SECOURS ET PROTECTION
PROTECTION INCENDIE TURBOMACHINE
Introduction
Les constructeurs de turbine à gaz ont mis au point des systèmes de détection et d'extinction d'incendie obligatoires référencés sous ATA-26. Il est essentiel que, si une défaillance se produit et provoque un incendie que les informations soient transmises dans le poste de pilotage à l'équipage par différents moyens d'alarme (voyants, alarmes sonores, menus informatiques). L'équipage effectue alors les actions nécessaires pour déclencher les systèmes d'extinction de l'incendie dans le réacteur.
Prévention
La plupart des sources potentielles de fluides inflammables sont isolées du "côté chaud" de la turbine. Les composants externes des systèmes de carburant et d'huile et leurs conduites associées sont généralement situés autour des carters des compresseurs, dans une zone "froide", et sont séparés par un cloisonnement ignifuge de la zone de combustion, de la turbine et de la tuyère, ou zone "chaude". Les zones peuvent être ventilées pour empêcher l'accumulation de vapeurs inflammables.
Tous les tuyaux qui transportent du carburant, de l'huile ou du fluide hydraulique sont rendus ignifuges (résistants au feu) pour se conformer aux réglementations en la matière, et tous les composants et connexions électriques sont rendus antidéflagrants. Les étincelles causées par la décharge d'électricité statique sont évitées en collant tous les composants de l'avion et du moteur. Cela permet d'assurer une continuité électrique entre tous les composants et les rend incapables d'enflammer des vapeurs inflammables.
Les capots du moteur sont dotés d'un système de drainage adéquat pour éliminer les fluides inflammables de la nacelle et toutes les fuites de joints des composants sont évacuées à l'extérieur à un endroit tel que le fluide ne peut pas revenir dans la nacelle et créer un risque d'incendie.
Refroidissement et ventilation
Le compartiment moteur ou la nacelle est généralement refroidi et ventilé par l'air atmosphérique qui passe autour du moteur et est ensuite évacué à l'extérieur. Le refroidissement par convection pendant le fonctionnement au sol peut être assuré par l'utilisation d'un évent de sortie de refroidissement interne comme système d'éjection. Une fonction importante du flux d'air est de purger le compartiment moteur de toute vapeur inflammable.
Le dessin ci-dessous montre un système de refroidissement et de ventilation plus complexe utilisé sur une turbine à turbo-fan. L'air est aspiré par le conduit d'admission, mais est également acheminé par le fan (soufflante) pour assurer un refroidissement multizone, chaque zone ayant son propre débit de refroidissement calibré.
Les différentes zones
La zone 1 est définie comme la section du compresseur et des accessoires où il y a un isolement par rapport au reste du moteur. La section des accessoires est l'endroit où se trouvent les pompes à carburant, les pompes hydrauliques, l'huile de lubrification du moteur, les générateurs et les boîtes de vitesse (gearboxes). Cette zone nécessite des systèmes de détection et de protection contre l'incendie, car un incendie dans cette zone deviendrait rapidement incontrôlable.
La zone 2 est la zone autour du compresseur où il n'y a pas de carburant ou de source d'inflammation. Un incendie dans cette zone serait un incendie de métal dû au frottement des aubes du compresseur contre le carter de confinement. Cela se traduirait par de fortes vibrations et un arrêt du moteur supprimant la source d'inflammation.
La zone 3 est la zone chaude à partir des chambres de combustion vers l'arrière. Normalement, cette zone est considérée comme une zone de surchauffe car il n'y a pas de carburant, mais une tuyère fissurée pourrait entraîner la projection de gaz chauds dans la structure environnante.
La chambre de combustion, la turbine sont incluses dans la zone 1 s'il existe des conduites ou des composants qui transportent des fluides ou des gaz inflammables.
Auxiliary Power Unit
Les APU sont normalement situées dans la queue d'un avion, où elles sont isolées du reste de la structure de l'avion par une cloison pare-feu. Dans ce cas, l'ensemble du groupe auxiliaire et de son compartiment est classé comme zone de feu 1
Détection
La détection rapide d'un incendie est essentielle pour réduire au minimum la période d'incendie avant l'exercice d'arrêt du moteur et le déclenchement de l'extincteur. Il est également extrêmement important qu'un système de détection d'incendie ne donne pas une fausse alerte d'incendie.
Un système de détection peut être constitué d'un certain nombre d'unités de détection situées stratégiquement, ou être du type à élément continu (rempli de gaz ou électrique) qui peut être formé et fixé à des tubes préformés. L'élément de détection peut être acheminé à travers des orifices de sortie, tels qu'un conduit de ventilation d'un extracteur de zone, pour permettre une détection précoce d'un incendie. Les systèmes de détection et d'extinction doivent ajouter le moins de poids possible à l'installation.
Il existe plusieurs types de détecteurs :
- détecteur thermocouple est constitué de deux métaux différents qui sont réunis pour former deux jonctions. Lorsque la différence de température entre les deux jonctions augmente. Voir Thermocouple ;
- détecteur thermistance est un capteur de température basé sur la variation de la résistance électrique en fonction de la température. Il peut être utilisé comme un détecteur à point unique ou comme un capteur à élément continu ;
- détecteur à gaz est constitué d'un tube en acier inoxydable rempli d'un matériau absorbant les gaz et, en cas d'incendie ou de surchauffe, l'augmentation de la température provoquera l'expulsion du gaz actif absorbé par le noyau de la boucle de détection dans le tube scellé, provoquant une augmentation rapide de la pression. Cette augmentation de pression est détectée par l'interrupteur d'alarme du détecteur.
À des nombres de Mach élevés, les niveaux de température considérablement plus élevés peuvent être tels qu'ils rendent le système de détection d'incendie par thermistance ou thermocouple insatisfaisant. Les détecteurs thermiques qui détectent soit une augmentation de la température, soit un taux d'augmentation de la température, peuvent donc s'avérer les plus appropriés.
Les détecteurs de surveillance qui réagissent au rayonnement lumineux d'un incendie constituent une alternative aux types ci-dessus. Ils peuvent être rendus si sensibles qu'ils ne réagissent qu'aux rayons ultraviolets et infrarouges émis par un feu de kérosène.
Principe de fonctionnement
Sur Airbus A320 un système de détection incendie et de surchauffe équipe chaque réacteur et l'APU. Il comprend :
- deux circuits identiques de détection à gaz montés en parallèle (appelées LOOP A et B) ;
- un FDU FIRE DETECTION UNIT (boîtier de détection incendie).
Chaque boucle de détection comprend :
- trois éléments détecteurs pour le réacteur, localisés dans le mât, autour de la partie HP (haut pression) et du FAN (soufflante).
- un élément détecteur pour l' APU, localisé dans le compartiment APU.
Quand un élément détecteur est soumis à la chaleur, un signal est transmis au FDU. Dès que le niveau de température présélecté est détecté par les circuits A et B,l'alarme incendie est déclenchée.
Un défaut d'une boucle (coupure ou perte d'alimentation électrique) n'affecte pas le circuit d'alarme. La détection incendie est assurée par le circuit non affecté.
Si un incendie APU est détecté au sol, il y a arrêt automatique de l'APU et percussion du conteneur.
ECAM - electronic centralised aircraft monitoring (surveillance électronique centralisée des avions) en français. ECAM est un système qui surveille les fonctions des aéronefs et les transmet aux pilotes. Il produit également des messages détaillant les défaillances et, dans certains cas, énumère les procédures à suivre pour corriger le problème.
L' ECAM est en fait une série de systèmes conçus pour fonctionner à l'unisson afin d'afficher des informations aux pilotes de manière rapide et efficace. Des capteurs placés dans tout l'avion, surveillant des paramètres clés, alimentent leurs données dans deux concentrateurs d'acquisition de données SDAC (System Data Acquisition Concentrator) qui, à leur tour, traitent les données et les envoient à deux ordinateurs d'alerte de vol FWC (Flight Warning Computers). Les FWC vérifient les écarts entre les données et les affichent ensuite sur les écrans ECAM par l'intermédiaire des trois ordinateurs de gestion de l'affichage DMC (Display Management Computers). En cas d'anomalie, les FWC génèrent les messages d'avertissement et les sons appropriés. Les systèmes plus vitaux sont acheminés directement par les FWC, de sorte que les défaillances de ces derniers peuvent toujours être détectées même en cas de perte des deux SDAC. L'ensemble du système peut continuer à fonctionner même en cas de défaillance d'un SDAC et d'un FWC.
Extinction incendie
Avant de faire fonctionner un système d'extinction d'incendie, le moteur doit être arrêté pour réduire le rejet de fluides inflammables et d'air dans la zone d'incendie.
Chaque réacteur est équipé de deux conteneurs d'extincteurs (bouteilles), placés généralement dans les mâts réacteurs. Chaque conteneur comprend une tête de percussion électrique pour libérer l’agent extincteur et chaque tête de percussion comprend une double alimentation électrique. Lorsque le circuit électrique concerné est actionné manuellement, le gaz sous pression est déchargé des conteneurs par une série de tuyaux perforés (pulvérisation) ou de buses dans la zone d'incendie. La décharge doit être suffisante pour donner une concentration prédéterminée de gaz pendant une période qui peut varier entre 0,5 et 2 secondes. Si le feu persiste le deuxième conteneur peut être utilisé.
Les conteneurs d'extincteurs contiennent un agent extincteur liquide halogéné et du gaz sous pression (généralement de l'azote). Ils sont normalement fabriqués en acier inoxydable. En fonction des considérations de conception, d'autres matériaux sont disponibles, notamment le titane. Les conteneurs sont également disponibles dans une large gamme de capacités. La plupart des conteneurs d'avion sont de conception sphérique, ce qui permet d'obtenir le poids le plus léger possible. Cependant, des formes cylindriques sont disponibles lorsque l'espace disponible est limité.
Chaque conteneur comprend un diaphragme de sécurité sensible à la température/pression qui empêche la pression du conteneur de dépasser la pression homologuée du conteneur en cas d'exposition à des températures excessives.
Des clapets anti-retour sont nécessaires dans un système à deux temps pour empêcher l'agent extincteur d'un conteneur de réserve de refluer dans le conteneur principal vidé précédemment.
Les conteneurs à incendie sont généralement placés à l'intérieur du mât réacteur. Dessin ci-dessous.
Indicateurs de décharge
L'indicateur de décharge thermique (disque rouge) connecté au raccord de décharge du conteneur indique que le conteneur s'est vidé en raison d'une chaleur excessive. Cela permet d'avertir les équipages de vol et de maintenance que le conteneur de l'extincteur est vide et doit être remplacé avant le prochain vol.
L'indicateur de décharge (disque jaune), indique à l'équipe de maintenance que le système d'extinction a été activé par l'équipage de conduite et que le conteneur d'extinction doit être remplacé avant le prochain vol.
Les indicateurs de décharge fournissent une preuve visuelle immédiate de la décharge des conteneurs des systèmes d'extinction d'incendie.
Interrupteurs d'incendie
Les interrupteurs d'incendie des moteurs et des APU sont généralement installés sur le panneau central supérieur ou sur la console centrale du poste de pilotage.
Ci-dessous sur Airbus A320 la percussion est commandée depuis le panneau ENG FIRE monté sur l’"overheadpanel".
L’APU est équipé d’un seul conteneur, comprenant une tête de percussion électrique pour libérer l’agent extincteur. La percussion est commandée depuis le panneau ENG FIRE, ou est déclenchée automatiquement en cas d’incendie APU au sol.
