Auxiliary power unit

Le groupe auxiliaire de puissance (GAP), ou en anglais Auxiliary Power Unit (APU), désigne un groupe turbogénérateur auxiliaire destiné à produire de l'énergie à bord des avions pour permettre d'alimenter au sol les différents systèmes de bord (tension électrique, pressions pneumatique et hydraulique, climatisation) quand les moteurs sont arrêtés afin d'économiser le carburant. Il peut cependant être aussi utilisé en vol. En cas de panne d'APU (ou de GAP), il est nécessaire d'avoir recours au sol à des groupes de parc (tension électrique, pression hydraulique) et à un groupe de démarrage à air (pression pneumatique).

Sommaire 1 Historique 2 Installation 3 Fonctionnement 4 Description 5 Fabricants 6 Navette spatiale 7 Autres applications 8 Liens externes

Historique

Le premier APU qui fut utilisé en 1916, était un moteur à piston fonctionnant à l'essence, et il était installé sur l'avion de reconnaissance Pemberton-Billing P.B.31 Night Hawk. Le Boeing 727 fut en 1963 le premier avion à réaction à être équipé d'un APU, ce qui le rendait indépendant et lui permettait d'aller sur les petits aéroports non équipés de groupes de parc (pression pneumatique et électricité).

Installation

Bien que l'APU soit installé dans de nombreux endroits différents sur les divers avions militaires et commerciaux, ils sont habituellement montés à l'arrière du fuselage sur les avions à réaction modernes. L'échappement de l'APU se repère facilement sur la plupart des avions de ligne modernes : c'est une petite tuyère d'échappement placée derrière l'empennage.

Sur le Boeing 727, l'APU était monté entre le train principal, l'entrée d'air étant dans la case de train gauche et la tuyère d'échappement sur l'extrados de l'aile droite. Sur le Transall C-160, l'APU est monté dans la nacelle de train principal gauche.

Sur le BR 1150 Atlantic et l'Atlantique 2, le GAP est situé à tribord avant, devant l'hélice droite.

Fonctionnement

La puissance des APU peut atteindre plusieurs centaines de chevaux-vapeurs. Dans la plupart des cas, l'APU est constitué d'un petit turbomoteur avec démarrage électrique ; ce turbomoteur actionne un compresseur d'air qui peut servir à démarrer les réacteurs ou les turbopropulseurs ou à assurer le conditionnement d'air de cabine. Au turbomoteur sont également attelées des génératrices ou plus souvent des alternateurs pour fournir de l'énergie électrique à bord de l'aéronef. Pour les petites puissances, des conceptions récentes envisagent l'utilisation du moteur Wankel dans ce rôle. Les avantages du moteur Wankel sont son rapport masse/puissance supérieur aux moteurs à piston et sa consommation inférieure à une turbine.

Les APU équipant les avions ayant reçu un certificat de navigabilité ETOPS ont un niveau de sécurité de fonctionnement plus élevé que ceux qui ne sont utilisés qu'au sol car ils fournissent en secours l'électricité et l'air comprimé à la place d'un moteur en panne pendant le vol. Alors que certains APU n'ont pas été conçus pour fonctionner en vol, les APU ayant reçu une certification ETOPS doivent pouvoir être démarrés dans tout le domaine de vol de l'avion, quelles que soient son altitude et sa vitesse.

Les APU récents peuvent démarrer jusqu'à une altitude d'environ 13 000 m (43 000 pieds) et par les température les plus froides que l'aéronef rencontre pendant le vol (- 60 °C).

Si l'APU ou la génération électrique qui l'équipe n'est pas en état de marche, l'avion n'est pas autorisé à faire un vol ETOPS et doit suivre un itinéraire plus long en restant à portée des aéroports de déroutement.

Sur le Boeing 787 qui sera un avion "plus" *(voir note) électrique, l'APU fournit seulement de l'électricité à l'avion (le conditionnement d'air fonctionne grâce à un compresseur électrique). L'absence du système pneumatique simplifie la conception, mais la consommation de centaines de kilowatts (kW) des circuits électriques exige des génératrices de plus en plus puissantes.

• Note : l'évolution constante des technologies fait que la conception des nouveaux avions va de plus en plus vers le "tout" electrique (fly by wire : toutes les servitudes de l'appareil sont électriques, il n'y a plus d'hydraulique, ni de pneumatique issue des prises d'air moteur..., Toutefois, le milieu aéronautique a toujours été prudent quant aux « sauts technologiques », c'est pourquoi la transition se fera en douceur. Cette transition est connue sous le nom d'avion « plus » électrique. Le 787 de Boeing a toujours de l'hydraulique, il fait donc partie de cette nouvelle génération d'avion « plus » électrique...

Description

Un APU type à turbine à gaz pour avion de transport commercial comporte quatre sections principales :

• générateur de puissance
• compresseur d'air
• boîtier d'engrenages
• génération électrique, alternateurs le plus souvent

La partie puissance est la partie génératrice de gaz et produit toute la puissance de l'APU. Le compresseur à air est généralement un compresseur monté sur l'axe principal du générateur de puissance qui fournit toute la puissance pneumatique nécessaire à l'avion. Il comporte deux dispositifs, une régulation d'admission qui ajuste le débit d'air du compresseur et une vanne de décharge qui par un échappement d'air asservi évite le pompage aérodynamique de la partie turbine à gaz.

La troisième partie du moteur est le boîtier d'engrenages, appelé aussi boîtier de transfert de puissance. Ce boîtier transmet la puissance de l'arbre turbine aux équipements mécaniques avec adaptation des vitesses de rotation (pompe carburant, hydraulique, génération électrique). Le démarrage électrique de l'APU est parfois commandé par un interrupteur placé sur le train : la sortie de ce dernier démarre l'APU.

Fabricants

Sociétés fournissant des APU :

• United Technologies Corporation, par ses filiales Hamilton Sundstrand et Pratt & Whitney Canada
• Honeywell International Inc. (filiale : Garrett Systems)
• Turbomeca en France (série des AST 650 et 900 pour Transall et Atlantique 2)
• Microturbo en France Microturbo

Navette spatiale

Les APU destinés à la Navette spatiale américaine sont encore plus critiques. À la différence des APU d'avion, ils fournissent la pression hydraulique, mais pas la puissance électrique. La navette spatiale est équipée de trois APU redondants, alimentés par du carburant de type hydrazine. Ils fonctionnent seulement pendant la montée et la rentrée atmosphérique jusqu'à l'atterrissage.

Pendant la montée (assurée par les moteurs fusée), l'APU fournit l'énergie hydraulique servant à assurer l'orientation des tuyères de la navette et des commandes de vol. Pendant l'atterrissage, ils actionnent les gouvernes et les freins. Cette fonction peut même être assurée à l'aide d'un seul APU. Exemple sur le vol STS-9 (navette Colombia), deux APU prirent feu, l'atterrissage se passa sans encombres [1].

Autres applications

Les chars blindés et les camions sont aussi équipés de petits moteurs auxiliaires destinés à alimenter les systèmes (conditionnement d'air, radio, réfrigération etc.) lorsque les véhicules sont à l'arrêt.

Liens externes

• (en)"Armor-plated auxiliary power" design of a modern gas turbine APU
• (en)"Space Shuttle Orbiter APU"

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