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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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2. Surfaces portantes
2.1 Charges aérodynamiques externes
2.1.1 Résultante aérodynamique
On définit tout d'abord les axes avion (axes structure ou axes fuselage comme suit (figure 4) :
-
vecteur unitaire longitudinal fuselage, dirigé vers l'avant ;
-
vecteur unitaire orthogonal au précédent, situé dans le plan de symétrie droite gauche du fuselage, et dirigé vers le bas ;
-
complète alors la base orthonormée directe
, dans la direction de la demi-aile droite (figure 4).
Ces axes sont liés à l'avion (en particulier ils tournent avec lui) et doivent évidemment être distingués des axes liés à la masse d'air et de ceux liés à la Terre (considérée comme approximativement galiléenne). Ce système d'axes est commode pour représenter l'avion comme un solide indéformable, dont l'information est portée par ce repère orthonormé...
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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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