Train d'atterrissage

Train d'atterrissage de Boeing 777-300

Train d'atterrissage principal d'un Airbus A330

Les fonctions principales d'un train d'atterrissage consistent à permettre les évolutions au sol jusqu’au décollage (remorquage, taxi…), l’amortissement de l’impact d’atterrissage, et, grâce à un système de freinage associé, l’arrêt de l’avion sur une distance acceptable.

Le train d'atterrissage peut parfois être équipé de skis ou de flotteurs si l'appareil doit amerrir ou atterrir sur la neige.

Durant les phases de vol, si le train d'atterrissage ne se replie pas, le train est fixe, sinon, il est rétractable et rentré pour diminuer la résistance à l'air. Il se loge alors dans la case à train d'atterrissage qui peut se trouver dans le fuselage ou dans les ailes.

Histoire

Premier train d'atterrissage dessiné par Alphonse Pénaud en 1876

L'histoire des trains d'atterrissage remonte à 1876. Alphonse Pénaud et Paul Gauchot, deux inventeurs français, brevètent le plan d'un monoplan amphibie biplace révolutionnaire pour son époque. Une des nouveautés de cet aéroplane est qu'il possède un train d'atterrissage rétractable avec amortisseurs à air comprimé. Mais ce n'est pas avant 1917 que les premiers appareils dotés de trains d'atterrissage partiellement rétractables feront leur apparition et ils ne deviendront communs qu'à la fin des années 20. À cette époque, les performances des avions s'étaient tellement améliorées que l'avantage aérodynamique des trains rétractables justifiait amplement la complexité et le surpoids du système.

Différents types de trains d'atterrissage

Train d'atterrissage avant d'un Boeing 777

Il existe principalement deux types de train d’atterrissage :

• les trains « classiques », (aussi appelé taildraggers), qui sont composés de 2 trains principaux à l’avant du centre de gravité et d’un train auxiliaire à l’arrière,
• les trains « tricycles » qui sont composés de deux trains principaux légèrement à l’arrière du centre de gravité et d’une roulette à l’avant.

La plupart des appareils modernes ont un tricycle ou une variante du tricycle. Les appareils à train classique sont considérés comme étant plus difficiles à faire atterrir et décoller et ainsi, requièrent parfois un entraînement spécifique. Parfois, une petite roue de queue ou un ski est ajouté sur les appareils à tricycle au cas où la queue risquerait de toucher le sol au décollage. C'est le cas du Concorde.

Avec le poids toujours plus important des appareils, les trains d'atterrissage comptent de plus en plus de roues. L'Airbus A340 a un troisième train (appelé train central) entre les deux principaux, le Boeing 747 possède cinq trains d'atterrissage : un à l'avant, deux sous les ailes et deux sous le fuselage un peu en arrière, comme l'Airbus A380, qui possède en tout 22 roues. Les avions possédant 3 trains d'atterrissage utilisent la roue avant pour se diriger lorsqu'ils sont sur le tarmac. Le 747 et l'A380, eux, utilisent également les deux trains intérieurs qui peuvent contre-braquer lorsque la roue avant braque, de la même manière que pour les voitures à 4 roues directrices, les roues se braquent dans la direction opposée à celle des roues avant pour faciliter les virages.

Un dysfonctionnement du train d'atterrissage peut conduire à ce que l'on appelle un cheval de bois et avoir pour conséquence la destruction de l'avion.

Certains avions utilisent les roues uniquement pour le décollage et les jettent ensuite, pour gagner en poids et en place, puisqu'il n'y a plus besoin de mécanisme de rétraction, et en simplicité. Pour ces avions, l'atterrissage se fait sur des skis, par exemple. Parmi les exemples historiques, citons le Messerschmitt Me 163 et le Messerschmitt Me 321.

Un autre exemple de train d'atterrissage inhabituel est le train « monotrace » que l'on trouve sur la quasi-totalité des planeurs et sur certains avions militaires comme le Lockheed U-2, le SO.4050 Vautour ou le Hawker Siddeley Harrier. Sur ces avions, le train d'atterrissage se compose de deux roues principales alignées sous le fuselage (le train est appelé tandem), et d'une petite roue près de l'extrémité de chaque aile.

Un train à tandems multiples a été utilisé sur certains jets militaires dans les années 1950, comme le Miassichtchev M-4, le Yakovlev Yak-25, le Yak-28 et le Boeing B-47 Stratojet, car il permet une grande capacité d'emport entre les roues principales. Une autre variante de ce tandem est utilisée sur le Boeing B-52 Stratofortress qui a 4 boggies principaux sous le fuselage, et une petite roue supportant chaque aile. Le train du B-52 est unique également grâce au fait que chacun des quatre boggies est directionnel. Cela facilite grandement l'atterrissage en cas de vent de travers (en utilisant la technique dite de l'atterrissage en crabe).

Actuellement, les avions utilisent leurs réacteurs pour se déplacer au sol entre la piste et leur place de parking. Afin d'économiser les potentiels moteurs et le kérosène, des études (WheelTug^[1] de Boeing et Green Taxiing [1])du groupe Safran) sont en cours pour équiper les trains d'atterrissage de moteurs électriques fonctionnant sur l'énergie fournie par l'APU (Auxiliary Power Unit).

Principe d'un train d'atterrissage existant

Train d'atterrissage principal du Concorde

Les principaux éléments structuraux

Le caisson (barrel) constitue le « corps » de l’atterrisseur. Il contient l’amortisseur et assure la transmission des efforts principaux vers la structure avion.

La contrefiche principale (drag strut assy) permet de transmettre les efforts axiaux venant du centre roue à la structure de l’avion.

Le compas (torque link assy), sur les trains principaux, permet d’empêcher la rotation de la tige coulissante par rapport au caisson. Sur le train avant, il permet de transmettre le couple de rotation entre le système de direction (steering) et la tige coulissante.

L’amortisseur (shock absorber) permet d’absorber l’énergie de l’impact d’atterrissage et supporte les évolutions au sol tout en assurant un maximum de confort pour l’équipage et les passagers. Les amortisseurs sont généralement de type oléopneumatique. Il existe des amortisseurs simple chambre ou double chambre.

Le système d’extension/rétraction

La séquence d’extension/rétraction des trains est conditionnée par la position du levier de commande « rentrée/sortie » des trains et par la réponse des détecteurs de positions du train et des trappes. Elle commande successivement l’ouverture des trappes, le déverrouillage du train, l’extension du train, le verrouillage du train en position basse, puis la fermeture des trappes principales (et inversement lors de la rétraction). Les trappes arrières sont commandées directement par l’atterrisseur.

En mode normal, la sortie de l’atterrisseur est assurée par l’action du vérin de manœuvre (actuating cylinder) qui sert en même temps d’amortisseur de fin de course afin d’éviter un verrouillage bas trop violent, tandis que le vérin de déverrouillage presse la contre-fiche secondaire (lock link) sur ses butées pour l’arc-bouter. En mode secours (dit « Free Fall »), la sortie du train se fait par gravité, aidée par les efforts aérodynamiques. Deux ressorts de traction (lock springs) assurent et maintiennent le verrouillage de l’atterrisseur en position basse, en bloquant arc-boutés les deux bras de la contrefiche secondaire et par conséquence celle de la contrefiche principale (drag strut).

Lors de la rétraction du train, les flux hydrauliques alimentant les actionneurs sont inversés. La rétraction est déclenchée par l’action du vérin de déverrouillage qui brise l’arc-boutement de la contrefiche secondaire et par conséquent celui de la contrefiche principale à laquelle elle est connectée. Le système ainsi déverrouillé est remonté dans la case de train à l’aide du vérin de manœuvre. Des boîtiers d’accrochage (uplock assembly) permettent de verrouiller les trains et les trappes en position haute.

Le système de direction (Nose Wheel Steering)

L’action du pilote sur la commande de direction est transmise au vérin de direction (steering actuator) par l’intermédiaire d’un calculateur (Brake Steering Control Unit) et d’un système hydraulique. Le vérin est équipé d’une crémaillère en prise avec le pignon du tube tournant. La rotation du tube tournant est transmise à l’essieu par l’intermédiaire du compas. Dans d’autres cas, et pour réduire l’encombrement, le système pignon/crémaillère est remplacé par un concept utilisant deux vérins (dit « push/pull ») agissant directement sur le tube tournant.

Les roues et le système de freinage

La jante assure le support du pneu ainsi que le logement du système de freinage. Le système de freinage est constitué de disques multiples (généralement en carbone) et d’étriers à pistons. Le freinage d’un avion lors d’une phase d’atterrissage ou lors de l’interruption d’une procédure de décollage (Rejected Take Off), nécessite la dispersion d’une très grande quantité d’énergie. Le système de freinage constitue dans cette phase un puits de chaleur. Les roues sont donc soumises à d’importantes contraintes.

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  train tricycle d'un avion Breguet

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  Train d'atterrissage principal d'un Airbus A340

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  Train avant du Lockheed Constellation

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  Frein carbone d'un train d'atterrissage d'Airbus A330/A340

Fabricant

• Messier-Bugatti-Dowty, leader mondial
• Liebherr, (notamment sur Embraer)

Notes et références

Liens externes

• Video du système de moteur électrique sur train d'atterrissage de la société WheelTug

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