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RÉSUMÉ
Cet article a pour objet le processus général de la certification civile des aéronefs. Il présente en premier lieu les éléments fondamentaux de la réglementation, avant d’aborder le calcul des structures et celui des charges limites et extrêmes. Sont définis ensuite les trois domaines standards et leurs paramètres. Ces domaines de vol constituent la référence pour le dimensionnement réglementaire des structures primaires en aviation civile. Ils permettent d’aboutir à des charges de type statique, alors que les phénomènes à l'origine de ces charges sont dynamiques.
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Yves GOURINAT : Professeur de mécanique des structures - Institut supérieur de l'aéronautique et de l'espace, Toulouse, France
INTRODUCTION
Dans le processus de certification d'un aéronef civil, le calcul des charges occupe une place essentielle. En effet, celui-ci relie la spécification générale – architecturale – de l'avion au dimensionnement structural, ce terme étant à prendre au sens le plus large. Le calcul des structures est fondamentalement conditionné par les charges mécaniques « classiques » : aérodynamiques externes (manœuvre, rafale, turbulence), charges en vol internes (pressurisation, interfaces, charges thermiques) et au sol (atterrissage dynamique, roulage). Le calcul contemporain intègre en outre des charges dues à l'intégration des systèmes aux structures et aux effets dynamiques des commandes de vol électriques.
Dans ce contexte, il est tout d'abord indispensable d'aborder les éléments fondamentaux de la réglementation, issus d'une longue expérience d'aviation civile, permettant d'assurer un calcul robuste de l'enveloppe des charges en vol – définies par le domaine de vol – autorisant une qualification des structures en chargement statique et en fatigue liée à la portance.
Tel est l'objet de cet article, qui présente le processus général et les définitions liées à la réglementation. Partant du cadre général de la certification civile, la définition stochastique des charges limites et extrêmes conduit au concept de structure fail-safe. Les paramètres définissant le domaine de vol d'un avion sont passés en revue, et conduisent à la définition des trois domaines standard, associés aux cas de manœuvre et de rafale. Ces éléments sont déterminants pour le dimensionnement des structures primaires de l'avion : surfaces portantes et interfaces avec le reste de la cellule.
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1. Contexte de certification
1.1 Certification structurale
La certification d'un aéronef intègre un processus itératif, accompagnant le programme tout au long de la vie du produit, depuis les études de marché, les boucles de conception (faisabilité, préliminaire, détaillée, optimisation par boucles) jusqu'à son retrait, en passant par la mise et le suivi en service.
Ce processus implique directement trois types de partenaires indépendants : l'architecte (ou avionneur), les opérateurs (ou compagnies utilisatrices) et les autorités de certification. Ces intervenants assument des rôles et responsabilités complémentaires que nous ne détaillons pas ici, l'important étant de situer les calculs de charges dans ce contexte, qui résulte de la dynamique de la qualité supposant une étroite coopération entre ces partenaires.
Le processus de certification initiale de type représente en général une durée de 5 à 7 années (jusqu'à la mise en service) et les phases suivantes 20 à 30 ans, incluant le suivi en service (dont les bases ont naturellement été posées lors de la certification initiale, avec notamment la traçabilité et le contrôle des conformités) et même le retrait de service. Il n'est donc pas abusif d'affirmer que le processus de certification d'un avion contemporain s'étend en réalité sur une période de 20 à 50 ans.
L'ensemble des processus de certification structurale est placé sous l'égide de textes réglementaires. Pour le continent européen, relevant de l'EASA (European Aviation Safety Agency ), ces textes sont :
-
la CS-25 (Certification Specification Part 25 ) pour les avions civils dont la masse maximale au décollage est supérieure à 5 670 kg (Large Aircraft, Maximal Take-Off Mass
;
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la CS-23 pour les avions civils de MTOM inférieure à 5 670 kg.
La certification américaine relève...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - PERRAIS (J-.P.), FINANCE (R.) - Calcul des charges appliquées à une structure d'avion. - Éditions ISAE-SUPAERO, 239 p. (2008).
-
(2) - MEGSON (T.H.G.) - Aircraft structures for engineering students. - Elsevier, 876 p. (2012).
-
(3) - LOMAX (T.L.H.) - Structural loads analysis : theory and practice for commercial aircraft. - American Institute of Aeronautics and Astronautics, 280 p. (1996).
ANNEXES
Documents de certification CS25 et FAR25 http://easa.europa.eu/document-library/certification-specifications http://www.ecfr.gov/cgi-bin/text-idx?c=ecfr&sid= be6ffa6d87343c75e7d49e911c95ab06&rgn=div5&view=text&node= 14:1.0.1.3.11&idno=14
HAUT DE PAGE
Association aéronautique et astronautique de France (3AF) http://www.3af.fr/events
Académie de l'air et de l'espace (AAE) http://www.academie-air-espace.com/event/newList.php
Royal Aeronautical Society http://aerosociety.com/Events
Council of European Aerospace Societies (CEAS) http://www.ceas.org/calendar.php
American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA) https://www.aiaa.org/
Institut supérieur de l'aéronautique et de l'espace – ISAE-SUPAERO http://www.isae.fr
École nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique – ISAE-ENSMA http://www.ensma.fr
Office national d'études et de recherches aérospatiales – ONERA http://www.onera.fr
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