Quel matériau pour quelle
partie ?
AIRBUS A330
Ailes
Elles ont pour rôle de permettre la
sustentation de l'avion quand celui-ci est animé d'une vitesse
suffisante.
Elles supportent :
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les commandes de vol
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les dispositifs hypersustentateurs
-
les aérofreins, les spoilers
Elles permettent sur beaucoup d'appareils, la fixation du train
d'atterrissage, des moteurs ainsi que le logement
des réservoirs (carburant)
Le type de voilure le plus répandu est appelé "voilure CANTILEVER"
qui comprend deux demi ailes symétriques reliées entre elles par
un caisson central
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Définitions relatives à la voilure
bord d'attaque : partie avant de l'aile dans le sens de
déplacement
bord de fuite : partie arrière de l'aile dans le sens de déplacement
Intrados : face inférieure de l'aile
Extrados : face supérieure de l'aile
Profil : section de l'aile par un plan vertical parallèle à l'axe
longitudinal du fuselage
Envergure : distance séparant l'extrémité de deux demi-ailes
Emplanture : liaison aile fuselage
Saumon : partie extrême de chaque demi aile
Les ailes supportent les forces qui permettent de maintenir l'avion
en vol. Sous leurs effets, les ailes ont tendance à se courber vers le
haut. Ainsi, l'extrados (partie supérieure de l'aile) est chargée en
compression, tandis que l'intrados (partie inférieure) est chargée en
traction. On utilise donc pour l'extrados un alliage d'Aluminium ayant
de bonnes aptitudes en compression et en stabilité. On
utilise pour l'intrados, un alliage d'Aluminium plus tolérant à la
fatigue et aux dommages. Les bords d'attaque, les bords de fuite
et les volets des ailes, sont en matériaux composites.
Fuselage
La structure du fuselage est étudiée par les
constructeurs de façon à répondre à de nombreuses exigences
techniques.
Le fuselage d'un avion est soumis au cours du vol à de multiples
et nombreux efforts:
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efforts de flexion( verticale et horizontale)
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efforts de torsion
-
efforts de résistance à la pressurisation
-
efforts localisés( impact à l'atterrissage)
la structure est constituée de cadres soit usinés appelés
cadres forts soit de cadres pliés ou cadres tollés reliés par des
lisses et des pièces de renforts notamment dans les zones ou les
efforts sont importants comme par exemple l'accrochage du train
atterrissage.
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Sur le fuselage, l'alliage
d'aluminium et de cuivre a longtemps été le seul matériau utilisé.
Mais les exigences croissantes des avionneurs et le développement des
composites organiques ont changé la donne. De nouveaux alliages se
positionnent en présentant une tolérance aux dommages améliorée.
Le
fuselage, principal élément de la structure, en terme de masse et de
volume, est aujourd'hui l'un des enjeux majeurs des évolutions
matériaux/procédés. En effet, les rivets, bien que le plus souvent en
aluminium, représentent aujourd'hui la part la plus importante de la
masse du fuselage. La suppression de ces rivets est donc un enjeu de
taille pour les nouvelles générations d'appareils.
Le fuselage contient des parties de structure secondaire, qui ne
sont pas utilisées sous des conditions particulièrement
contraignantes. Pour ces parties, on essaye surtout de gagner du poids
en utilisant des matériaux composites. Le plancher, par
exemple, est souvent un panneau sandwich (couches de
nida enveloppées par un revêtement).
Empennage
L'empennage, situé sur la partie arrière du fuselage, à pour rôle
d'assurer la stabilité (partie fixe) et la maniabilité (partie mobile)
de l'avion.
Il convient de distinguer:
le plan vertical composé d'une partie fixe -la dérive- et d'une partie
mobile - gouvernes de direction
le plan horizontal composé du stabilisateur à calage fixe ou variable
ainsi que les gouvernes de profondeur.
La gouverne de direction est articulée à l'arrière de la dérive et
assure les mouvements de l'avion.
Stabilisateur : Il assure le centrage de l'avion( stabilité
horizontale en vol). Sa position en hauteur varie d'un type d'avion à
un autre.
On trouve de ce fait des stabilisateurs fixés plus ou moins haut sur
le fuselage, ou sur la dérive.
Gouvernes de profondeurs : Elles assurent les mouvements de l'avion
autour de l'axe de tangage ( piqué ou cabré)
Elles sont articulées à la partie arrière du stabilisateur.
Depuis l'A320, l'empennage n'utilise plus que des composites
avancés, à fibres de verre et de carbone. Les panneaux latéraux, qui
sont les pièces de plus grande dimension ont une structure sandwich à
nid d'abeille. Cette structure offre :
une bonne résistance aux forces
et aux moments, une
grande rigidité en flexion, une
faible masse, une
excellente tenue en fatigue, une bonne tenue à la fatigue due aux
vibrations soniques, une résistance après traitement de surface aux
conditions d'environnement et au fluide hydraulique, un
faible coût de
production comparé aux pièces monolithiques renforcées.
Les inconvénients de la structure nid d'abeille sont une sensibilité
aux chocs et aux dommages par foudroiement et la difficulté
d'assemblage avec d'autre éléments.
Hublots
il y a 2 fenêtres accolées : fenêtre interne = polymère,
fenêtre
externe = verre minéral
Trains d'atterrissage
raidisseurs
:
titane
Réacteurs
Les moteurs aéronautiques doivent présenter un rendement
thermodynamique élevé, pour une masse du moteur la plus réduite
possible on doit donc faire appel à des matériaux de pointe pour leur
réalisation. Pour optimiser le rendement on est amené à augmenter la
température des gaz issus de la combustion, donc celle des différents
éléments du moteur, et à accroître le taux de compression de l'air
devant la chambre de combustion. La nécessité de réduire la masse
conduit les concepteurs vers des matériaux dont la densité est aussi
faible que possible et dont les propriétés à haute température sont
acceptables.
Le choix des matériaux s'est donc orienté vers :
- des alliages à hautes performances pour les pièces métalliques
tournantes qui interagissent avec les gaz (avant ou après la chambre
de combustion) : les superalliages à base de nickel,
poly cristallins pour les disques faire un lien pour les disques et
monocristallins pour les aubes.
- des alliages nouveaux à faible densité, mais très réfractaires pour
des pièces de carter : les composés intermétalliques.
- des composites
Câbles
Dans certains cas la masse des câbles peut atteindre 1,5% de la masse
à vide de l'avion. Parmi les conducteurs utilisables pour ce câblage
on recense le cuivre évidemment mais aussi l'aluminium et ses
alliages. Jusqu'au début des années 90 on utilisait le cuivre mais à
ce moment les câbles en aluminium ont commencé à voir le jour dans
certains avions.
Cependant l'utilisation de l'aluminium demande beaucoup de précaution
car il s'oxyde très facilement et les oxydes sont très mauvais
conducteur. Si l'on ajoute à cela le fait qu'au départ les câbles en
aluminium connaissaient des problèmes de fiabilité dus au raccordement
on comprend que l'aéronautique employait à l'origine des câbles de
cuivre. Cependant les recherches ont permis de concevoir un câble en
aluminium convenable comme nous allons le voir.
L'âme du câble doit posséder les caractéristiques suivantes :
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Des caractéristiques mécaniques (charge à rupture et
allongement) compatible avec les contraintes du service.
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Une bonne tenue à la corrosion.
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Une bonne stabilité en température.
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Une conductivité électrique élevée.
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Une bonne aptitude au pliage.
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Une bonne tenue aux vibrations.
Ces caractéristiques ont pu être atteintes avec un alliage
d'aluminium, de magnésium et de fer. En ce qui concerne le problème de
défaillance du à l'oxydation du cuivre il a pu être résolu au moyen
d'un traitement de surface. On recouvre la surface extérieure du fil
par un métal conducteur, inoxydable, stable thermiquement et adhérent
: la nickel
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