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La page technique de M. Roger GAU sur le conditionnement d'air de Concorde

 

 

J'aime tout particulièrement la technique sur les avions, donc un très grand merci à Monsieur Roger GAU, pour son autorisation de réutilisation de sa page particulièrement instructive sur le système de conditionnement d’air du Concorde.


La page originale de l'auteur, ainsi que d’autres très bonnes anecdotes sur Concorde se trouvent sur son site internet, en cliquant sur ce lien : http://roger.gau.pagesperso-orange.fr/concorde.htm

 

Je remercie également l’Etude Labarbe m’ayant autorisé à reprendre quelques photos des catalogues des ventes aux enchères de 2007, 2016 ou autres, photos de très bonne qualité et un peu plus grandes que sur la page originale.


Très bonne lecture à tous, je laisse à présent la plume à Monsieur Gau.
François

 

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"Le système de climatisation : comment ça marche ?

 

Dès le lancement du programme Concorde, j’ai été affecté à la climatisation de cet appareil et plus particulièrement à la génération d’air. Cela mérite une explication. Je vais essayer de faire simple pour que tout le monde comprenne. La climatisation est assurée normalement par quatre groupes identiques et indépendants : voir ci-dessous schéma simplifié d'un groupe 

 

Schéma général

 

 

Chaque groupe utilise l’air prélevé sur un réacteur (prélèvement GTR sur le schéma) avec intercommunication pour pallier le cas de panne. Ainsi, au niveau de chaque réacteur, l’air est prélevé au 5e étage du compresseur haute pression à une température voisine de 550°C à Mach=2,2 (pouvant atteindre 610°C) avec une pression de 230 psi (1 psi = 70 hPa) à travers un clapet anti-retour et une vanne double (voir photo) limitant la pression à 65 psi. 

 

Air conditionnée

Photo : source http://www.marclabarbe.com/

 

 

L’air passe ensuite dans l'échangeur primaire (voir photo ci-dessous) d'où il ressort aux alentours de 200°C.

 

Echangeur primaire

Photo : source http://www.marclabarbe.com/

 

 

L'air traverse ensuite un filtre à particules radioactives (voir ci-dessous)

 

Filtre à particules

Photo : source http://www.marclabarbe.com/

 

 

 avant de pénétrer dans le compresseur du groupe turbo-refroidisseur (nommé "bootstrap" par les britanniques et CAU "cold air unit" sur le schéma) qui comprend un compresseur et une turbine montée sur le même axe (voir photo)

Bootstrap

Photo : source http://www.marclabarbe.com/

 

 

À la sortie du compresseur l'air qui a été réchauffé (environ 300°C) pénètre dans l'échangeur secondaire air/air (voir photo)

 

Echangeur secondaire

Photo : source http://www.marclabarbe.com/

 

 

puis dans l'échangeur air/carburant  (voir photo) d'où il ressort aux alentours de 80°C. 

 

Echangeur Air-Carburant

Photo : source http://www.marclabarbe.com/

 

 

Il traverse ensuite un centrifugeur d'eau qui élimine les particules d'eau pour éviter l'érosion des injecteurs et des pales de la turbine, puis passe par la turbine du turbo-refroidisseur qui refroidit l’air en fonction de la demande de la cabine (jusqu’à – 25°).

Lorsque l’air est humide (altitudes basses et moyennes), l’eau présente dans l’air froid se condense. Pour éviter d’envoyer du brouillard dans la cabine, l’eau est éliminée par un séparateur d’eau (voir photo). Comme vous pouvez le constater cet équipement était très bien isolé pour ne pas perdre le bénéfice du refroidissement important de l'air.

 

Séparateur d'eau

Photo : source http://www.marclabarbe.com/

 

Anecdote sur ce séparateur d'eau. Lors des premiers essais d'épreuve sur avion, cet équipement  explosa. J'étais en vacances et on fit appel à mes connaissances. Le programmes d'essais était incorrect. Heureusement je n'avais aucune responsabilité, car le service qualité avait rédigé le programme d'essai sans me consulter.

Dans un site Internet sur Concorde, il est écrit : « En domaine de vol subsonique, il faut réchauffer la cabine, par contre en supersonique c'est l'inverse, il faut refroidir la cabine. » Ceci est faux. Avec l’isolation thermique de l’appareil, l’influence de la température de peau n’est pas primordiale. Le dégagement thermique des passagers (75 watts par passager au repos soit 7,5 Kilowatts pour 100 passagers) est tel qu'en vol subsonique il faut refroidir la cabine même lorsque celle-ci n'est pas entièrement pleine. Sur Concorde, à cause du bruit de couche limite important, l’isolation a été particulièrement soignée ce qui diminue d'autant la capacité frigorifique à fournir. La particularité de Concorde est ailleurs. Si l’air extérieur est très froid à l’altitude de vol de l’avion (environ – 50°C), pour Concorde à cause de la compression due à la vitesse de Mach 2, l’air se retrouve plutôt chaud (jusqu’à 125°C) à l’entrée des échangeurs. Cette particularité entraîne deux conséquences jamais rencontrées sur les avions subsoniques existants. 

Premièrement, il était nécessaire d’aller chercher la source la plus froide présente sur l’avion, c'est-à-dire le carburant. Ainsi, un échangeur air/carburant était installé ce qui n’avait jamais été réalisé. Vu les températures rencontrées, pour éviter toute explosion, cet échangeur devait être conçu de telle sorte que le carburant et l’air ne puissent pas être en contact en cas de fuite. Ceci a été réalisé par une triple paroi avec espace intermédiaire dont la fuite éventuelle est détectée et rejetée à l’extérieur de l’avion.  

Deuxièmement, le groupe turbo-refroidisseur devait avoir des performances améliorées, car le carburant n’est pas aussi froid que l’air utilisé dans les avions subsoniques. Ainsi, la machine devait être dimensionnée pour atteindre une vitesse jamais atteinte de 60000 tours par minute (imaginez 1000 tours par seconde). Cette machine tournante devait en outre résister à l’éclatement, ce qui n’était pas une mince affaire avec cette vitesse. 

La machine tournante a été conçue et fabriquée par une société anglaise et l’échangeur par une société américaine (USA). Il faut s’imaginer que ces deux équipements sont tout à fait exceptionnels et ont demandé une conception et une mise au point particulière à cause des conditions de l’avion supersonique. Cela m’a valu de nombreux déplacements dans ces deux pays.

La régulation de température est effectuée indépendamment sur chaque groupe par une vanne de régulation qui permet le mélange de l'air chaud (80°C) et d'air froid (-25°C) entre l'entrée et la sortie du turbo-refroidisseur.  

Remarque : Sur un autre site Internet on peut lire : "Sur un avion classique, la seule fonction d'un tel système est de réchauffer l'air de la cabine. Il s'agissait ici (sur Concorde) aussi de le refroidir car, la "peau" de l'avion étant au-dessus de 1000 degrés." On retrouve la même erreur que celle indiquée ci-dessus, mais en plus l'erreur sur la température de la peau est énorme : 150°C et non 1000°C. 

 

Humidificateur

Le Concorde avait la particularité de voler à très haute altitude (18000 mètres). À cette altitude l'humidité de l'air est quasi nulle. Un vol de longue durée dans ces conditions serait très inconfortable, voire même provoquer des malaises, surtout pour les pilotes qui peuvent être amenés à faire un aller retour dans la journée. D'où la nécessité d'un humidificateur pour l'air du poste de pilotage dans la phase de croisière. L'eau était centrifugée sur un plateau, hachée en très fines gouttelettes et envoyée dans le poste de pilotage où elle se vaporisait instantanément.

 

Étude de panne.

L'avion Concorde est le premier avion sur lequel a été fait une étude de panne avec des objectifs de fiabilité fixés par les Services Officiels. Dans ce domaine tout était à faire et un service a été créé pour aider et contrôler les spécialistes. J'ai bien sûr pour ma part fait l'analyse du système de génération d'air de la climatisation. Ce ne fut pas une mince affaire. Elle a fait partie des documents de certification et a fait l'objet d'une approbation des Services Officiels au même titre que toutes les autres  justifications. Pour la petite histoire, les ingénieurs du CEA (Commissariat à l'Énergie Atomique) sont venus nous consulter lorsqu'ils ont été contraints eux aussi par les autorités de faire des analyses de panne et de sécurité. L'aviation avait une longueur d'avance sur l'Énergie atomique !!!

 

Un vol inoubliable

Ingénieur dans la société Aérospatiale, j’ai eu la chance J’ai volé une fois et une seule sur Concorde. Le but était un vol de performance du présérie 02."

 

Monsieur Roger GAU

 

 

15/11/2016

 

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