• Etude détaillée des systèmes du F100-PW-200.
• Système de Lubrification.
• Système d'allumage.
• Régulation carburant. 

Le F100-PW-200 - Systèmes - Lubrification

Tout ceci est pour la plupart d'entre nous complètement nouveau, nous avons par conséquent un peu de mal à nous adapter... et à la terminologie, et au concept de ce moteur, qui est à cette époque pour le moins avant-gardiste. Nous nous posons beaucoup de questions, et nous en parlons entre nous.

Ci-dessous deux photos de la classe complète prise par l'Adj Knaepen, au cours d'une de nos multiples séances de réflexions.

• MTU7911-01 La classe F-100 MTU7911-01 La classe F-100
• MTU7911-02 Le coup de pompe ! MTU7911-02 Le coup de pompe !
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• Photo MTU7911-01 : De gauche à droite :  Philippe Lallemand - Henry Ghyssens - Maurice Dauchot - Daniel Baude (de dos) - Jean-Yves Watrelot - Helmut Bormann - Serge Bonfond - Philippe Rose.
• Photo MTU7911-02 : Fin de journée tragique pour Maurice Dauchot qui capitule.  En arrière-plan, Helmut Bormann et Philippe Lallemand. 

Nous passons ensuite à l'étude des systèmes dans le détail, nous commençons par le Système de lubrification.

Le système de lubrification est intégré au moteur, et est composé de trois systèmes majeurs :

1. Le système de pression d'huile.
2. Le système de vidange.
3. Le système de ventilation.

L'huile, de spécification MIL-L-7808, est nécessaire à la lubrification, et au refroidissement des cinq roulements supportant les deux rotors N1 & N2. 

• Le système de pression, est un système à pression variable, dépendant directement du régime moteur.  Le réservoir, situé sur le côté droit du moteur, alimente la pompe à huile par gravité. La pompe comporte deux étages, le premier assurant la lubrification des roulements n°2 & n°3, tandis que le second alimente les roulements n°1-4-5. Un filtre 70 microns se trouve en sortie du 1er étage. 

• La fonction du système de vidange est de collecter l'huile ayant servi à lubrifier les différents paliers et à la retourner vers le réservoir. Cette opération est effectuée par les cinq éléments d'une pompe de vidange, le roulement n°4 situé sous la chambre de combustion nécessitant deux éléments à lui seul, car travaillant sous plus haute température. Le circuit comporte quatre capteurs magnétiques (Chip Detectors), qui sont inspectés à chaque Post-flight (Inspection après vol) afin de détecter une éventuelle déficience d'un des roulements. De plus, un échantillon d'huile apellé SOAP (*) sera prélevé au réservoir après chaque vol. Une analyse spectrométrique faite en laboratoire sur la base permettra de déceler la présence de Fe, Ni, Cr, Al, Cu, Ag, Mn dans l'huile, et de suivre ainsi l'évolution de l'usure des roulements de chaque moteur. 

• La fonction du système de ventilation est d'évacuer l'air contenu dans le système de vidange. Certains roulements sont pressurisés par de l'air issu du compresseur haute pression. De l'air est délibérément injecté dans les roulements, ceci afin de confiner pneumatiquement la zone du roulement soumise aux jets d'huile sous pression. Des fuites d'huile internes peuvent entrainer des odeurs et fumées dans le cockpit, et risquer d'endommager des éléments ne supportant pas le contact avec ce type d'huile synthétique. Le système de ventilation se charge également de purger le circuit de vidange à chaque arrêt moteur, ceci éviter l'huile ne "carbonise" sur les parties très chaudes du moteur. (Cooking)

Ci-dessous une vue droite du moteur, on y distingue aisément le réservoir d'huile à l'avant, muni de son regard (gradué en pintes) permettant de vérifier le niveau après chaque vol. Il est muni de trois bouchons de type "Quick Disconnect" : Trop plein - Remplissage - Purge & SOAP (*)

(*) SOAP : Spectometric Oil Analysis Program
Le SOAP est une méthode utilisée par des compagnies aériennes et par de multiples forces aériennes dans le monde afin d'évaluer la condition d'un moteur d'avion en testant régulièrement son huile en laboratoire.

Consommation : une pinte (568 ml) ou deux graduations du réservoir par heure.

• MTU7912-01. Jauge graduée du réservoir d'huile MTU7912-01. Jauge graduée du réservoir d'huile
• MTU7912-02 Détail de la Pompe à huile MTU7912-02 Détail de la Pompe à huile
• MTU7912-03 Détail du réservoir et de la pompe MTU7912-03 Détail du réservoir et de la pompe
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• Photo MTU7912-02 : Une vue arrière de la pompe à huile (Oil Pump) ainsi que trois de ses quatre Chip Detectors, assignés respectivement (de gauche à droite) aux roulements Nr.1 - Nr.5 - Nr.4.
  

• Photo MTU7912-03 : Une vue avant de la pompe (sous le réservoir). Le Chip Detector assigné au roulements Nr.2 & Nr.3 (sur la Gear-Box) est clairement visible, ainsi que les lignes de retour (vidange) des différents roulements.

• A noter également sur la même photo, un support renfermant initialement un écusson métallique représentant le logo Pratt & Whitney. Ces écussons ont été très rapidement considérés comme pièces de collections car étant démontés par beaucoup de techniciens désireux de s'en faire un souvenir. N'étant certainement pas plus "catholique" que les autres, je vous soumets ci-dessous mon propre exemplaire. Il était à cette époque collé sur la couverture de mon aide-mémoire ; petit calepin comportant toutes une série de notes et rappels sur le F-16 et le F100. Il m'a accompagné partout durant dix ans. On peut y voir les petits coups de tournevis coupables, qui ont été nécessaires à son extraction...

 Le F100-PW-200 - Systèmes - Allumage

Le système d'allumage du moteur F100-200 se compose de deux systèmes :

1. Un système pour l'allumage du corps moteur.
2. Un système pour l'allumage de la réchauffe. (Post-combustion)

•  L'allumage du Core Engine est constitué de deux bougies d'allumage qui fonctionnent en permanence dès que le moteur est mis en route, et ce jusqu'à son extinction à une cadence de +/- 3 étincelles par seconde.
• La post-combustion quant à elle est allumée par une seule bougie fonctionnant uniquement durant une seconde et demi qui suivent la sélection de la réchauffe, mais à une cadence de +/- 10 étincelles par seconde.

L'énergie électrique basse tension est fournie par un alternateur fixé sur la partie avant gauche de la Gear-Box moteur (Vis à vis de la pompe à huile). Il comporte trois séries d'enroulements ; deux séries sont utilisées pour l'alimentation du contrôleur électronique (EEC : Engine Electronic Control), tandis que le troisième alimente le système d'allumage, et le système d'indication du régime moteur (N2 RPM).

Deux boites excitatrices contiennent les circuits excitateurs nécessaires à la génération de l'énergie haute tension requise par les bougies. Une boite simple est située sur le côté droit du moteur, et alimente la bougie droite, tandis qu'une boite double, se trouve sur le côté gauche ; celle-ci incorpore deux circuits, chargés d'alimenter à la fois la bougie gauche et la bougie de post-combustion.

Les séquences d'allumage du corps moteur et de la réchauffe sont gérées par le régulateur de carburant appelé UFC ou Unified Fuel Control, car intégrant à la fois la régulation du corps moteur, et la régulation de la post-combustion.

• MTU8001-01 Alternateur & Pompe à Huile MTU8001-01 Alternateur & Pompe à Huile
• MTU8001-02 Boite simple et bougie droite. MTU8001-02 Boite simple et bougie droite.
• MTU8001-03 Bougie de Post-combustion. MTU8001-03 Bougie de Post-combustion.
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 Le F100-PW-200 - Systèmes - Régulation

La régulation carburant du F100-PW-200 est gérée par un régulateur de carburant combiné, commandant d'une part le système corps moteur et d'autre part le système de réchauffe, il est appelé UFC pour Unified Fuel Control. (Régulateur de carburant unifié)

Son principe de fonctionnement est hydromécanique, se servant de cames pour fournir les programmes, et d'un système servo hydraulique pour l'opération des cames ; le liquide hydraulique étant dans ce cas le carburant.

Le UFC incorpore les différents organes capables de contrôler les éléments suivants :

• La valve de dosage de débit de combustible du corps moteur ou Metering Valve
• La valve de décharge du compresseur ou Start Bleed Valve (*)
• Les aubes guides variables du compresseur haute pression ou RCVV's (Rear Compressor Variable Vanes) (*)
• Les deux systèmes d'allumage. (Main & Augmentor)
• Le débit de carburant de post-combustion, ainsi que la séquence de remplissage des 5 segments qui l'alimentent. 

   (*) La valve de décharge du compresseur haute pression ainsi que ses aubes guides d'entrées variables, (RCVV's) sont deux éléments qui permettent d'adapter le fonctionnement du compresseur suivant sont régime, afin qu'il développe le meilleur taux de compression possible tout en évitant les zones de pompage (Stall). Leur position est directement liée à la vitesse de rotation du compresseur N2 ainsi qu'à la température de l'air qui y pénètre Tt2.5.

  1. La valve de décharge du compresseur est ouverte au démarrage, afin de faciliter la prise de régime, et se ferme dès que le niveau de ralenti est atteint. (Tel un décompresseur sur certaines motos monocylindriques)
  2. Les RCVV quant à eux se comportent comme les dispositifs extra-sustentateurs d'une aile (Flaps) ; ils sont cambrés à bas régime, et en position axiale à haut régime.

La Metering Valve dose le carburant du Core moteur en fonction de 5 paramètres de base :

1. PLA : (Power Lever Angle) ou position équivalente du Throttle (Manette des gaz).
2. PLAP : (Power Lever Angle Prime) ou position de l'axe secondaire dont la vitesse de rotation est indépendante de la vitesse avec laquelle est déplacé l'axe primaire.  (En cas d'accélération brutale de idle vers max, le PLAP initie l'accélération du moteur selon un taux évitant tout risque de décrochage.
3. N2 : (Vitesse de rotation du Compresseur haute pression)
4. Tt2.5 : Température de l'air pénétrant dans le Compresseur haute pression)
5. Pb : (Burner pressure) Pression de l'air pénétrant dans la chambre ce combustion.

Ces paramètres sont transmis au UFC, qui les conditionnent ensuite afin de pouvoir les utiliser comme base de calcul afin de délivrer le dosage de carburant idéal à chaque régime moteur. 

Le fonctionnement du UFC est supervisé par un contrôleur électronique appelé EEC. (Engine Electronic Control)

Le EEC est un calculateur électronique contenant des programmes d'opération. Durant le fonctionnement à partir de Military Power (Puissance maximale sans Post-Combustion) et aux puissances supérieures, le EEC supervise et ajuste le fonctionnement du UFC afin d'optimiser les performances du moteur tout en restant dans les limites permises par la sécurité.

A partir de Military, il ajuste et cale la vitesse de rotation du Fan (N1) afin de fournir à la réchauffe un débit d'air constant nécessaire à la bonne stabilité de la flamme. L'ajustement de la vitesse du Fan se fait dans ce cas en modulant l'ouverture de la tuyère. 

A partir de Mil Power également, et selon la température extérieure, le EEC va augmenter la puissance du moteur jusqu'à limitation soit en régime, (N2 limited) ou en température (FTIT limited).

1. Lors du fonctionnement à température extérieure élevée, le moteur est limité par sa température de turbine FTIT (Fan Turbin Inlet Temperature). Le EEC limite donc dans ces circonstances la puissance du moteur en fonction de FTIT.
2. Lors du fonctionnement à basses températures extérieures, la température de turbine FTIT cesse d'être un facteur à contrôler, le EEC limite dès lors la puissance suivant le régime moteur N2.

En résumé, le couple UFC / EEC a donc pour mission de d'optimiser le fonctionnement du moteur afin qu'il développe les meilleures performances possibles en termes de poussée. 

La poussée du moteur F100-PW-200 est un élément essentiel qui va faire du F-16 un des meilleures avions de sa génération avec le F-15 (équippé de 2 moteurs F100-PW-100), car possédant tous deux un rapport "Poussée/Poids" supérieur à 1.  Le F-16 affiche en effet à cette époque une poussée de 23.930 livres pour un poids total approximatif de 22500 livres, en ordre de combat. (*)

(*) Configuration interception 1Wing : Quatres missiles AIM-9 "Sidewinder" & Canon M61A1 "Vulcan" chargé à 511 coups.

L'étude détaillée du système de régulation en carburant ainsi que de ses accessoires (pompes - régulations - injection - etc.) va nous prendre deux semaines complètes dont une utilisée exclusivement à la compréhension du Unified Fuel Control (UFC), que nous allons étudier came par came.

• La photo MTU8002-01 ci-dessous représente le schéma de fonctionnement de ce Fuel Control (FJ-A3). Cliquez ici (Hires)   pour une image Haute-résolution.
• Photo MTU8002-02 : Le UFC et le EEC sur le F100, avec quelques éléments distinctifs.
  

  • MTU8002-01 FJ-A3 UFC MTU8002-01 FJ-A3 UFC
  • MTU8002-02 FJ-A3 UFC MTU8002-02 FJ-A3 UFC
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A suivre...

La suite : 1Wing - 1940-1946