1. ‌LA STRUCTURE D’UNE CELLULE * A. Les Forces et les contraintes s’exerçant sur un avion * B. Les matériaux * C. La structure du fuselage * D. Structure de la voilure A. ‌LES FORCES ET LES CONTRAINTES S’EXERÇANT SUR UN AVION * Les principales forces agissant sur un aéronef sont : * le poids de l’appareil * la portance et la traînée sur les ailes * les efforts aérodynamiques sur les gouvernes * la poussée ou la traction des moteurs Ces forces provoquent des contraintes dans les différentes parties d’un système. On distingue principalement les contraintes suivantes : [image] EXEMPLES : les câbles, les bielles des commandes de vol, les éléments de structure, le revêtement de l'aile, les boulons, les pales de l'hélice, les tubes et les fixations du bâti moteur… [image] EXEMPLES : les bielles du moteur, les commandes de vol, les éléments de structure du fuselage et de l'aile, les tubes du bâti moteur… [image] EXEMPLES : le revêtement du fuselage, les fixations, les charnières, les boulons, les éléments encastrés comme les nervures ou les pales de l'hélice près du moyeu. [image] EXEMPLES : les longerons, les nervures, les jambes de train d'atterrissage, les guignols, le pied de manche, les pales d'hélice… [image] EXEMPLES : les axes de palonniers, le train d'atterrissage à lame lors du freinage et les éléments de structure comme le fuselage, les ailes, les ailerons, l'empennage… Figure 2.7. B. ‌LES MATÉRIAUX 1. BOIS Principalement utilisé dans les débuts de l’aviation, le bois reste encore utilisé dans l’aviation « légère ». Les variétés de bois sont choisies en fonction de leurs caractéristiques : Pièces maîtresses On utilise du bois dur provenant principalement de : [Spruce] Spruce (Canada / Norvège) _Léger (densité de 0,45). Tronc très droit et sans nœud. Souple et bonne tenue à la compression._ [Épicéa] Épicéa (Europe) _Tronc long avec peu de nœuds._ Pièces secondaires On utilise du bois tendre et léger provenant principalement de : [Sapin] Sapin (Amérique du nord / Europe / Asie) _Densité de 0,50. Facile à raboter et à coller._ [Pin d'Orégon] Pin d’Orégon ou Douglas (Canada / USA) _Excellentes qualités mécaniques._ Patins et fixation de trains On utilise du bois provenant principalement de : [Frêne] Frêne (Europe) _Plus lourd (0,69). Bonne élasticité et possibilité de réaliser des formes courbes._ [Hêtre] Hêtre (Amérique du nord / Europe / Asie) _Bois dur aux bonnes caractéristiques mécaniques. Ne se fissure pas._ ------------------------- 2. TOILES [Dans les débuts : Lin et cotons] Dans les débuts : Lin et cotons [Aujourd’hui : Dacron] Aujourd’hui : Dacron Si le bois et la toile permettent de construire des avions qui peuvent atteindre des vitesses de 300 km/h, l’utilisation du métal va rendre les avions plus solides et plus rapides. 3. MÉTAUX Le matériau utilisé à la base est un alliage d’aluminium et de cuivre appelé DURALUMIN. D’autres alliages comme le ZICRAL, le DURALINOX, des alliages de Magnésium, de Titane, … vont rapidement entrer dans la fabrication des avions. _[image]_ _Le premier avion en métal est un avion allemand, le Junkers J9 en 1918._ 4. COMPOSITES Apparus dans les années 60, les matériaux composites (fibres de verre, aramides, de carbone, de bore,…) sont de plus en plus utilisés sur les avions pour leur faible masse volumique, leur capacité à réaliser des pièces de formes les plus diverses et leurs excellentes caractéristiques mécaniques. ------------------------- ‌C. LA STRUCTURE DU FUSELAGE 1. TREILLIS Il s’agit de « longerons » assemblés entre eux par des « traverses » pour donner la forme souhaitée. Elles peuvent être collées si elles sont en bois ou alors soudées pour les parties métalliques. Le revêtement est souple (toile ou tôle mince). Cette structure est légère mais encombrante. _[image]_ _Le Vickers Wellington_ 2. CAISSON SEMI-MONOCOQUE Il s’agit de « cadres » (ou couples) assemblés entre eux par des « lisses » pour donner la forme souhaitée. Les cadres absorbent les efforts de torsion, les lisses ceux de flexion. [image] Figure 2.9. Structure Bois [image] Figure 2.10. Structure Métal 3. CAISSON MONOCOQUE Le revêtement (fibre de verre ou de carbone) est directement vissé ou riveté sur les cadres et donc participe à la transmission et l’absorption des efforts. Utilisé pour les planeurs et ULM. [image] Figure 2.11. D. STRUCTURE DE LA VOILURE 1.TREILLIS (POUR LES NERVURES) Plutôt utilisés pour les avions en bois et toiles [image] 2. CAISSON Les longerons reprennent les efforts de flexion et les nervures les efforts de torsion. Le carburant contribue à la rigidité de l’aile. [image] Figures 2.12 et 2.13. 2. ‌LA VOILURE L’ensemble de la voilure est constitué de deux ailes qui sont ancrées sur le fuselage. Celles-ci sont conçues pour résister aux efforts que peuvent générer les différentes forces appliquées à l’aéronef, aussi bien en vol qu’au sol. A.‌EMPLANTURE En fonction de leurs ancrages sur le fuselage, les ailes peuvent être : [Hautes] « Hautes » [Médianes] « Médianes » [Basses] « Basses » B. ‌GÉOMÉTRIE [Les Ailes « Droites »] Les Ailes « Droites » [Les Ailes « Trapézoïdales »] Les Ailes « Trapézoïdales » [Les Ailes « Delta »] Les Ailes « Delta » [Les Ailes en Flèche] Les Ailes « En Flèche » [Les Ailes « Biplan »] Les Ailes « Biplan » [Les Ailes « Elliptiques »] Les Ailes « Elliptiques » Celle-ci permettra à l’avion d’être plus ou moins stable ou plus ou moins maniable [maniable] Figure 2.14. C. CARACTÉRISTIQUES [image] Figure 2.15. * L’EMPLANTURE : Partie qui assure la jonction avec le fuselage * LE KARMAN : Partie améliorant l’écoulement de l’air à l’emplanture * LE SAUMON : Partie se trouvant en bout d’aile * L’EXTRADOS : Partie supérieure de l’aile * L’INTRADOS : Partie inférieure de l’aile * LE BORD D’ATTAQUE : Partie avant de l’aile * LE BORD DE FUITE : Partie arrière de l’aile D. ‌LE DIÈDRE Positif et Négatif [Positif] Posistif lorsque le saumon est plus haut que l’emplanture [Négatif] Négatif lorsque le saumon est plus bas que l’emplanture 3. ‌EMPENNAGES ET GOUVERNES ‌A. L’EMPENNAGE Sa fonction principale est de supporter deux des trois ensembles de gouvernes de l’avion. Les empennages se trouvent à l’arrière du fuselage et se composent de différentes parties : [Empennage] _Figure 2.16._ EMPENNAGE VERTICAL _Il se compose d’un plan fixe (dérive) et de la gouverne de direction (mobile)._ EMPENNAGE HORIZONTAL _Généralement posé sur l’empennage vertical, il se trouve également à l’arrière du fuselage. _ Les principaux types d’empennages [Empennage « Classique »] Le plus répandu : empennage « Classique » [Empennage « Cruciforme »] Empennage « Cruciforme » [Empennage « en T »] Empennage « en T » [Empennages en V (Papillon)] Empennages en V (Papillon) [Configuration « Canard »] On trouve des empennages horizontaux à l’avant de l’avion On parle alors de configuration « canard » B. ‌LA GOUVERNE DE PROFONDEUR [image] Figure 2.17. Une gouverne est une surface mobile située sur des éléments de structure (voilure, empennage), qui permet de créer les forces nécessaires pour modifier l’attitude de l’avion. Située sur l’empennage horizontal, elle permet de contrôler la montée ou la descente de l’avion. C’est LE TANGAGE (modification de l’assiette). ‌C. LES AILERONS [image] Figure 2.18. Situés à l’extrémité de chaque aile, ils permettent de contrôler la mise en virage modifiant légèrement la géométrie des ailes de l’avion. C’est LE ROULIS (gauchissement de l’aile). ‌D. LA GOUVERNE DE DIRECTION [image] Figure 2.19. Située sur l’empennage vertical, elle permet le contrôle du virage en agissant sur la gouverne de direction grâce aux palonniers. C’est LE LACET (Manœuvre des palonniers) Au sol, les palonniers permettent au pilote de guider l’appareil. Comme nous l’avons vu précédemment, le haut des palonniers d’actionner les freins lors du roulage sur la piste. RÉCAPITULATIF [Récapitulatif] Figure 2.20. La transmission des manœuvres des pilotes aux commandes se fait soit de façon mécanique (câbles, poulies, …) soit de façon électrique (Airbus, Rafale,…). Les COMPENSATEURS permettent de réduire les efforts pour le pilote. On distingue le compensateur de régime (Trim) et le compensateur d’évolution (Tab). [image] Figure 2.21. 4. ‌LE TRAIN D’ATTERRISSAGE Il permet à l’avion de quitter et de retrouver le sol « en douceur ». Il est « fixe » ou « rentrant ». Celui- ci peut être constitué de roues, de flotteurs, de skis ou de patins. [image] Il se compose: * d’un train principal : sous les ailes pour les avions légers et sous le fuselage pour un gros porteur * d’un train auxiliaire qui peut être : Une roulette de nez (TRAIN TRICYCLE) Une roulette de queue (train classique) [image] Figure 2.22. Dans les deux cas, la roulette est commandée par les palonniers et permet de diriger l’avion au sol. Certains avions n’ont qu’un train principal situé sous le fuselage (TRAIN MONOTRACE). L’équilibre latéral peut être assuré par des balancines en bout d’ailes. [image] [image] En fonction de la charge que l’avion doit supporter on utilisera : [Un Boggie] Un Boggie [Une Roue Simple] Une Roue Simple [Un Diabolo] Un Diabolo Le train possède, en général, des dispositifs amortisseurs pour absorber l’impact à l’atterrissage. Les freins sont disposés sur le train principal et se commandent le plus souvent avec les palonniers (haut du palonnier). [image] [image] [image] Figures 2.23. 2.24. et 2.25.