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HISTORIQUE
DE LA RECONSTITUTION DU MOTEUR D’AVIATION EQUIPANT
LE PREMIER AVION DE CONCEPTION ENTIEREMENT SUISSE Ce
travail d'étude a été demandé à l'Ecole
d'ingénieurs du canton de Vaud en 1996 par Michel Porchet
CREATION D’UN DOSSIER
TECHNIQUE POUR LA FABRICATION ET L’INDUSTRIALISATION COMPLETE D’UNE REPLIQUE |
Vue du banc d’essais utilisé à l’époque par un des
mécaniciens de l’usine Oerlikon, dans la banlieue zurichoise. On peut
remarquer la magnifique hélice taillée dans du noyer. Cette photo historique
date de 1910. |
Le premier moteur d’aviation de conception suisse équipé de roulements à billes, Le moteur Oerlikon Caractéristiques
du moteur (d’après les documents originaux) : Développement par les ingénieurs Egg et Türler, constructeurs
chez Oerlikon, Zürich Développement en :
1909 Construit et fabriqué de : de 1910 à 1914 Type du moteur : Boxer
4 cylindres à carter sec, c'est-à-dire vilebrequin et bielles visibles Système :
4 temps, carburateurs, longue course Refroidissement :
Eau par pompe, radiateurs et chemises Cylindrée :
6,28 litres, puis 7,6 litres Diamètre du piston :
100, puis 110 mm Course du piston :
200 mm Taux de compression :
3,84 Puissance :
36,7 kW à 1000 t/min. (50 CV)
44 kW à 1100 t/min. (60 CV) Poids :
80 kg Carburant :
Essence Lubrification :
Huile de ricin, lubrification à huile perdue Rapport poids/puissance :
1,6 à 1,33 kg/CV Toutes ces informations ont été par la suite vérifiées par calculs théoriques. |
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Sans dessins ou informations, comment démonter un
tel engin, par où commencer ? Chaque pièce que l'on va séparer du bâti
demande une longue réflexion, que va-t-on trouver à l'intérieur du mécanisme ?
Des outils spéciaux doivent être créés. Tous les éléments mécaniques livrent
peu à peu leur histoire et leur secret. On ne peut que constater avec
quel génie nos ancêtres maîtrisaient la mécanique avec les moyens très
limités de l'époque. Des usinages incroyables sont ainsi mis à nu, des
roulements, les premiers montés sur un moteur d’aviation et en plus fabriqués
en Suisse. Des vis spéciales avec des filetages non normalisés. Un bâti
en fonte d'aluminium d'une incroyable qualité. Des bielles usinées dans
la masse avec des états de surface dignes d'une Rolls. Des roues dentées
avec des profils en développante de cercle. Des cames avec des rampes
parfaites. Des soupapes avec une géométrie si particulière et apothéose
de notre émerveillement un vilebrequin fabriqué d'un seul tenant. Une question nous vient immédiatement à l'esprit : Va-t-on savoir refabriquer ces pièces, toutes les techniques de l'époque et la maîtrise des tours de main sont perdues à tout jamais. |
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Fabrication des pièces de fonderie Les pièces de fonderie sont toutes exécutées selon le procédé original par des artisans du Nord de l'Italie. Les modèles sont fabriqués. Une coulée d'échantillonnage est exécutée, avant la coulée définitive. Ensuite les pièces seront usinées normalement et finies à la main.
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Corps de pompe : EN AC-AlSi9Mg |
Fabrication du vilebrequin Nous n'avons pas trouvé de partenaire capable de reproduire selon le procédé de l'époque, le forgeage, une telle pièce. Même les spécialistes des grandes entreprises ont tous renoncé à prendre la responsabilité de sa fabrication. Nous avons envisagé d'utiliser une fonte à graphite sphéroïdal et de la couler. Ce sont les mêmes fournisseurs du Nord de l'Italie qui ont relevé le défi en coulant finalement un vilebrequin en acier.
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Usinage des cylindres Le constructeur de l'époque, pour maintenir une masse
acceptable de l'ensemble a imaginé des cylindres avec une épaisseur de
paroi de 1,5 mm. Pour les professionnels, comment tourner un tel tube
sur le tour sans provoquer une déformation. Le choix de la matière (qui
doit résister à une très haute température) effectué, il ne restait plus
qu'à déterminer la gamme opératoire et exécuter un prototype et les outillages
nécessaires pour mener à bien la fabrication de seize pièces. Cette étude
a été confiée aux maîtres mécaniciens de l'Ecole d’Ingénieurs du Canton
de Vaud, qui ont transmis leurs expériences à un atelier mécanique. Celui-ci,
après quelques réticences, a accepté de relever le défit. Un honage de
précision est encore nécessaire pour garantir une lubrification sans problème. |
Cylindre : 25CrMoS4 |
Usinages conventionnels des autres pièces Nos partenaires (des écoles professionnelles) procèdent
à l'usinage des pièces de fonderie, des pistons, des arbres à cames ;
les bielles sont usinées dans la masse d'une plaque d'acier, le tournage
très compliqué des soupapes a nécessité de nombreuses modifications de
programmation, tout ceci est mené de front et nécessite un immense travail
de coordination. Les délais que nous avions prévus initialement n'ont
malheureusement pas pu être maintenus vu les difficultés évidentes qui
accompagnent automatiquement ce genre de coopération. Cas particulier de la soupape Lors du démontage des soupapes, nous avons constaté
qu’une extrémité était obturée par une vis étanche et sertie, donc indémontable.
Nous avons procédé à une radiographie pour connaître l’intérieur de la
pièce. Nous sommes en présence d’un trou percé jusqu’à la limite du filetage,
probablement pour alléger au maximum la pièce, mais peut-être aussi pour
contenir du sodium. Nous n’en aurons jamais la preuve. |
Soupape : X10CrAl |
Refroidissement du moteur (refroidissement à eau) Les quelques photos dont nous disposons sont suffisantes pour deviner comment Grandjean avait imaginé le refroidissement de son propulseur. Nous avons prévu plusieurs solutions que nous avons testées sur le banc d'essais. Nous avons utilisé un radiateur moderne, alors que nous avons maintenu le principe de la pompe de circulation originale comme représenté sur la figure ci-dessous. Nous avons conservé la chemise de refroidissement en cuivre autour du cylindre. Cette dernière pièce nous a donné quelques soucis de fabrication.
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Carburateurs L’adaptation d'un carburateur moderne, dont les caractéristiques
de débit sont semblables aux carburateurs d'origine est possible, mais
nous avons réalisé une réplique, car nous nous sommes laissés influencer
par un puriste qui suit le projet. Nous adaptons dans la foulée un réglage
des gaz, qui s'est révélé par la suite très délicat. |
Corps de carburateur : EN AC-AlSi9Mg |
Allumage et magnéto Comme nous avons prévu de maintenir la magnéto de
démarrage, qui a permis à Grandjean de gagner le prix Eynard le 4 septembre
1912, plusieurs solutions s'offrent à nous. Après consultation auprès
de différents spécialistes, nous allons également tester différents types
et fournisseurs d'allumage sur le banc d'essais. |
A gauche, la magnéto standard, à droite, la magnéto
de démarrage |
Roulements Une chance qui n'arrive qu'une fois, nous a permis de retrouver des roulements ayant les dimensions des originaux chez un revendeur/brocanteur, et tenez vous bien, ils étaient encore emballés dans le papier original et protégés par de l'huile contre la corrosion. Ces roulements qui n'apparaissent plus dans les catalogues doivent être âgés de plus de cinquante ans.
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Roulement à double rangée de billes pour vilebrequin
et arbre d’hélice, puis roulements de bielles. |
Calculs de résistance et de durée de vie L'approche mathématique et les moyens dont nous disposons aujourd'hui nous ont permis de calculer par différents logiciels la durée de vie probable du moteur. Ces calculs nous ont permis de vérifier ce que Grandjean affirmait dans ses mémoires : l'endroit de rupture des pièces comme le vilebrequin par exemple. De plus la durée de vie du moteur est de l'ordre de 150 heures pour les pièces les plus éprouvées, c'est-à-dire les roulements et de quelques heures pour les ressorts de rappel de soupapes. Nous avons bien entendu profité de renforcer ces endroits névralgiques. |
Essais sur le banc (Noël 2000)
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Investissement en heures (situation début 2005) Un décompte sommaire des heures peut être partagé
de la façon suivante :
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cinq
étudiants pendant leurs travaux de semestre : 500 heures
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cinq
étudiants pendant leurs travaux de diplôme : 3000 heures
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un
ingénieur pendant un travail d'assistant : 800 heures
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trois
dessinateurs pendant un travail d'occupation : 3600 heures
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un
responsable directeur de projet pour coordination : 2000 heures
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l'initiateur
du projet : 1500 heures Soit un total arrondi pour divers, mécaniciens, voyages,
visites : plus
de 12000 heures, ceci bien entendu sans tenir compte des heures de travaux d'atelier mécanique, usinage des pièces détachées et montage et de menuiserie, dont nous ignorons à ce jour le décompte précis. |
| Texte et images: Gilbert Mischler |
