écoulement de l'air

Principales caractéristiques d'une aile

En vol

Etude fragmentée des matériaux de l'avion

Choix des matériaux dans l'aéronautique
                                 

Lexique

 

 

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 :
  • les commandes de vol
  • 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

 

 

 

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:

 
  • efforts de flexion( verticale et horizontale)
     
  • 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.
 


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 :

  • Des caractéristiques mécaniques (charge à rupture et allongement) compatible avec les contraintes du service.
  • Une bonne tenue à la corrosion.
  • Une bonne stabilité en température.
  • Une conductivité électrique élevée.
  • Une bonne aptitude au pliage.
  • 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