J.R.

Condition nécessaire à la santé économique, le trafic aérien d’Heathrow (UK) (premier aéroport européen en nombre de passagers) a connu une croissance de plus de 65% entre 1980 et 2003. Heureusement, les avions sont aussi plus silencieux : sur la même période, le nombre de victimes du bruit (dans la zone exposée à un niveau supérieur à 57dB) a presque été divisé par 4. Et la chasse aux décibels n’est pas prête de s’arrêter.

Derrière la vitre, le ballet ne cesse pas. Les condors d’acier attendent leur tour sur le taxiway. Avant de prendre leur envol pour Pékin, les passagers voient atterrir un long courrier d’une compagnie d’Amérique latine. En 2006, l’aéroport d’Heathrow, à 25 km à l’ouest de Londres, opérait plus de 1300 mouvements (décollages et atterrissages) par jour.

Le bruit comme prix
Ces dernières décennies, le transport aérien a rapproché les régions de la planète. Chaque année, 2 milliards de passagers empruntent les voies aériennes via un réseau mondial reliant peuples, pays et cultures. Ces échanges sont aussi économiques et la globalisation des marchés trouve ses racines dans le sillage des couloirs aériens. L’aviation crée, en effet, des opportunités en permettant les rencontres et en acheminant rapidement des produits et services sur de grandes distances. À tel point que la hausse du trafic aérien est une des conditions indispensables au développement des régions d’Europe comme au maintien de la compétitivité de son industrie aérospatiale.
Mais, au dos de la médaille, les nuisances sonores sont le revers le plus ressenti, avec des pics d’intensité répétés autour des aéroports. Leurs graves impacts sur la santé des riverains vont de l’endommagement de l’appareil auditif aux effets psycho-patho-physiologiques des troubles du sommeil, comme l’hypertension.

Chasse aux décibels
La problématique ne date pas d’hier. Les moteurs à double flux apparaissent dans le courant des années 1970 et réduisent déjà l’intensité sonore de 20dB, ce qui revient à diviser par quatre le bruit perçu. En effet, l’échelle des décibels suit une courbe exponentielle, comme l’appareil auditif humain. Dans ces moteurs, en ceinturant les gaz chauds du flux primaire par un flux secondaire, on réduit la vitesse des gaz en sortie et le bruit issu de leur mélange avec l’air ambiant.
Mais ces avancées ne suffisent plus aujourd’hui. Économiquement parlant, le tribut européen à la pollution sonore équivaut à une perte financière annuelle estimée à 24 milliards d'euros. Par ailleurs l’OACI (Organisation de l’Aviation Civile Internationale) a édicté les normes du « Chapitre 4 », nouvelle catégorie acoustique des avions, entrée en vigueur en 2006. Cette nouvelle donne force les acteurs publics et privés à poursuivre la chasse aux décibels.
Ce qu’ils ont fait pendant plus de six ans, notamment dans le cadre du programme Silence(R), le plus grand projet européen consacré aux nuisances sonores de l’aviation, dont le budget global dépasse 110 millions d'euros, financé à 50 % par la Communauté Européenne. Eugène Kors, coordinateur du projet chez Snecma, en dévoile les tenants et aboutissants : « Silence(R) a validé des technologies pour réduire le bruit à la source. Ce fut une véritable réussite : avec les activités de recherche sur les procédures opérationnelles, le projet atteint une réduction du bruit de 5dB, remplissant les objectifs à moyen terme de la Vision 2020.»

De l’aérodynamique…
Le bruit d’un avion provient des turbulences de l’écoulement d’air. Elles engendrent des variations de pression, générant à leur tour des ondes sonores de fréquences différentes. « Les principales sources de nuisance aérienne proviennent à la fois des éléments de la cellule et du moteur. » L’intensité sonore augmente durant les phases de décollage et d’atterrissage, car les becs de bord d’attaque, les volets et les trains d’atterrissage sont sortis.
« Dans le domaine de l'aérodynamique, Silence(R) a apporté des améliorations sur le train d’atterrissage, notamment avec les carénages. » Si l’impact de ces derniers retient l’attention des chercheurs depuis 1998, ils ne résolvent pas complètement le problème: l’aérodynamisme est plus efficace, mais les carénages complexifient et alourdissent les systèmes d’atterrissage.
Aujourd’hui, les ingénieurs orientent leurs travaux sur l’emplacement des canalisations le long des jambes de train ou sur la forme des roues et des moyeux afin de limiter les sifflements parasites qu’ils produisent. Ces recherches sont essentielles, car les trains d’atterrissage sont à eux seuls responsables de 50% des bruits aérodynamiques. « En phase d’approche, ces derniers ont une intensité équivalente aux bruits des moteurs. »

... et des moteurs
S’il est vrai qu’en approche, avec un rendement de 55%, le moteur n’émet que la moitié du bruit total, il reste le principal facteur de nuisance en vol. La majorité des recherches validées par Silence(R) ciblent l’acoustique des systèmes de propulsion, en particulier les émissions sonores de la nacelle (carénage du moteur ou du réacteur), un élément très critique au niveau sécuritaire car il subit la plupart des effets de la propulsion.
Pour piéger une partie des fréquences sonores, les acteurs de Silence(R) ont développé des traitements acoustiques des entrées d’air (Negatively Scarfed Intake, NSI). Une forme géométrique avec un angle de courbure de 10° modifie le modèle directionnel de la radiation sonore, afin de propager davantage de bruit vers le haut. Ce dispositif d’entrée d’air, monté sur un Airbus 320 équipé de moteurs CFM56, a subi des tests en vol dans le cadre du projet et a permis des réductions sonores significatives, tant à l’approche qu’au décollage.

« Zero Splice », réussite sans collage
Mais le succès le plus immédiat est celui du développement de la technologie « Zero Splice ». En effectuant des tests, les chercheurs ont observé une dispersion des ondes sonores via les jointures des panneaux absorbants qui couvrent les parois internes de l’entrée d’air des moteurs. Ces panneaux canalisent les phénomènes aérodynamiques complexes qui s’y produisent, en particulier autour des pales.
Ces véritables barrières acoustiques sont normalement constituées de deux ou trois parties, dont les joints d’assemblage réduisent la performance acoustique. En plus de ne pas recouvrir entièrement la paroi interne, ces épissures transmettent des ondes sonores. Sources de résonances, elles entraînent des dispersions acoustiques, qui passent d’un mode circonférentiel vers d’autres modes, augmentant sensiblement le bruit perçu au sol.
Le principe de « Zero Splice » est simple : il s’agit d’un revêtement intérieur constitué d’une pièce unique, sans épissure ni raccord. Pour réaliser ce composant, les ingénieurs ont dû relever plusieurs défis, notamment au niveau de la conception et de la fabrication, incluant entre autres un moule rétractable. Lors des tests à échelle réelle d’une soufflante Rolls-Royce, les panneaux « Zero Splice » ont obtenu des résultats très concluants, affichant une diminution significative du bruit. Développés par Airbus, les panneaux « Zero Splice » intégreront les conduits de la nouvelle génération des moteurs qui équiperont l’Airbus 380.

Déjà l'application industrielle
Un des avantages du nouveau revêtement est que la réduction sonore s’effectue surtout aux fréquences où le bruit est le plus intense. Par ailleurs, la masse comme la traînée restent inchangées, ce qui ne pénalise pas la consommation de carburant. L’Airbus 380 pourrait transporter une masse supplémentaire de 10 tonnes sans faire plus de bruit. Au-delà de la flotte d’Airbus, cette technologie pourrait devenir un standard mondial.
Elle a en tout cas valu le treizième Décibel d’or à Airbus en décembre 2006. Ce prix aéronautique prestigieux saluait alors la réduction de 0.4dB au décollage grâce à une diminution de la pression acoustique de la soufflante de 7dB. « D’autres applications issues de Silence(R) devraient suivre de près ce premier succès d’application industrielle. Ce sont autant d’opportunités d’affaires et de bénéfices potentiels pour les producteurs et les clients. »

La révolution du silence
Mais au-delà de ces efforts à court et moyen termes et de leurs récompenses, les techniques de réduction sonore atteignent leurs limites sur les avions de ligne actuels. Construire des moteurs plus silencieux implique presque toujours un compromis diminuant leurs performances. Pour se hisser vers des objectifs plus ambitieux, il faudra alors complètement repenser la conception des avions.

Chacun le sait, un pilote automatique (PA) permet à l'homme de lâcher totalement les commandes pour se consacrer à autre chose qu'à la tenue de l'avion. L'époque est heureusement révolue où les navigants devaient garder les yeux rivés sur l'horizon artificiel et où il ne leur était pas possible de lâcher le manche une seule seconde. Cette époque n'est pas si éloignée. Dans les années 60, les Constellations étaient équipés de pilotes automatiques qui ne supportaient pas la turbulence. Dès que l'air était agité, les pilotes devaient reprendre l'avion "à la main". Ainsi, lors des longues traversées transatlantiques, il leur arrivait de passer de longues heures aux commandes pour tenir leur machine. C'était épuisant et dangereux, surtout la nuit, car à la moindre faute d'innatention, l'avion pouvait se retrouver dans une position incontrôlable. Aujourd'hui, les navigants ne pilotent pratiquement jamais "à la main". Ils utilisent leur temps pour calculer, contacter le contrôle aérien, discuter ou se restaurer tout en surveillant tranquillement ce que fait la machine.


Pilote automatique standard d'un Airbus 320.

Suivant le type d'appareil il existe un très grand nombre de modèles de pilotes automatiques dont les performances varient suivant le prix que la compagnie paye. Car un auto-pilot diffère suivant le type de machine sur lequel on l'installe. Cela va du système basique d'un petit avion de tourisme qui garde les ailes à l'horizontale, jusqu'aux PA ultrasophistiqués des avions de ligne d'aujourd'hui. Ces derniers savent absolument tout faire. En fait, les dernières générations de PA peuvent remplacer l'homme en toute circonstances. Ils maintiennent la vitesse, l'altitude, le taux de descente, ils savent rejoindre une balise, garder des dizaines de routes en mémoire, mettre l'avion en attente, ... En fait, ils peuvent exécuter le vol dans sa totalité depuis le décollage jusqu'à l'arrivée. Les PA que l'on trouve aujourd'hui sur un Airbus sont tellement perfectionnés qu'ils peuvent même faire atterrir l'avion et freiner tout seuls sur la piste. La vérité est qu'ils sont nettement plus performants que l'homme car ils pilotent l'avion avec une plus grande précision. Cette qualité est d'ailleurs à l'origine d'une diminution importante de la consommation du carburant : les pilotes automatiques ne donnent pas de coups de gaz inutiles, ils suivent des trajectoires parfaites et leur taux de descente est constant... Tous ces éléments représentent autant de milliers de litres de kérozène qui ne sont pas brûlés inutilement. Les experts estiment que pour une même tâche, un pilote automatique de qualité consomme jusqu'à 10% de moins qu'un homme parfaitement entraîné.

Pour exécuter ces tâches, les PA gèrent toutes les commandes de vol : la profondeur, les ailerons, la direction, et ce n'est pas tout, ils agissent aussi sur de nombreux autres systèmes et en particuliers sur la puissance délivrée par les réacteurs. C'est la raison pour laquelle, dans un avion de ligne équipé d'un bon pilote automatique, on voit les manettes des gaz bouger sans que l'homme n'ai jamais à intervenir. L'intervention du pilote sur les manettes des gaz est devenue si rare qu'un grand constructeur comme Airbus a sérieusement envisagé de les supprimer. Mais pour des raisons psychologiques, elles ont été conservées jusqu'à aujourd'hui. Cependant, leurs deux positions se limitent à "marche" et "arrêt" et elles ne sont plus jamais utilisées en croisière.
D'ailleurs, les passagers qui visitent un cockpit sont souvent étonnés de voir les grosses poignées grises se déplacer toutes seules sur la console centrale. Ainsi, par exemple, lorsque l'avion doit diminuer sa vitesse tout en gardant son altitude, le nez va se cabrer et les manettes des gaz vont revenir doucement en arrière pour diminuer la poussée des réacteurs.

 

Pour voler au-dessus de 3 000 mètres d'altitude, il faut qu'un avion soit pressurisé pour assurer le confort, et même la survie, tant des passagers que de l'équipage. La pressurisation restitue dans la cabine la pression qui règne vers 2500 mètres ; à 11 000 mètres d'altitude, cela entraîne une pression de plus de 550 hPa. Pour le Concorde, évoluant entre 16 000 et 18 000 mètres, la pression atmosphérique qui règne à l'intérieur de la cabine, pendant la croisière, correspond à celle qui existe à 1 700 mètres d'altitude.

Non seulement la pression à l'intérieur de la cabine (altitude pression cabine) ne doit pas descendre en dessous (ou monter au-dessus si on raisonne en altitude) d'une certaine valeur, mais également la vitesse de variation de cette pression doit être limitée afin d'éviter les désagréments des défauts d'équilibre des pressions internes et externes de l'oreille.

Sur A320, le système de pressurisation comprend :

- 2 CABIN PRESSURE CONTROLLERS (CPC).
- 1 OUTFLOW VALVE (Vanne de décharge) équipée de trois moteurs totalement indépendants (2 AUTO et 1 MAN).
- 1 panneau de commande.
- 2 SAFETY VALVES (Vannes de sécurité).

L'OUTFLOW VALVE est actionnée par l'un des trois moteurs électriques indépendants. Normalement, l'un des deux CABIN PRESSURE CONTROLLERS commande l'OUTFLOW VALVE par l'intermédiaire du moteur AUTO associé.
En fonctionnement normal, la pressurisation est entièrement automatique.
Elle peut fonctionner en mode semi-automatique ou manuel. De plus, un bouton poussoir DITCHING sur le panneau CABIN PRESS permet de commander la fermeture de l'OUTFLOW VALVE et de toutes les vannes en-dessous de la ligne de flottaison en cas d'amerrissage.

MODE AUTOMATIQUE DE COMMANDE DE PRESSURISATION

- La commande de pressurisation est assurée par deux systèmes automatiques, indépendants et identiques (régulateur et moteur associé).
L'un ou l'autre des systèmes commande l'unique OUTFLOW VALVE.
Un seul régulateur fonctionne à la fois.
Un changement de calculateur s'effectue automatiquement :
.70 s. après chaque atterrissage
. En cas de panne du système en fonctionnement.
Le régulateur utilise normalement l'altitude du terrain d'atterrissage et le QNH en provenance du FMGC et l'altitude pression provenant des ADIRS.
Si les données du FMGC ne sont pas disponibles, le régulateur utilise la référence barométrique CDB des ADIRS et l'altitude terrain du sélecteur LDG ELEV et une loi interne.

La pressurisation est effectuée selon six modes :
1- GROUND (GN)
Avant le décollage et 55 s. après l'atterrissage, l'OUTFLOW VALVE est commandée en pleine ouverture pour éviter une delta-P résiduelle dans l'avion. Au toucher des roues, une séquence de dépressurisation commande un vario cabine de + 500 ft / mn pour supprimer la delta-P restante.
2- TAKE OFF (TO)
Pour éviter un à-coup de pression a la rotation, le régulateur pré-pressurise l'avion avec un vario de - 500 ft/mn jusqu'à atteindre une delta-P de 0,1 psi. À la rotation, le régulateur initialise la phase montée.
3- CLIMB (CL)
L'altitude cabine varie selon une loi préprogrammée fixe qui prend en compte le vario avion réel en montée. L'altitude et le vario cabine sont ajustés afin d'assurer le confort maximum aux passagers.
4- CRUISE (CR)
L'altitude cabine reste à la valeur atteinte lorsque l'avion est en palier, ou rejoint l'altitude du terrain d'atterrissage si celui-ci est plus haut.
5- DESCENT (DE)
La variation de pression est optimisée de façon à ce que la pression cabine atteigne la pression du terrain de destination avant l'atterrissage. Le vario cabine en descente est limite à -750 ft/mn, valeur par défaut : -350 ft /min.
6- ABORT (AB) :
Demi-tour après décollage. Ce mode est utilisé pour empêcher la montée de la cabine si l'avion ne monte pas après le décollage. La pression cabine est maintenue a la valeur qu'elle avait avant le décollage.

En fonctionnement semi-automatique, la seule action équipage nécessaire est le réglage du sélecteur LDG ELEVATION (altitude du terrain de destination).

FONCTIONNEMENT MANUEL
En mode manuel, le pilote peut contrôler l'altitude cabine par l'intermédiaire du moteur MAN de l'OUTFLOW VALVE avec les commandes du panneau CABIN PRESS.

CABIN PRESSURE CONTROLLERS (CPC)
Deux régulateurs numériques automatiques, indépendants et identiques sont utilisés pour commander le système. Ils reçoivent des informations en provenance des ADIRS, FMGC, EIU et LGCIU.
En mode automatique, un calculateur fonctionne, l'autre est en attente. Ils assurent la régulation automatique de la pression cabine. Ils génèrent les signaux pour l'ECAM. En mode manuel, le régulateur placé en position 1 comprend un circuit de secours possédant sa propre alimentation électrique. Ce circuit comprend un capteur de pression qui fournit l'alarme altitude cabine excessive ainsi que les indications de pression sur l'ECAM. Les deux régulateurs dialoguent par l'intermédiaire d'une liaison.

L'OUTFLOW VALVE est située sur le côté droit du fuselage, derrière la porte de soute arrière sous la ligne de flottaison. La vanne est actionnée en mode automatique par l'un des deux moteurs électriques AUTO, ou par le moteur MAN en mode manuel. En mode automatique, l'information de position de la vanne est transmise à l'ECAM par le régulateur en fonctionnement. En mode manuel, l'information de position de la vanne est transmise par le circuit de secours du régulateur n° 1.

SAFETY VALVES
Deux soupapes de sécurité pneumatiques indépendantes évitent une pression différentielle excessive positive (8,6 psi ou 592 hPa) ou négative (- 0,25 psi ou - 17 hPa). Elles sont installées sur la cloison pressurisée arrière, au-dessus de la ligne de flottaison.

INCIDENT DE PRÉSSURISATION CABINE
Lorsque l'altitude pression cabine atteint 9550 ± 350 ft (2874 ± 105 m) :
- Alarme ECAM MASTER WARNING "EXCESS CAB ALT"

Lorsque l'altitude pression cabine atteint 11300 ± 500 ft (3401 ± 150 m) :
- Les consignes passagers "ATTACHEZ VOS CEINTURES" s'allument, ainsi que les boîtiers EXIT supérieurs.

Lorsque l'altitude pression cabine atteint 14000 ft (4214 m) :
- Les masques sont présentés automatiquement - une annonce de secours est diffusée en cabine.

              TECHNOLOGIE D'UN AVION LEGER EN BOIS

                                 Autopsie d'une structure

Présentation

Aucun concepteur ne s'amuse à inclure dans un avion des éléments non fonctionnels.
Chaque pièce répond à un cahier des charges fixé soit par l'aérodynamique , soit par l'ergonomie, soit par des considérations mécaniques ou structurales.

Le but de cet exposé est de découvrir la technologie utilisée pour chaque composant en le replaçant dans un contexte « structure ».


Principes généraux

Chaque dessin d'un élément est conditionné par son cahier des charges pour résister à :
- des efforts dans son plan ou perpendiculaires qui se traduisent par un cisaillement et une flexion
- des efforts excentrés qui se traduisent par des torsions

En fonction de ces critères, les pièces sont dimensionnées soit en résistance, soit en déformation.


Moyens de tenir les efforts.

Efforts verticaux ou horizontaux provocant un cisaillement.

Ces efforts passent par :

- une âme ou revêtement travaillant (cas des longerons et fuselages coques) :
L'âme, pour travailler correctement sans plissement, est maillée par des raidisseurs placés souvent en face des nervures pour un longeron d'aile.

- une structure triangulée (cas des fuselages dits treillis) :
Le principe est identique à celui des fuselages tubulaires métalliques.









Flexion :
Le moment de flexion est repris par un ensemble de 2 éléments (semelles ou revêtement travaillant) soumis l'un à une compression l'autre à une traction.
Dans le cas d'une peau mince de revêtement, celle-ci est raidie par des profilés, ou plus généralement, en construction bois ou plastique par une construction en sandwich.



Torsion :
La torsion (aile, fuselage, gouverne, etc..) est reprise par :
- un caisson fermé à revêtement travaillant, notamment caisson avant de voilure.
- une structure triangulée, souvent utilisée pour les gouvernes.
- éventuellement par une flexion différentielle de deux éléments, solution souvent rencontrée pour les flancs de fuselage au niveau de la cabine.






Longerons

Deux principes sont couramment utilisés :
- longeron encaissant uniquement la flexion
- longeron encaissant la flexion et la torsion

Uniquement la flexion :
La largeur est souvent conservée constante pour faciliter la fabrication et montage des nervures.



La semelle supérieure a une section plus importante que la semelle inférieure car le bois n'aime pas la compression.

Flexion et Torsion :
L'épaisseur des semelles est constante. Les âmes et revêtement forment le caisson de torsion.







Nervures

Plusieurs principes sont en concurrence :

• Ce procédé donne sensiblement une égale résistance en vol normal et inversé.
  
  
  
  
  
• Fabrication plus rapide, mais le sens des diagonales est privilégié pour travailler en traction.
  
  
  
  
  
• Solution simple sans diagonale, mais plus lourde. Valable pour les petites nervures.
  
  
  
  
  

Assemblage nervures/longeron

Deux principes :

• Nervures enfilées sur le longeron
  Cette solution n'est réalisée que sur des ailes entoilées.
  Variante peu utilisée : les tasseaux sont remplacés par des cales ajustées entre semelles de nervure et longeron.
  La transmission des efforts se fait par les deux montants de nervure collés sur les âmes du longeron et par la reprise des semelles de nervures par les tasseaux sur les faces inférieures et supérieures du longeron.
  
  
  
  
• Demi-nervures de part et d'autre du longeron.
  Cette solution impose une mise en forme du longeron en accord avec le profil.
  Le revêtement de voilure assure le rôle de gousset et transmet les charges sur les faces inférieure et supérieure du longeron.
  

Dans le cas d'une aile entoilée en arrière du longeron le revêtement de bord d'attaque est prolongé en feston pour reprendre les demi-nervures arrière.





Ensemble voilure

Deux principes :

• Ailes d'une seule pièce :
  
  
  
• Demi-voilure :
  
  
  Cette solution impose une mise en forme du longeron en accord avec le profil.
  Le revêtement de voilure assure le rôle de gousset et transmet les charges sur les faces inférieure et supérieure du longeron.
  

Liaison Voilure - Fuselage

Les principes sont totalement différents selon le type de voilure :

• Ailes d'une seule pièce :
  
  - L'attache principale ne transmet que les efforts verticaux et la traînée. L'attache Arrière équilibre la torsion. Les flexions s'équilibrent directement dans le longeron.
  
  - Attache principale : La solution la plus classique est celle du boulon traversant le longeron et un cadre du fuselage
  
  - Attache Arrière : Elle dépend essentiellement de la technologie de l'aile et du fuselage. En général, elle n'introduit dans le fuselage qu'une charge verticale due à la torsion de la voilure, notamment à l'atterrissage pour les avions à train classique.
  
  
  
  
  
  
• Demi-voilure : La flexion des ailes passe par des éléments du fuselage :
  
  Solution classique
  Rencontrée surtout sur des fuselages à caisson central ou fuselage métallique en treillis.
  
  
  
  Les ferrures sont longues pour repartir les efforts dans les semelles. Elles sont souvent d'épaisseur décroissante.
  
  
  Autre solution plus rare
  Sur des fuselages métalliques ou plastiques, en général biplace côte à côte.
  
  
  L'écartement entre les axes diminue les charges locales à introduire dans le fuselage.
  
  Les attaches arrière sont identiques à celle d'une aile en une seule partie, mais transmettent un effort horizontal vers l'axe avion du fait de l'interruption du longeron arrière.
  

Articulations des gouvernes (Ailerons et Volets)

De très nombreuses conceptions sont rencontrées :

• Articulations ponctuelles :
  
  Avec nervures enfilées sur le longeron arrière :
  
  
  
  
  
  Avec longeron arrière en bout des nervures :
  
  
  
  
  
  
  
• Charnières continues : du type : « piano » surtout pour des petites gouvernes ou tabs
  
  
  
  
  
  
  
• Paliers d'extrémités : solution peu utilisée
  
  
  
  
  
  Quel que soit le type utilisé, les ferrures ont une certaine rigidité latérale et l'ensemble des fixations doit autoriser le débattement même avec une flexion voilure importante ; d'où simplement 2 fixations par élément de gouverne et des rotules de préférence aux paliers lisses. Il existe cependant des paliers « Rilsan ».
  
  
  
  Articulations des gouvernes (Profondeur et Direction)
  
  Comme pour les ailerons, de nombreuses solutions sont rencontrées qui diffèrent principalement sur la technologie de leur fabrication : tôle pliée, ferrure coulée ou matricée, usinée...
  
  
  
  Le poids propre de la gouverne de direction conduit souvent à une, au moins, des ferrures avec extension dans le plan vertical.
  
  
  Equilibrage des gouvernes
  
  La technologie varie suivant la position de l'axe d'articulation.
  Deux solutions indifféremment :
  
  
• Masse répartie le long du bord d'attaque de la gouverne :
  
  
  
  
  
  
• Masse concentrée :
  Quelques fois plusieurs masses par gouverne
  
  
  
  
  
  
• Solutions rencontrées pour des gouvernes profondeur ou direction :
  
  
  
  
  
  
  
  Fuselage
  
  
  Les fuselages de la plupart des avions légers en bois sont réalisés à partir de la même conception : des flancs construits à plat et assemblés sur des cadres qui leur donne forme et rigidité.
  Les structures inférieures et supérieures sont réalisées sur le fuselage assemblé.
  
  Les cadres n'existent qu'à l'endroit d'introduction d'efforts : cloison pare-feu ; cadre principal d'attache voilure ; niveau de l'attache arrière ; support de roulette et étambot.
  
  La partie Avant du fuselage et notamment des flancs est toujours revêtue de contre-plaqué pour prendre les cisaillements importants dus aux efforts d'inertie du moteur dans les ressources ou atterrissages. Les flans travaillent en flexion différentielle dans la zone habitacle.
  
  La partie Arrière est soit en treillis, soit traitée en coque. Dans les 2 cas, elle supporte les efforts des empennages et torsion due aux charges de la direction et charges dissymétriques de l'empennage horizontal.
  
  
  Bielles de commandes de vol
  
  Les bielles de commandes de vol paraissent souvent sur dimensionnées car elles sont définies par la rigidité de la chaîne cinématique et non par les efforts (forfaitaires ou aérodynamiques) appliqués.
  
  Les bielles sont terminées par des embouts, l'un fixe, l'autre réglable.
  
  
  
  
• Embout fixe :
  
  
  
  
  
  
  Bielle en alliage léger :
  
  
  
  
  
• Embout réglable :
  La plupart des bielles réglables possèdent un moyen de contrôle de la garde de filetage restant en prise : soit par une gorge circulaire sur l'embout réglable, soit par un trou de contrôle sur l'embout coté bielle.
  
  
  
  Commandes de tab
  
  La technologie des commandes de tab a pour particularité de rendre celui-ci irréversible. Cette commande est très démultipliée pour éviter un facteur de charge élevé en cas de manœuvre brutale ou accidentelle.
  Elle est manuelle ou électrique et passe souvent par une vis sans fin et des câbles semi-rigides sous gaine.
  
  
  
  Lorsque la commande de tab n'est pas irréversible, il est équilibré à 100 % :
  
  
  
  
  Bati-Moteur
  
  Les points d'attache sur la cloison sont situés au droit des longerons de fuselage.
  
  Les moteurs sont fixés par 4 points munis de « silentblocs » à axe parallèle ou convergent.
  Le moteur déposé, chaque bâti possède au moins un point fixe dans l'espace ( c'est à dire parfaitement triangulé vis à vis de la cloison pare-feu).
  Les autres points sont, soit rendus fixes par le bâti lui-même, soit par le carter moteur qui fait office de triangulation. Un anneau circulaire existe souvent pour solidariser les 4 points.
  
  Pour un avion de voyage un décalage de l'axe moteur de 3° environ par rapport à l'axe avion permet de contrer la dissymétrie du souffle hélicoïdal.
  
  Des renforts de la cloison pare-feu servent parfois de triangulation du bati-moteur.
  
  
  Attaches moteur sur bati et bati sur cloison
  
  
  Les solutions dépendent essentiellement du type de moteur et des silentblocs utilisés.
  
  Coté bâti, dans beaucoup de conceptions une grosse pièce tournée est utilisée et reçoit les différentes barres du bâti.
  
  Coté cloison, la conception des attaches est liée à la réalisation du fuselage. L'axe des barres passe au plus près des boulons de fixation.
  
  
  
  
  Ces deux solutions sont utilisées. Le modèle 1 est de moindre coût, tandis que le modèle 2 est plus élaboré pour la tenue en fatigue.
  
  
  Fixation train d'atterrissage sur longeron
  
  Les semelles du longeron sont très rarement percées. Le principe de fixation du train principal est similaire aussi bien pour un train classique que tricycle.
  
  Deux solutions existent selon le montage voilure :
  - nervures enfilées
  - demi-nervures de part et d'autre du longeron
  
  
  
• Nervures enfilées :
  Des cales existent de part et d'autre du longeron et sont percées par les boulons de fixation. Le train comporte 2 platines qui enserre le longeron. Les efforts verticaux passent directement en appui. Les cales assurent la transmission de la torsion. Cette solution est surtout rencontrée pour des longerons de faible profondeur.
  
  
  
  
  
• Demi-nervures :
  Le train prend appui sur la face avant du longeron et est lié à une contre-plaque arrière par l'intermédiaire de boulons passant entre les semelles du longeron. La plaque avant et arrière prennent appui sur les faces des semelles pour les efforts de torsion et traînée.
  Ce principe plaque et contre-plaque est également utilisé pour tenir l'axe de pivotement d'un train rentrant.
  
  
  
  Conclusion
  
  L'examen des détails de fabrication d'un avion léger en bois permet de réfléchir au travail demandé au concepteur ou au bureau d'études. L'analyse ci-dessus, qui pourrait encore être étendue aux avions métalliques ou composites, montre que, sur un cahier des charges donné, plusieurs conceptions peuvent en découler.
  C'est ce qui fait la diversité et la richesse de l'aviation légère .

Un winglet, c'est quoi ?

C'est l'espèce de recourbure à l'extrémité de l'aile, comme on en voit sur les Airbus, sur le 747-400, ou d'autres appareils de tailles diverses.

Airbus A340-600

(crédit photo : Tomcat)

Learjet 60

(crédit photo : Tomcat)

Boeing C-17 Globemaster III

(crédit photo : Tomcat)

Les winglets, ça sert à quoi ?

Les winglets apportent une réduction de trainée en essayant de limiter les tourbillons d'extrémité de voilure, qui sont dus à la rencontre entre les 2 flux d'air d'extrados et intrados, dont les pressions sont différentes. En bout d'ailes, ils se rencontrent et se mélangent, d'où la formation de troubillons.
Le moyen de ne pas avoir ces tourbillons, c'est d'avoir une aile d'envergure infinie, mais c'est pas facile à faire ;-))
C'est pourtant le principe de l'aile du 777 : Boeing a préféré l'allonger et ne pas mettre de winglets (sinon il aurait été trop large pour utiliser les infrastructures aéroportuaires classiques). Airbus, quant à lui, a préféré réduire l'envergure et installer des winglets sur ses A330 et A340.
Ca sert donc à améliorer une aile existante, à partir des traveaux de Mr Whitcomb dans les années 70 à la NASA. Le winglet type est en deux parties, le VaryEze les reprend fidèlement alors que le LongEze a une version simplifiée.
Le MD11 est très près du modèle original aussi. Les versions Grumman et 747-400 sont simplifiées au niveau du dessin, pas forcément au niveau de l'efficacité.
Une remarque du bureau d'études de Dassault: une aile nouvelle sans winglet est plus performante qu'une aile ancienne plus winglet.

C'est vraiment efficace ?

On entend régulièrement dire que les winglets ne servent à rien d'autre qu'au look de l'avion et que le maigre avantage aérodynamique qu'ils procurent ne sert qu'à faire en sorte qu'ils ne soient pas un poids supplémentaire ajouté à l'avion. En gros, leur ajout ne présente aucun avantage mais pas non plus d'inconvénient.
Ces affirmations semblent totalement inexactes à la lumière des chiffres avancés par Boeing (pour ne citer qu'eux) : d'après Boeing, l'ajout de winglets fait gagner de 3 à 5% sur la consommation de carburant. Nombre de spécialistes confirment ces chiffres. Mais beaucoup d'autres estiment que le gain est négligeable... bref, coupons la poire en deux, disons 2% pour que tout le monde soit content, ce qui est déjà énorme ;o)

Quelles sont les différences entre des winglets classiques (type A330/340) et des winglets "delta" (type A319/320) ?

Winglet d'Airbus A319CJ

(crédit photo : Tomcat)

Winglet d'Airbus A340

(crédit photo : Mitucci)

Les "wing tip fences" sont moins coûteux, d'un niveau d'efficacité équivalent voire meilleur mais doivent être adaptés à chaque aile au mieux par des études poussées des écoulements d'air. Le choix du modèle Withcomb est plutôt le souhait de prendre sur l'étagère ce qui existe.

Les réservoirs de bout d'aile jouaient-ils en leur temps le même rôle ?

Presque, en moins bien mais il ne dégradent pas, c'est déjà beaucoup.

Les espèces de séparations qu'on voit "coupant" la ligne de certaines ailes ont-elle une fonction comparable à celle des winglets de bout d'aile ?

Ce sont des "fences" ou cloisons: la fonction est de séparer l'écoulement d'air entre les volets et les ailerons pour les ailes en flèche. Ca permet d'abord de mieux contrôler l'avion aux grands angles en lisse.
Mais l'avantage principal c'est que sur les voilures en flèche, les trajectoires des filets d'air dans la couche limite sont deviés vers l'extremité de l'aile, et une des conséquences de cette deviation est que le décrochage de l'écoulement se fait d'abord à l'extremité de l'aile. En fait on tente de redresser l'écoulement parallèlement à la vitesse pour alimenter les ailerons afin de conserver le controle en roulis.
A ce moment l'extremité de l'aile n'est donc plus "portante", la portance se déplace vers l'avant et l'avion a tendance a cabrer spontanément (autocabrage) et peut même devenir instable. Si cela arrive pendant un décrochage ou à une incidence proche de l'incidence de décrochage, ce n'est pas fun puisqu'au contraire il faudrait faire piquer l'avion.

Le rôle du fence est donc d'empêcher les filets d'air de la couche limite d'être deviés vers l'exterieur de l'aile. Et les séparations sur les avions de combat (Mirage III par exemple) font pareil : l'air qui passe par cette fente et qui s'écoule le long de l'aile joue le rôle de fence.

Un avion équipé de winglets peut-il voler sans ?

Il peut voler avec un seul winglet, à condition de boucher les trous ;o)
Dans ce cas, la réglementation impose cependant une légère augmentation de la masse de carburant emporté (1% en règle générale).

Les winglets ne produisent-ils pas eux-même une force de poussée ?

Ca peut paraître bizarre comme idée, mais certains soutiennent cette thèse : les tourbillons à l'extrémité de l'aile viendraient "frapper" le winglet sur sa partie externe ce qui créerait une force de poussée, un peu comme le vent sur la voile d'un bateau qui tire des bords. Cette théorie semble assez douteuse.

Winglet d'Airbus A340