A l'occasion du collage des pièces constitutives d'un moulinet Renard pour l'évaluation de la puissance des moteurs d'avions, les étudiants apprennent les techniques de collage structurel.
Colle utilisée : Epoxy Redux/Araldite 420 (Resine 100 part, Durcisseur 40 part, quantité de colle 28 grammes pour une surface de collage de
Technique : Encollage des deux surfaces, calibrage des épaisseurs de colle au couteau dentelé plastique, mise sous presse.
MESURE de la PUISSANCE d'un MOTEUR : Frein de PRONY & Moulinet RENARD
Le contrôle d'un moteur par la mesure de la puissance qu'il délivre peut être très intéressante à faire pour l'amateur. On rappelle que la puissance d'un moteur est égale au produit du couple de ce moteur par sa vitesse de rotation.
P = C.W
P : Puissance [Watt]
C : couple moteur [N.m]
W : vitesse de rotation de l'arbre moteur [rad/s]
Mesurer la puissance d'un moteur consiste donc à mesurer son couple et sa vitesse de rotation.
Pour la vitesse de rotation, un compte tours mesurant la fréquence de rotation [t/min] permet d'en déduire la vitesse de rotation [rad/s].
Pour le couple, Il existe plusieurs méthodes :
Le Frein de PRONY :
Le frein de Prony est un frein dynamométrique utilisé au XIXe siècle pour la mesure des couples. Son nom rappelle celui de son inventeur, l'ingénieur des Ponts et Chaussées Gaspard de Prony (1755-1839).
Schéma du frein de Prony ;
C = Couple de freinage du moteur,
F = force d'équilibrage du frein,
l = bras de levier; rappelons que C = F×l.
Le frein de Prony consiste en deux sabots ou mors amovibles adaptés à la préhension d'un arbre de diamètre donné, assujettis à un levier, asservi le plus souvent par un dynamomètre ou une force (contrepoids) réglable.
L'idée géniale de Gaspard de Prony est de freiner l'arbre moteur par un frein laissé libre en rotation. C'est l'équilibrage du couple de freinage par la force F qui va permettre de mesurer le couple.
Lorsque l'on souhaite par exemple connaître l'intensité d'un couple-moteur associé à une certaine vitesse de rotation, on fait varier la compression exercée sur les sabots jusqu'à ce que, pour la vitesse de rotation donnée, le moteur soit freiné. Le produit de la distance (L) prise entre le milieu des sabots et la masse du contrepoids fois la gravité (F=m×g), ou la force de référence (F), donne pour une vitesse angulaire donnée le couple (C) du moteur.
Le moulinet dynamométrique du colonel Charles RENARD :
Mise au point en 1904, cette méthode consiste en un frein dynamométrique étalonné qui permet par lecture directe du régime correspondant au frein utilisé de déterminer la puissance délivrée par le moteur.
Cette méthode a été reprise par Michel Colomban sous la forme de la méthode, dite "Méthode du Barreau"
Principe :
Tout système en rotation dans l'air absorbe une puissance proportionnelle à la puissance 3 du régime et, à condition qu'il soit homothétique, à la puissance 5 de son diamètre. L'idée de Michel Colomban consiste donc à réaliser un moulinet aussi simple que possible, à savoir un barreau de bois de section carrée (a x a) dont le diamètre soit égal à 15 fois le côté (15a).
Il reste ensuite à déterminer un coefficient K, tel que que l'on ait :
P = K . N^3 . D^5
Avec :
P : puissance en chevaux (Cv)
N : régime en tours par minutes (t/min)
D : diamètre du barreau en mètres (m)
Le coefficient K, déterminé expérimentalement par Michel Colomban vaut 2,88 x 10^-9.
Pour mesurer un point de la courbe de puissance du moteur, il suffit d'installer sur l'arbre moteur un barreau de dimensions adéquates, de mettre le moteur à plein régime quelques secondes et de mesurer le régime obtenu (compte tour optique) pour obtenir la mesure de puissance.
Pour déterminer d'autres points, il faut reproduire la mesure avec d'autres barreaux de diamètres différents et on relie les différents points pour obtenir la courbe de puissance du moteur.
Le barreau peut être réalisé dans tout type de bois (pin ou sapin par exemple), et les arêtes doivent être laissées vives. La partie centrale du moulinet peut être un peu élargie afin de faciliter sa fixation à l'arbre moteur.
Le barreau doit être correctement équilibré afin de limiter les vibrations.
Pour faciliter la réalisation du barreau, on commencera par tailler sa section, et après avoir mesuré cette section précisément au pied à coulisse, on ajustera la longueur en conséquence.
Pour être exactes, les mesures doivent être réalisée moteur chaud. Dans la cas d'un avion, la mise en température sera réalisée en laissant l'hélice en place sur l'arbre moteur, et une fois la bonne température obtenue, l'hélice sera remplacée par le barreau.
Dans ces conditions, le moteur n'étant plus refroidi par le souffle de l'hélice, la mise en régime plein gaz ne doit pas dépasser quelques secondes !
