Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Cet article résume et illustre - par un exemple typique – les principes qui fondent le dimensionnement des panneaux de caisson de voilure d’un avion de transport civil. Partant des charges de flexion et effort tranchant en vol, les méthodes de prédimensionnement des panneaux intrados, extrados et longerons sont abordées selon les critères de résistance statique et de stabilité. La démarche ainsi présentée peut s’appliquer à une grande variété de structures légères certifiées.
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This article summarizes and illustrates - by a typical example - the principles underlying the sizing of the wing box panels of a civil transport aircraft. Considering the major bending and shear loads in flight, the predimensioning methods of the upper-surface, lower surface and spar panels are discussed, according to the criteria of static resistance and stability. This approach can extend to a wide variety of certified lightweight structures.
Auteur(s)
-
Yves GOURINAT : Professeur de mécanique des structures Institut supérieur de l’aéronautique et de l’espace (ISAE-SUPAERO), Toulouse, France
INTRODUCTION
Depuis plus d’un demi-siècle, les structures d’avions de transport sont essentiellement à revêtement travaillant et constituent même des coques autoporteuses. Ce constat vaut bien évidemment pour le caisson principal de voilure, qui constitue l’élément porteur de l’aile. Ce caisson est schématiquement constitué d’un longeron avant – sur lequel s’appuient les surfaces aérodynamiques du bord d’attaque, lesquelles sont le plus souvent mobiles –, d’un longeron arrière – support des volets et ailerons –, reliés par les panneaux extrados et intrados. Ces deux derniers panneaux – courbes – constituent à la fois les semelles supérieures et inférieures du caisson de voilure et les surfaces aérodynamiques qui génèrent l’essentiel de la portance de l’aile.
En plus de son rôle structural et aérodynamique majeur, le caisson assume, de par son volume, la fonction de réservoir principal de carburant. Cette caractéristique volumique, issue de l’épaisseur structurale et aérodynamique de l’aile, est porteuse d’avenir pour les architectures futures comme l’aile volante, la place disponible pouvant alors être utilisée pour la charge utile.
Concernant le dimensionnement structural du caisson principal de voilure, plusieurs spécifications, issues de la réglementation, sont à considérer. Le présent article est centré sur les coques tant pour ce qui est de l’épaisseur de peau (critère de tenue structurale) que de la stabilité (technologie de raidissement). Les éléments annexes internes (bielles, nervures, traverses) ne sont pas explicitement retenus, considérant qu’ils sont ajoutés uniquement pour que la coque porteuse puisse précisément assumer sa fonction structurale.
L’objectif de cet article est donc de résumer les méthodes de prédimensionnement d’un caisson de voilure, en s’appuyant sur un exemple typique d’avion de transport civil. Partant des charges en vol – la référence étant le facteur de charge limite (CL) – les panneaux sont abordés les uns après les autres pour parvenir à un dimensionnement à l’emplanture (section critique) très proche de l’optimal.
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KEYWORDS
certification | wing design | structural strength | wing panel | local buckling
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Charges appliquées à la voilure3. Conclusion
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Architecture de voilure
Les éléments structuraux constituant le caisson principal de voilure illustrent les principes constructifs des panneaux porteurs et peuvent s’appliquer à des systèmes similaires :
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les structures qui constituent des voilures auxiliaires : caissons d’empennage horizontal, caissons de dérive, caissons de surfaces mobiles de commande ;
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les caissons rigidifiés aérospatiaux et véhicules terrestres en général ;
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les caissons de grande dimension en génie civil.
À ces calculs globaux s’ajoutent des calculs locaux liés aux charges, éléments et pièces locaux, qui constituent autant de cas particuliers mais n’entrent pas dans le dimensionnement architectural de la voilure.
-
-
Spécimens d’essais au sol
Les essais structuraux au sol liés à la certification d’un avion civil se divisent en trois catégories :
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les essais sur coupons qualifiant à la fois les matériaux, les procédés liés aux matériaux et l’état prévisible des éléments (vieillissement, endommagement local, etc.) ; les échantillons sont petits (1 cm à 1 ft) mais très nombreux (plusieurs centaines de milliers dans le cadre de la certification d’un avion) ; ils contribuent à l’intégration des sciences de matériaux à la mécanique des structures ;
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les essais sur demi-produits ou éléments structuraux qualifiant un lot structural (panneau élémentaire, surface mobile, porte, ouverture, etc.) validant l’intégration d’un matériau dans une technologie à l’échelle d’un démonstrateur ; les spécimens sont plus importants (3 ft à 3 m) et se comptent en dizaines pour un programme avion ;
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les essais sur structure ou cellule complète ; à ce niveau se situent les célèbres spécimens d’essai statique et d’essai en fatigue, constitués chacun d’un avion complet (dans sa partie structurale) ; ces deux spécimens sont donc très importants, très coûteux et très longs à tester, mais il n’y en a que deux.
Les concepts abordés dans cet article concernent les essais d’éléments structuraux et la validation par essai sur cellule. À cela s’ajoutent les essais...
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Documents de certification CS 25 et FAR 25 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/EventsLanding.aspx?id=79
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