- Morphologie d'un aéronef
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Morphologie d'un aéronef
Sommaire
Composants de base d'un aéronef
Cellule
La cellule est constituée de la voilure, du fuselage, du train d'atterrissage, de l'empennage horizontal et de la dérive.
La voilure : La voilure d'un avion est constituée de deux ailes. C'est grâce à elles que l'avion vole : elles permettent la sustentation de l'avion. Les parties avant et arrière de l'aile s'appellent respectivement le bord d'attaque et le bord de fuite. L'emplanture assure leur jonction avec le fuselage. L'extrémité de chaque aile s'appelle le saumon. Sur certains avions, on trouve des dispositifs de bouts d'aile appelés "pennes" (elles servent à diminuer la trainée qui se produit en bout d'aile). Un "squelette" composé de longerons et de nervures assure la rigidité de la voilure. Son revêtement peut être en métal, en bois et toile ou en matériaux composites.Le fuselage : Le fuselage est un caisson dont la rigidité est assurée par des couples de raidisseurs. Les matériaux utilisés peuvent être des matériaux composites ou le plastique, du métal ou du bois et de la toile. La jonction de l'aile, c'est-à-dire son emplanture peut prendre place au point haut du fuselage (avion à ailes hautes), en position intermédiaires (avion à ailes médianes) ou au point bas du fuselage (avion à ailes basses).
Les empennages : Il existe deux sortes d'empennages sur un avion : l'empennage vertical que l'on appelle plus couramment "dérive" et l'empennage horizontale. Ils sont tous les deux généralement placés à l'arrière du fuselage. Il est néanmoins possible de trouver des avions en configuration "canard" ; c'est-à-dire, où l'empennage est placé à l'avant de l'appareil. A l'arrière de la dérive se trouve la gouverne de direction (elle permet la rotation dans l'axe du "lacet"). L'empennage horizontal peut être constitué d'un plan fixe et d'une gouverne de profondeur mobile (permettant la rotation de l'avion dans l'axe du "tangage") mais sur certains avions on trouve un empennage horizontal constitué d'une seule partie mobile : "monobloc". On trouve des empennages de trois types : les empennages cruciformes, les empennages en T et les empennages en V : dans ce cas, les surfaces inclinées assurent le rôle de gouverne de profondeur ainsi que celui de la gouverne de direction (c'est le cas du "Beechcraft Bonanza")
Le train d'atterrissage : Le train d'atterrissage permet sur tous les avions d'assurer le roulage et l'atterrissage ; en effet, il amortit les efforts subis lors de la prise de contact avec le sol au moment de l'atterrissage. Il existe deux types de train : le train classique (de moins en moins répandus) et le train tricycle. Dans les deux cas, il peut-être fixe ou rentrant. Le train classique : Son utilisation est difficile au roulage : il est composé d'un atterrisseur principal ainsi que d'une roulette de queue. Le train tricycle : Il comprend un atterrisseur principal et une roulette de nez. Dans les deux cas, la roulette est commandée par les palonniers (commandes aux pieds du pilotes ressemblant à des pédales). On peut aussi utiliser le système de frein de chaque jambe du train principal pour diriger l'avion.
Le poste de pilotage : Le manche et les palonniers constituent les commandes de vol. Le manche est parfois remplacé par un volant. Sur le tableau de bord, on trouve les instruments et certaines commandes (train rentrant, gaz, freins, phares). On peut parfois trouver une console centrale, située entre les deux sièges avant. Elle supporte alors les commandes moteur (gaz, richesse du mélange air-essence,...) Même si chaque avion possède sont propre tableau de bord, on retrouve certaines constantes : le panneau groupant les instruments de pilotage (altitude, vitesse...) et les instruments de contrôle et de conduite moteur. (températures d'huile et essence, alarmes, régime moteur...)
Emport
Les emports, ou charge utile, sont les éléments que l'aéronef emporte et qui sont nécessaires à l'accomplissement de sa mission. La plupart des emports sont contenus dans le fuselage ; c'est le cas des avions de transport de passager ou de fret. Les emports des aéronefs militaires sont constitués par des armes qui sont souvent accrochées sous le fuselage ou sous la voilure. La cellule peut aussi être adaptée à certaines missions très particulières : le fuselage d'un avion de lutte contre l'incendie est constitué d'un réservoir d'eau.
Propulseur
Le groupe motopropulseur est formé de un ou plusieurs moteurs entraînant chacun une hélice de traction voire de propulsion, ou d'un ou plusieurs réacteurs fournissant une poussée.
Commandes de vol
Les commandes de vol sont les éléments actionnés par le pilote (humain ou automatique) permettant de manœuvrer les gouvernes qui sont généralement situées sur la voilure et les empennages et qui permettent le pilotage de l'appareil. Si le pilote est un humain, il actionne alors un manche ou un volant qui peut se déplacer d'avant en arrière ou latéralement (de gauche à droite). Dans le premier cas il commande la gouverne de profondeur (relative à l'axe du "tangage") ; dans le deuxième cas il commande les ailerons (relatifs à l'axe du "roulis"). Le pilote peut aussi actionner les palonniers qui commandent la gouverne de direction (relative à l'axe du "lacet") ainsi que la roulette de nez (si l'avion a un train tricycle) ou la roulette de queue (si l'avion a un train classique).
Servitudes de bord
Ensemble des systèmes qui fournissent ou transmettent l'énergie nécessaire au fonctionnement de l'aéronef ainsi que la vie à bord :
- circuit carburant pour l'alimentation des moteurs
- circuit électrique pour l'alimentation de l'avionique et des commandes de vol
- circuit hydraulique pour le fonctionnement des commandes de vol et du train d'atterrissage
- circuit d'air conditionné pour la pressurisation du fuselage et le confort des passagers
Avionique
Ensemble des systèmes qui permettent :
- la navigation : compas, centrale à inertie, GPS, recepteur VOR-DME, etc.
- le pilotage et le contrôle du vol : indicateurs d'attitude, altimètre, variomètre, paramètres moteurs, etc.
- les communications
- la connaissance de l'environnement du vol : radar météorologique, systèmes anti-collision, etc.
Interface homme-machine (IHM)
Les commandes de vol et l'avionique sont gérées à partir du poste de pilotage, dans lequel se trouve l'équipage, au travers de panneaux d'instruments et d'actionneurs qui constituent l'interface homme-machine.
Dans les aéronefs anciens et dans les avions légers actuels, l'IHM est directement liée à la commande vol ou à l'avionique, elle peut éventuellement en faire partie. Dans les aéronefs les plus récents, l'IHM tend à prendre la forme d'un écran d'ordinateur et d'un mini-manche qui commandent et contrôlent à distance.
Architecture type d'un aéronef
Il n'y a pas de solution unique pour dessiner un aéronef. Dans tous les cas le concepteur recherche un compromis entre les contraintes et les performances. Certaines solutions sont éprouvées et, pour un type de mission donné, les appareils produits ont un « air de famille ». Ceci n'empêche pas les tentatives de solutions originales.
En dehors des contraintes strictement liées à l'aéronef (capacité à remplir la mission, lois de l'aérodynamique, technologie de construction) les contraintes les plus courantes sont de nature économique (coût de production ou coût d'exploitation), respect des contraintes d'infrastructure (longueur des pistes, pression sur la piste, rayon de virage au sol, taille des bâtiments d'accueil, etc.)
Avion de transport de passagers long-courrier
Un avion de transport de passagers long-courrier peut parcourir des distances de plusieurs milliers de kilomètres (jusqu'à 21601km en 2005[1]) en emportant entre 200 et 400 passagers.
Caractéristiques générales de ce type d'avion :
- Le fuselage est de section cylindrique pour bien résister à la pressurisation en altitude. Le diamètre est fonction de la disposition des sièges : quatre sièges de front et une allée centrale dans les premiers quadrimoteurs à pistons des années 50, puis six sièges de front dans les quadriréacteurs des années 60. Les Jumbo jets apparus ensuite permettaient d'avoir huit, neuf et même dix sièges de front avec deux allées. La longueur du fuselage étant limitée par les dimensions des infrastructures au sol, l'Airbus A380 est doté de deux cabines cylindriques superposées (fuselage bi-lobé).
- La voilure est dite "basse" car le longeron principal de l'aile doit passer sous le plancher passagers. Cette disposition a l'inconvénient de couper la soute en deux parties ce qui nécessite d'avoir une porte de chargement du fret à l'avant et à l'arrière.
- Le groupe motopropulseur était constitué de quatre moteurs à pistons dans les années 50, puis de quatre réacteurs. La fiabilité et la puissance des moteurs sont devenues telles qu'on accepte maintenant de n'avoir que deux réacteurs. En cas de panne d'un moteur au décollage, la puissance installée est suffisante pour poursuivre le décollage et revenir se poser. En cas de panne d'un moteur en croisière, on peut également poursuivre la croisière plusieurs heures (selon le type d'avion) sur un seul moteur. Les moteurs sont placés dans des nacelles disposées sous l'aile (meilleure accessibilité) ou à l'arrière du fuselage (diminution du bruit perçu par les passagers, meilleure aérodynamique de la voilure).
- Le train d'atterrissage est composé d'un train avant à deux roues, qui supporte un faible poucentage de la masse de l'appareil (environ 5 %) et sert à diriger l'avion au sol, et d'un train principal de 2, 3 ou 4 bogies de 4 à 8 roues placé légèrement en arrière du centre de gravité. Le nombre de roues est imposé par la résistance des pistes d'atterrissage à l'impact (la masse de l'appareil est répartie sur une surface de contact donnée, la charge admissible dimensionnante pour les avions gros porteurs étant la piste de l'aéroport JFK à New York qui est construite sur pilotis). Les avions équipés de moteurs à hélices avaient des jambes de train suffisamment longues pour surélever le cercle de rotation des hélices. Le train se repliait dans la nacelle, en arrière du moteur intérieur (le plus près du fuselage). Sur les avions équipés de réacteurs, les trains principaux extérieurs (fixés sous les ailes) se replient latéralement, les roues venant se loger dans un renflement local du fuselage. Les avions les plus lourds présentent un ou deux bogies intérieurs supplémentaires (situés sous le fuselage) qui se replient dans le fuselage.
Avion de transport de fret
Beluga Airbus A-300-600ST
Caractéristiques générales de ce type d'avions :
- les avions de transport de fret utilisés par l'industrie civile sont en général des avions de transport de passagers modifiés. Le plancher est renforcé et une porte de chargement est ajoutée sur le côté. Le fret est généralement transporté sous forme de palettes et nécessite d'importants moyens de levage pour être amené dans la soute ou sur le plancher. Ils ne se distinguent d'un avion de transport de passagers que par la dimension des portes de chargement et éventuellement l'occultation des hublots. Certains appareils sont mixtes avec une cabine passagers et une cabine fret au-dessus du plancher.
- le Beluga Airbus A300-600ST d’Airbus représente un cas extrême de modification d'un avion civil. À partir de la cellule d'un A300 le diamètre du fuselage a été agrandi pour pouvoir y loger des tronçons de fuselage d'autres appareils ou d'autres éléments de dimensions hors normes comme les demi-voilures ou la dérive. Cet avion sert à transporter ces tronçons entre les usines de fabrication et l'usine d'assemblage final.
Airbus A400M- les avions militaires de transport de fret (type Airbus A400M) ont un diamètre et une longueur de fuselage permettant d'accueillir certains éléments des forces de projection (par exemple : 2 chars). Ils sont munis d'une rampe de chargement à l'arrière et parfois d'un nez ouvrant ou basculant pour disposer une seconde rampe de chargement avant. Cette disposition permet le chargement sans moyen de levage, par simple roulement, et éventuellement le déchargement sans faire de marche arrière.
- le fuselage est doté d'une section rectangulaire (Cette forme est imposée par la nature des engins transportés) et arrondie (Le galbe est ajouté pour mieux résister à la différence de pression).
- la voilure est en position haute pour que le longeron principal ne coupe pas la soute et pour permettre au plancher d'être aussi bas que possible. Elle est dotée de dispositifs hypersustentateurs, becs et volets sur toute la longueur de la voilure, pour permettre une vitesse faible à l'atterrissage et l'utilisation de petits terrains aux pistes courtes.
- les empennages sont placés très haut de manière à dégager la rampe de chargement arrière et à dégager l'arrière de l'appareil car ceux-ci sont aussi utilisés pour le parachutage d'hommes ou de matériels.
- le groupe motopropulseur est situé sous la voilure pour une meilleure accessibilité. Les turbopropulseurs sont souvent préférés aux réacteurs car leurs performances d'atterrissage-décollage sont meilleures et que la vitesse de croisière n'est pas un élément primordial.
- le train se replie dans des nacelles accolées au fuselage. Cette disposition permet un train très court et un plancher aussi bas que possible pour faciliter le chargement. Les amortisseurs sont souvent dégonflables afin d'abaisser encore le plancher lorsque l'avion est en cours de chargement.
Avion de transport régional
Un avion de transport régional est un très court/court courrier qui transporte quelques dizaines de passagers entre un aéroport local et un aéroport international. La capacité moyenne de ces avions est de l'ordre de 30 à 40 passagers, avec une tendance à augmenter vers 60 à 70 passagers.
Caractéristiques générales de ce type d'avions :
- fuselage de section cylindrique permettant d'installer trois à cinq sièges de front avec une seule allée.
- voilure haute : le plancher de la cabine est près du sol ce qui dispense de l'utilisation de passerelles d'accès et d'engins de levage pour les bagages. La voilure est équipée de dispositifs hypersustentateurs, volets de bord de fuite et parfois becs de bord d'attaque, pour permettre une vitesse faible à l'atterrissage et l'utilisation de terrains de moins de 2 kilomètres. Certains appareils utilisent des dispositifs particuliers telles que l'aile soufflée pour leur donner des caractéristiques d'ADAC (avions à décollage et atterrissage courts) leur permettant d'utiliser les petits aéroports situés près des centre-villes.
- groupe motopropulseur constitué de deux turbopropulseurs. Par rapport aux réacteurs, le rendement de propulsion supérieur des hélices rend ces avions beaucoup plus économiques, malgré vitesse plus faible (environ 450 à 550 km/h). Certains appareils récents sont équipés de turbopropulseurs très puissants qui leur assure une vitesse moyenne de vol quasiment aussi élevée qu'un jet sur petits trajets (moins de 600 km).
- train d'atterrissage fixé aux nacelles moteurs, avec des jambes longues si l'aile est en position haute, ou bien en nacelle sur le côté du fuselage, ce qui permet de réduire les dimensions et la masse du train principal.
Avion militaire d'interception/chasse/bombardement stratégique/reconnaissance
La variété des missions des avions militaires (interception, reconnaissance, appui-sol, etc.) impose certaines caractéristiques. Ces avions sont souvent multirôles, c'est-à-dire que l'adaptation à la mission se fait par le changement des emports.
Caractéristiques communes :
En plus des caractéristiques aérodynamiques et de la capacité à remplir une mission donnée l'avion militaire, contrairement à l'avion civil, doit être difficilement détectable (réduction de la signature électromagnétique et infrarouge). Les solutions utilisées que ce soit au niveau des matériaux utilisés comme au niveau de l'architecture sont parfois très différentes de celle d'un avion civil.
- Fuselage : réduit à l'habitacle du pilote, une case à avionique, des réservoirs de carburant et des propulseurs placés à l'arrière du fuselage.
- Voilure : les avions militaires sont les seuls désormais (depuis le retrait du Concorde) à utiliser une aile delta ou une aile à géométrie variable.
- Groupe motopropulseur : dans le fuselage
- Train d'atterrissage : repliable dans les ailes ou dans le fuselage.
- L'une des caractéristiques fondamentales est la manœuvrabilité. La plupart des aéronefs sont dessinés pour être stables, c’est-à-dire retrouver rapidement une position d'équilibre en cas de perturbation. La stabilité assure le confort du pilotage mais s'oppose à la manœuvrabilité, modification rapide de l'attitude et de la trajectoire de l'aéronef. Sur le plan de l'architecture elle se traduit par la réduction, voir la suppression des empennages stabilisateurs ou par l'utilisation d'un dièdre négatif pour la voilure.
Article détaillé : Avion militaire.Avion d'affaire
Un avion d'affaire permet de transporter quelques passagers, de l'ordre d'une dizaine ou moins. Les conditions de confort sont généralement luxueuses.
Il existe plusieurs type d'utilisation pour cette catégorie d'avion.
- Commerciale: Le ou les propriétaire(s) louent leur avion à un client pour un coût fixé à l'heure de vol. Dans ce cas, les règles commerciales s'appliquent, un équipage de deux pilotes est nécessaire ainsi que deux moteurs, etc.
- Privée: Le ou les propriétaire(s) ainsi que les membres de leur famille proche peuvent l'utiliser. Ici les règles sont différentes, si le constructeur à certifié l'appareil avec un seul pilote, il peut être piloté par un seul pilote et il peut aussi s'agir d'un appareil monomoteur tel que le Pilatus PC12 ou TBM 700.
Un avion d'affaire peut être vu :
- Comme un avion de transport de passager miniature. L'architecture est alors identique. Le diamètre du fuselage ne permet que de placer deux sièges de front et il n'y a pas de soute. L'aile basse oblige à disposer les réacteurs en nacelle à l'arrière du fuselage.
- Comme un avion de tourisme de catégorie supérieure. L'architecture est identique sauf le recours à deux moteurs afin de satisfaire aux exigences du vol tout temps.
Avion de tourisme
Cette catégorie recouvre les avions monomoteurs de une à quatre places.
Ils sont utilisés pour le tourisme aérien et ne sont donc pas forcement équipés pour voler par mauvais temps. Les écoles de pilotage ont souvent recours à ce type d'appareil pour la formation initiale des pilotes.
Caractéristiques générales de ce type d'appareil :
- leur structure peut être réalisée en bois/contreplaqué, en tôle d'aluminium ou en "composite" (stratifié résine et fibre de verre ou de carbone).
- le groupe motopropulseur est constitué d'un moteur à piston entraînant une hélice. Dans la très grande majorité des cas il est situé à l'avant du fuselage.
- le train d'atterrissage est le plus souvent fixe afin de diminuer la masse et la fragilité, l'effet sur les performances n'étant pas très important. Les avions légers sont en très forte majorié équipés de train tricycle : roulette de nez et train principal en arrière du centre de gravité.
Les modèles les plus anciens utilisent le train « classique » : train principal en avant du centre de gravité et roulette de queue.
Notes et références
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Catégorie : Construction aéronautique
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