Moteur en étoile

Les moteurs à cylindres en étoile sont une famille de moteurs à explosion où les cylindres sont positionnés les uns à côté des autres autour de l'axe.



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Moteur à explosion - Propulsion des aéronefs

Cylindres en étoile
Un moteur en étoile à 7 cylindres monté sur un avion
Un moteur rotatif, monté dans la roue avant d'une Megola

Les moteurs à cylindres en étoile sont une famille de moteurs à explosion où les cylindres sont positionnés les uns à côté des autres autour de l'axe. Le moteur peut être fixe ou rotatif ; sous cette dernière forme, le vilebrequin est fixe comparé au bâti et ce sont les cylindres et le carter qui tournent. Dans sa version classique, le vilebrequin, particulièrement court, ne comporte qu'un seul maneton auquel est connectée l'une des bielles dite "bielle maîtresse", sur laquelle viennent s'articuler les "bielles secondaires", de manière à ce que les courses soient identiques (en fait, la course des bielles secondaires n'est pas particulièrement identique à celle de la bielle maîtresse, mais c'est négligeable). L'architecture en étoile, généralement, a été particulièrement utilisée en aviation. Le nombre de cylindres est obligatoirement impair pour des raisons d'équilibrage et de régularité cyclique, soit 3, 5, 7, 9 pour un moteur simple étoile.

Les moteurs en étoile sont aussi utilisés de manière rotative (cas largement de moteurs des années 1914-1918)  ; cette architecture a certains avantages surtout au niveau du refroidissement et de la régularité de fonctionnement, mais présente l'inconvénient d'effet gyroscopique particulièrement important et d'une distribution plus délicate à mettre au point (certains moteurs avaient une soupape d'admission intégrée au piston). Le moteur rotatif le plus puissant qui ait été construit (Gnome et Rhône) développait à peu près 240 cv réels. Le réglage de la puissance se faisait par coupure d'allumage sur un groupe de cylindres - par exemple, la procédure utilisée avec ce dernier moteur : 3 cylindres au ralenti, 6 cylindres au décollage, 9 cylindres à pleine puissance. Sans action sur les commandes, l'avion partait en roulis par les simples effets gyroscopiques quand on enclenchait les 9 cylindres ! Outre cet effet gyroscopique dangereux, la consommation d'huile de ces moteurs rotatifs était prohibitive.


Deux des principaux avantages de ces moteurs sont qu'ils sont plus faciles à refroidir par air, d'autant plus qu'ils sont montés sur des avions. Les moteurs en V nécessitent, dans les fortes puissances, un refroidissement par liquide (ex : le célèbre V12 Rolls-Royce Merlin). Un moteur en étoile est aussi plus compact, plus léger et moins coûteux que d'autres architectures. Par contre, la commande de distribution (commande des soupapes), l'alimentation en carburant qui doit se faire de façon semblable pour l'ensemble des cylindres et la torsion due au mouvement sont plus complexes à gérer que pour un moteur en ligne. La surface frontale et la traînée de refroidissement par air sont plus élevées que celle d'un moteur en ligne refroidi par eau, ce qui explique le montage de ces moteurs en ligne (le plus fréquemment en V) sur les chasseurs particulièrement rapides.

Les cylindres peuvent être agencés en plusieurs rangées, d'une à quatre. La puissance du moteur dépendant de la cylindrée, cette organisation permettait de placer jusqu'à 28 cylindres en 4 rangées (moteur Wasp Major de Pratt & Whitney), pour éviter d'augmenter la cylindrée unitaire au delà de 3.3 litres. La puissance maximale dépend aussi du régime de rotation ; pour éviter de dépasser le mur du son en bout de pales d'hélice et pour éviter d'avoir recours à un réducteur lourd et gourmand en puissance, le moteur doit obligatoirement tourner à un régime "lent" de l'ordre de 2000 à 3000 tr/min. Les dernières forteresses B-29 étaient équipées de moteurs Pratt & Whitney 28 cylindres (4 rangées de 7), 3500 cv. A ce niveau, la complexité générale et le refroidissement devenaient particulièrement problématiques. La mise au point des réacteurs de forte puissance a entraîné l'abandon de cette configuration. Le moteur en étoile le plus puissant qui ait été construit en série a été le Wright Cyclone R-3350 à 18 cylindres turbo compound (avec turbine de récupération de la poussée des gaz d'échappement) en double étoile de 3750 cv dans sa version ultime, qui a surtout été monté sur le Lockheed Constellation (sur cet avion, le moteur, en version 3250 cv, disposait d'ailleurs d'une injection directe d'essence). Le dernier avion qui a volé en service régulier avec ce moteur est le Lockheed P2V-7 Neptune de la Marine nationale française.

Un autre appareil français célèbre récemment retiré du service actif (il en reste un seul tenu en état de vol par une association), le Noratlas, était équipé de moteurs en étoile 14 cylindres sans soupapes fabriqués par la SNECMA sous licence Bristol  : la distribution des sans-soupapes était assurée par des chemises rotatives qui découvraient des lumières : ce système était particulièrement efficace et fiable mais occasionnait une importante consommation d'huile.

Actuellement, seuls de petits moteurs en étoile sont toujours fabriqués, surtout en Australie par Rotec (un 7 cylindres de 110 cv et un 9 cylindres de 150 cv) et par HCI Aviation aux USA (un 5 cylindres de 75 cv et un 7 cylindres de 125 cv : ces derniers sont à soupapes latérales pour diminuer coût, encombrement et poids). Le plus gros moteur toujours en fabrication est un 9 cylindres de fabrication russe vedenyev M-14 de 360 à 450 cv qui est utilisé surtout sur des avions de voltige aérienne, ou sur des avions de nostalgiques des moteurs en étoile, surtout américains. Ces moteurs, connus extrêmement fiables peuvent désormais aussi être équipés d'une injection électronique (non certifiée) qui en perfectionne énormément les consommations de carburant et la facilité de démarrage.

Il a aussi existé des moteurs en étoile Diesel 2 temps, les fameux Clerget d'avant guerre aux performances ainsi qu'à la fiabilité particulièrement étonnantes. Leur développement a été stoppé par la guerre et après la seconde guerre mondiale, le temps des moteurs à pistons semblait révolu, les recherches s'orientant vers les turbomachines certes bien plus gourmandes en carburant et d'un bruit peu agréable, mais moins lourdes et encombrantes, sans vibrations et nécessitant nettement moins de maintenance.

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"Un moteur en étoile"

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