenté disposait d’un ressort de rappel qui n’est en réalité pas du tout indispensable (photo ci-dessous).

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Le support du démarreur

Il doit être rigide et ne pas, par sa géométrie, entraver le travail de la roue compresseur.

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L’air aspiré peut alors s’engouffrer le mieux possible dans l’entrée d’air qui l’achemine ensuite vers l’inducteur de la roue compresseur (rouet ou encore impeller).

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http://www.321turbo.com/pieces-turbo__mfs3103c_247_pieces-detachees_les-pieces-du-chra_roue-forgee_billet-compressor-wheel-upgrade-t3-trim-50.html

J’ai choisi de tourner le support dans un bloc d’aluminium 2017A en préservant la concentricité entre les usinages. L’axe du démarreur doit être parfaitement aligné avec celui de la micro-turbine. De plus, le cône de démarrage placé en bout de l’impeller doit, lui aussi, être rigoureusement centré, sans balourd. À défaut, cela occasionnerait un balourd dynamique, facteur de vibrations. J’ai donc tourné une portée de centrage sur l’impeller pour le montage du cône. Pour obtenir la forme définitive du cône, il doit être usiné, monté sur l’impeller, celui-ci étant fixé sur son axe. L’écrou de serrage se loge dans le cône de démarrage qui fait office de contre-écrou.

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À noter qu’il faut également surveiller le balourd de couple lorsqu’on reprend une pièce de grand diamètre. Ce n’est pas le cas sur cette pièce-là.

Le support se monte directement sur l’entrée d’air dont le serrage est assuré par six trous filetés M3. Je n’utilise pas pour le moment de frein filet (phase d’expérimentation) si bien qu’à la moindre vibration parasite certaines vis arrivent à se desserrer. C’est un moyen de contrôler les vibrations comme un autre…

Venons-en à la connectique et aux différents organes de commandes. Le contrôleur Brushless 30A V2 – XC3012BA DUALSKY est un matériel conçu pour la pratique de l’aéromodélisme. L’un des manches de la radio commande fait donc office de manette des gaz. J’utilise une radio commande toute simple, dédiée à ce projet, qui offre l’avantage de ne pas trop s’exposer lors des essais en extérieur. Sécurité oblige!

La roue phonique

C’est un élément essentiel pour la régulation. Je l’ai prévue, dans un premier temps, pour vérifier le régime du démarreur électrique. La roue phonique est composée de trois pièces usinées en aluminium et se monte directement sur l’arbre du moteur.

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roue phonique installée

 

 

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axe sans roue phonique

 

La roue phonique est dotée de deux petits aimants permanents (D2mm x L4mm) mis dos à dos. Le capteur à effet Hall est un TLE4945L

CREATOR: gd-jpeg v1.0 (using IJG JPEG v80), quality = 85

Le TLE4945 se comporte comme un interrupteur qui réagit au passage des aimants. Le pôle nord d’un des aimants le rend passant tandis que le pôle sud de l’autre le bloque. Il fournit donc un signal carré directement proportionnel au nombre de tours du moteur.

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trace oscilloscope

 

 

Le plus délicat est d’usiner le diffuseur de telle sorte que le capteur puisse s’y loger et restituer l’information à la platine interface. Celle-ci est raccordée à la carte de développement Velleman, elle-même connectée au PC via un port USB. J’ai choisi un connecteur Graupner qui offre des avantages en terme de fuites d’air. En effet, l’information électrique sort au niveau du diffuseur axial. Cette option condamne de facto une des aubes du diffuseur axial qui passe de 36 à 35 (sur le nouveau diffuseur).

La polarisation du TLE4945L est faite par la carte interface. Je l’ai équipée d’un circuit de test (oscillateur 120khz correspondant au régime max de la turbine) permettant d’étalonner la macro de tachymétrie. Il n’est pas nécessaire de répéter cette opération avant un test de turbine. Par contre, le réglage est propre à chaque PC (question d’horloge interne et de tâches exécutées en toile de fond). D’autre part, la carte de développement est limitée en vitesse d’acquisition ce qui m’a obligé à diviser le signal.

Une des étapes à venir sera de créer ou de modifier une régulation existante. Je pense à une régulation de type PID. Mais avant, je dois amener ma turbine à l’autonomie…

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Schéma Interface Tachymétrie_06-2015

S’il reste encore un élément important qui entre dans la chaîne du démarreur, c’est le diffuseur. Je l’utilise comme support de sonde bien que ce ne soit pas son rôle premier!

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connecteur Graupner

ancien diffuseur

 

 

Je suis actuellement en train de faire un autre diffuseur qui bénéficiera de plusieurs améliorations entre autre, le nombre d’aubes du diffuseur axial qui passe de 48 à 36 aubes. Elles auront un profil en forme d’aile contrairement à celui-ci. Pour plus de détails, vous pouvez consulter l’article « Diffuseur2 & Shroud2 en cours de réalisation ».

La bague présentée ci-dessous se place dans la partie centrale du diffuseur et vient plaquer contre la flasque du moyeu.

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C’est un renvoi à 90° qui permet l’acheminement de l’huile de graissage vers les roulements à billes. On aperçoit le logement du joint torique sur le pourtour de la pièce.

Quant à la saignée, elle permet de loger le capteur à effet Hall.

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Pour que la chaîne de démarrage soit complète, il faut bien sûr, la petite macro VBA…

Code source VBA_03-2017

(données simulées par générateur de fonctions)