Porte-avions et catapulte ?

"les souvenirs s'estompent" dites vous… si je puis me permettre, vous avez de "beaux restes" merci.

les catapultes sur nos anciens PA étaient du type BS 4 au départ pour être transformées en BS 5 (plus puissantes) avec l'arrivée des Cruz
Comparaison entre catapultes CLEM/FOCH et CDG




Éléments constitutifs d'une catapulte du type CLEM. (celle du Charles de Gaulle est à venir)
Voici schématisé à l'extrême les différents éléments d'une catapulte.
Dans les jours à venir, je vais essayer de vous donner davantage de détails.
J'espère que cela vous intéressera

a) Le chariot de va et vient permet de ramener l'ensemble mobile (pistons) sur l'AR (Remise en batterie)
b) C'est un palan hydraulique
c) Chariot du tensionneur qui permet de tendre l'elingue
d) Vérin hydraulique déplaçant le chariot du tensionneur(c)
e) Vannes "papillon" (Sécurité)
f) Vérins de commande de ces vannes
g) Déflecteur de jet: Panneau réfrigéré relevé derrière l'avion et déviant le jet dans une zone ou il n'y a jamais personne
h) Vérin de commande de ce déflecteur
i) Moteur hydraulique du récupérateur d'élingues.(uniquement CRUZADER)


..

Merci pour tous ces renseignements, inédits pour beaucoup.

Merci Jean pour ces souvenirs, c'est du vécu et c'est ce qu'il y a de plus précieux ...

Merci pour ces explications.
Rien ne remplace les expériences de terrains.

Jef

A venir, l'explication succincte du système piston/croc de lancement et comment sont freinés les pistons à l'extrémité de la catapulte. Un truc de 2 ou 3 tonnes lancé à 250km/h et freiné sur à peine 2m. Matheux, à vos postes pour calculer les "g" négatifs........J'ai oublié ça depuis longtemps:scratch:

Le système de freinage est constitué de 2 cylindres dans le prolongement de ceux de la catapulte.
L'ensemble d'un dispositif  de lancement (il y en a 2 solidarisés par le chariot recevant le croc) est constitué d'un "bélier" légèrement conique, 2 pistons (guidage et étanchéité) et une partie médiane recevant la fixation du dispositif d'entraînement du chariot. Le premier piston (guidage) possède sur sa face avant une rainure circulaire constituant une sorte de "larmier". Le deuxième piston sur l'arrière reçoit la pression de vapeur.
La très forte pression intérieure dans les cylindres de freinage lors de la pénétration du "bélier" peut monter jusqu'à 3000 bars (je dis bien trois mille), c'est ce qui explique leur très forte épaisseur.
Les cylindres sont maintenus pleins d'eau grâce à une pompe (3 sur le CdG) aspirant dans le "tank de freinage".
Cette eau est animée d'un mouvement circulaire par des trous tangentiels.
La force centrifuge ainsi créée permet de tenir les cylindres pleins d'eau, l'excédent retournant au tank.

Le fonctionnement :
Lors de la pénétration du bélier conique dans le cylindre, l'eau par définition étant incompressible, va être violemment refoulée vers l'extérieur en étant de plus en plus "laminée".
La pression intérieure va monter brutalement jusqu'à 3000 bars freinant ainsi l'ensemble mobile.
La force de l'eau éjectée par l'espace annulaire entre bélier  et cylindre va frapper la face avant du piston et déviée par le "larmier" (à la façon d'un redresseur de turbine Rateau) va ainsi augmenter le freinage.
La vitesse du piston passe ainsi de 150nds (280 km/h à 0 sur moins de 2 mètres.
Les matheux peuvent s'amuser à calculer la valeur de la décélération et la durée du freinage.


      Sans doute allez vous vous poser la question de savoir comment un cylindre de 50m (75 sur le CdG) fendu(fente de 3 ou 4 cm) sur toute sa longueur pour laisser passer le bras qui entraine le chariot peut être étanche derrière le piston. Je vais essayer de reconnecter mes neurones pour vous l'expliquer sinon dans le détail, au moins dans le principe. J'ai pour cela été faire un tour au G.E.M pour me rafraichir les idées. Je vous ferai part de mes élucubrations un peu plus tard. Sachez déjà que, à quelques détails près (diamètre des cylindres...), le principe de fonctionnement est le même sur le CdG

jean veillon a écrit:

[…] Sans doute allez vous vous poser la question de savoir comment […]. Je vais essayer de reconnecter mes neurones pour vous l'expliquer […] Je vous ferai part de mes élucubrations un peu plus tard. […]

En attendant ces éclaircissements, voici une vue de la sortie d'un F6F du hangar de l'USS Hornet (CV-12), par catapultage :

Et, toujours d'un F6F, mais de l'USS Yorktown (CV-10)

F6F du Yorktown, en plus grand, ici :

Je ne vous oublie pas....Un peu de lassitude m'a fait abandonner momentanément mes explications sur le présent sujet. je rassemble mes souvenirs et je continue.....

Vous savez maintenant que c'est la pression de vapeur derrière le pistons qui détermine la vitesse de sortie de l'avion. Avant d'essayer de vous détailler comment est réalisée l'étanchéité derrière les pistons, vous devez vous demander comment la vapeur  est stockée. On pourrait supposer que cette vapeur provient directement de la chaudière, mais non, la catapulte possède ses propres réservoirs biens sûr alimentés "à la demande" par les chaudières.

Pourquoi des reservoirs de vapeur? A mon point de vue deux raisons (sans doute d'autres....)

1/Les chaudières sont "timbrées" à 45 bars (ou peut-être 35, j'ai oublié...) et la pression de vapeur nécessaire au lancement varie entre 1 ou 2 bars pour un "tir à vide" (aprés à la fin de l'allumage pour s'assurer que la catapulte est "Verte" et avant la première pontée) et 20 / 25 bars en cours de pontée. La chaudière ne peut évidemment pas fonctionner dans ces conditions.

2/ Les 2 reservoirs,  peuvent donc être "Gonflés" a la pression necessaire pour un type d'avion  (cette pression est déterminée à partir d'abaques comme expliqué plus haut), La dexterité et l'habitude du servant de cabine, celui qui remplit les reservoirs, permet de moduler  l'admission de vapeur dans ces réservoirs pour les amener à la pression ordonnée en évitant de mettre les chauffeurs en colère, c'est à dire en évitant de trop faire varier la pression des chaudières.

Sur le CdG, il n'y  a qu'un réservoir plus gros qui reste à pression constante. Alors, penserez vous, QUID de la variation de pression correspondant à l'avion a mettre en l'air? Tout est dans la soupape de lancement. Sur les PA français, si mes souvenirs sont bons c'était une soupape à clapet dont l'ouverture progressive suivant un diagramme d'ouverture bien précis, permettait l'admission de vapeur derrière les pistons.  Sur notre CdG (et probablement sur les P.A US), le réservoir étant je le rappelle à pression constante, c'est une "rotovalve" pilotée par un système  "intelligent" (plus que moi en tous cas....) qui n'enverra que la quantité de vapeur nécessaire et à la bonne pression derrière les pistons. Ne me demandez pas comment fonctionne une "rotovalve" ce n'est pas de mon époque! Si quelqu'un le sait, je suis preneur!
Vous avez maintenant une petite idée comment est générée la puissance qui permet à un avion de décoller sur une longueur de 75m actuellement (50m au bon vieux temps!!!!).

A suivre

jean veillon a écrit:

Vous savez maintenant que c'est la pression de vapeur derrière le pistons qui détermine la vitesse de sortie de l'avion. […]
1/Les chaudières sont "timbrées" à 45 bars (ou peut-être 35, j'ai oublié...) et […]
Vous avez maintenant une petite idée comment est générée la puissance qui permet à un avion de décoller sur une longueur de 75m actuellement (50m au bon vieux temps!!!!). […]

 Éléments d'information précieux pour nourrir notre réflexion ! 

Note : Le timbre des chaudières est effectivement de 45 bars ! Celui des PA de la classe FORRESTAL (et dérivés) était de 84 bars (42 seulement sur le bâtiment tête de série, le Forrestal).

Deux points me chiffonnent et je ne me rappelle plus la raison exacte de la présence de ce réservoir à pression constante...  
Ou bien, contrairement au timbre du coffre d'une chaudière classique, la pression de vapeur saturée (et non pas surchauffée) d'une chaufferie nucléaire diminue lors d'un fonctionnement à vive allure (manoeuvres aviations)...
Ou bien la vapeur du circuit secondaire ne peut être utilisée directement sur les catapultes pour raison de sûreté nucléaire (bien que le secondaire se doit d'être propre)...
Un circuit vapeur spécifique existe, je crois sur le CDG pour le mouillage et les catapules...
Il se peut que je me trompe n'ayez pas peur de me corriger  

PALEZ a écrit:

Deux points me chiffonnent […]
Ou bien, […] la pression de vapeur saturée […] d'une chaufferie nucléaire […]
Ou bien la vapeur du circuit secondaire ne peut être […]
Un circuit vapeur spécifique existe, je crois sur le CDG pour le mouillage et les catapules...
Il se peut que je me trompe n'ayez pas peur de me corriger : oops: 

… il me semble bien que oui. Pour les raisons justement évoquées…  

PALEZ a écrit:

Deux points me chiffonnent et je ne me rappelle plus la raison exacte de la présence de ce réservoir à pression constante...  
Ou bien, contrairement au timbre du coffre d'une chaudière classique, la pression de vapeur saturée (et non pas surchauffée) d'une chaufferie nucléaire diminue lors d'un fonctionnement à vive allure (manoeuvres aviations)...
Ou bien la vapeur du circuit secondaire ne peut être utilisée directement sur les catapultes pour raison de sûreté nucléaire (bien que le secondaire se doit d'être propre)...
Un circuit vapeur spécifique existe, je crois sur le CDG pour le mouillage et les catapules...
Il se peut que je me trompe n'ayez pas peur de me corriger  

On évite de "tirer" par à-coups sur la chaudière nucléaire, comme ce serait le cas pour des catapultages, parce que ces à-coups de consommation (donc de réaction neutronique) génèrent des "poisons" (produits de fission indésirables) qui font perdre de la puissance en piégeant des neutrons. Ces pics de poisons prennent plusieurs heures à être résorbés.

Les réacteurs civils d'EDF et AREVA sont encore plus sensibles à cet empoisonnement que les réacteurs militaires.

Tout ça si je me souviens bien de ce que j'ai entendu il y a plusieurs années.

Takagi a écrit:

[…] On évite de "tirer" par à-coups sur la chaudière nucléaire, comme ce serait le cas pour des catapultages, parce que ces à-coups de consommation (donc de réaction neutronique) génèrent des "poisons" (produits de fission indésirables) qui font perdre de la puissance en piégeant des neutrons. Ces pics de poisons prennent plusieurs heures à être résorbés.[…] Tout ça si je me souviens bien de ce que j'ai entendu il y a plusieurs années. : study:

C'est sûr que les réacteurs nucléaires n'ont pas la souplesse de fonctionnement des chaufferies classiques !

C'est chouette que ce sujet sur les catapultes amène à la discussion. Je suis de "la vieille école" et je dois avouer que tous ces trucs nucléaires me dépassent. Nul doute que la solution du réservoir à pression constante du CdG est directement liée aux caractéristiques de la chaudière nucléaire peut-être moins réactive dans son temps de réponse qu'une chaudière Indret classique. Je suis en ce moment occupé par divers bénévolats, mais je me propose à terme d'aller faire un tour au GI Vapeur du CIN St Georges (ex GEM) pour avoir quelques éclaircissements (si c'est possible) sur ce qui se passe exactement sur notre CdG.
Takagi a écrit qu'on évite de tirer par à-coup sur une chaudière nucléaire, mais sur les chaudières classiques de nos bons vieux P.A, il fallait également être très "souple" et surtout être progressif dans les appels de vapeur pour remplir les réservoirs. Les chauffeurs n'étaient pas contents, mais pas contents du tout si les chaudières détimbraient de trop. Il arrivait parfois qu'ils nous rappellent à l'ordre, surtout quand la manette de gonflage était confiée à de nouveaux embarqués.

jean veillon a écrit:

[…] je me propose à terme d'aller faire un tour au GI Vapeur du CIN St Georges (ex GEM) […]

 

GEM ? CIN Saint-Mandrier ? :

Citation :

[…] surtout quand la manette de gonflage était confiée à de nouveaux embarqués.

… lâchés sans contrôle préalable de leur qualification ?

Rassure toi DahliaBleue, les nouveaux embarqués étaient parfaitement formés et savaient très bien ce qu'il y avait à faire, mais la manette de gonflage était extrêmement sensible et ne devait être manœuvrée que millimètre par millimètre, mais l'habitude venait vite.
Quand à l'appellation de l'ex GEM, c'est effectivement devenu le CIN Nord, mais il est aussi appelé CIN Saint Georges. Je préfère cette appellation car si CIN Sud sonne bien  CINNord avec les 2 N qui se suivent sonne moins bien. Enfin ce n'est qu'un avis perso

Comme promis, je reviens donc à ma catapulte pour vous parler de l'étanchéité piston/cylindre;
Reportez vous au msg de Jolly Rogers du 15 juillet 2010. Vous noterez que les ensembles lame d'étanchéité, couvercles de cylindre
pistons, béliers, sont identiques. La principale différence étant que la pièce d'entrainement de l'aéronef solidaire des pistons est située devant l'appareil alors que sur nos P.A le croc était sous l'avion. On en reparlera si vous êtes toujours intéressés

Il n'est effectivement pas évident de bien comprendre le système.
J'ai essayé, avec des documents d'école que j'ai un peu "bricolés", de vous expliquer la chose ou plutôt de vous en donner une idée

D'abord, une vue des cylindres dans la "fosse" avec les fameuses "lames d'étanchéité", bandes d'acier spécial courant sur toute la longueur de la catapulte (50m sur le Clem, 70 sur le C d G).



La coupe schématisée suivante montre comment est disposée la lame entre le cylindre et son couvercle.




Sur la photo suivante on peut reconnaître la pièce de jonction entre le piston et le chariot. Cette pièce est usinée de façon a porter les cames de levage et d'abaissement. (Clemenceau)





Les schémas suivants vont essayer de vous faire comprendre comment cette "lame" est d'abord décollée de son portage pour ensuite y être recollée si on peu dire...









Ce dernier schéma, montre le dispositif d'étanchéité sur l'AR du piston.
Cette pièce est appelée "Cote de boeuf" à cause de sa ressemblance avec ce que l'on trouve plus fréquemment sur un barbecue (et en tous cas plus digeste)...





Et pour terminer, une vue de l'AR d'un piston (Clemenceau).




a suivre


Agrandir cette image ...

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Vous avez sans doute vu au cours de reportages TV, de films ou sur des photos ce personnage qui au moment de catapulter un avion lève le bras qui tient un petit pavillon et avec un mouvement descendant lui fait toucher le pont donnant ainsi l'autorisation de libérer l'aéronef. Il existe un geste identique (que fort peu de gens connaissent) et qui consiste à remplacer ce petit pavillon par un sabre et la tenue "Pont d'Envol" par la tenue de cérémonie avec gants blancs.....
Il s'agit de l'exception qui confirme la règle comme on dit!. Cela a en général lieu pour une occasion spéciale voire très spéciale, par exemple un hommage pour le dernier vol d'un pilote à partir d'un P.A, un millième ou un X..ème catapultage, le dernier vol d'un appareil etc......Sur mes 3 ans à bord du CLEM, je l'ai vu une fois.

Détail du système de lancement d'un "Hauwkeye" et une très brève explication de ce qui se passe au moment du lancement



Sur nos anciens PA,  l'élingue et le holdback  faisaient corps avec la carlingue de l'avion. Ici, l'élingue est remplacée par la "Launch bar" et ces 2 éléments - holdback et launchbar - sont directement liés au train avant de l'appareil. Le principe du lancement est cependant exactement le même. Lorsque la vapeur est admise derrière les pistons, la force engendrée va à un certain monent casser l'éprouvette de retenue située dans le holdback et l'avion alors libéré va entamer sa course de lancement.




En bout de pont d'envol, la "launch bar" décapelle du croc et l'avion quitte le pont.





Divers types de dispositifs de retenue de l'avion
-Anneaux calibrés pour Alizés et Etendards
-Eprouvettes pour "Hauwkeye", "Super Etendard", et "Crusader" (une idée de la taille par rapport  à un crayon)
-L' éprouvette pour le "Rafale" est, aux dimensions près, identique à celle du "Hawkeye"

A suivre: la procédure de lancement

Félicitations Jean pour toutes ces explications détaillées et précises, quelle mémoire!

Je voudrais rebondir sur l'affaire du stockage de la vapeur. Sur le CDG comme sur les PA américains, les réservoirs sont maintenus à pression constante et sont diphasiques (c'est à dire remplis pour moitié d'eau et de vapeur). Cette technique permet effectivement de limiter les appels de puissance sur les chaufferies nucléaires car une partie de la vapeur consommée lors du tir est immédiatement compensée par vaporisation d'une partie de l'eau du réservoir.
D'un point de vue conduite de l'installation, c'est beaucoup plus simple car le maintien en pression du réservoir à 29 bar est assuré par un automate. Le réglage de la puissance de catapultage est quant à lui obtenu par un régulateur de débit hydraulique pilotant l'ouverture de la vanne de lancement; pour augmenter la puissance délivrée et donc la vitesse de sortie de l'avion, il suffit d'augmenter la vitesse d'ouverture de la vanne de lancement.

Par ailleurs, une petite correction à apporter à votre dernier post du 04/12 où la première photo est celle du train avant d'un Rafale et non celui d'un Hawkeye. Une autre précision concernant les Rafale comme les F18 et F14, ils utilisent un holdback dit à "échappement" qui fonctionne sans avoir recours à l'utilisation d'une pièce cassante comme pour le SEM ou le Hawkeye.

Cordialement

  pour vos expertises respectives !     

http://www.safran-group.com/site-safran/aerospatial/equipements-aeronautiques/systemes-d-atterrissage/avions-militaires-237/