8-2 Conceptions charges contraintes (motoplaneurs)

Conceptions, charges et contraintes

L'aéronef est conçu pour générer une portance afin de transporter un ou deux pilotes de planeur. Pour accomplir ce rôle, la cellule absorbe des efforts important et doit rester la plus légère possible : chaque kilogramme économisé grâce aux astuces du concepteur permettra d'améliorer les capacités ou les performances de l'aéronef. Les efforts appliqués à la cellule d'un aéronef sont de différentes natures. Le pilote de planeur doit pouvoir appréhender quelques notions afin de participer -a son niveau- à la préservation et à la surveillance du matériel.

Les bases de la résistance des matériaux

Note : la notion de contrainte est écartée par soucis de simplification

Une pièce qui subit des efforts se déforme. On parle de déformation élastique si le matériau reprend sa forme initiale lorsque la sollicitation disparaît. Si les efforts dépassent une certaine limite, on parle de déformation plastique et le matériau ne reprendra plus sa forme initiale lorsque la sollicitation disparaît, il subsiste une déformation permanente. Si les efforts sont encore plus fort, c'est la rupture.

Dans un aéronef, la cellule est conçue pour ne jamais dépasser le stade de la déformation élastique. Si une pièce est déformée de manière permanente ou qu'elle présente des micros ruptures, cela signifie qu'elle a subit une surcharge. Un mécanicien doit alors inspecter et réparer l'aéronef.

Des anomalies peuvent également survenir par phénomène de fatigue : la variation de l'effort, même à des niveaux bien plus faibles que ceux pouvant provoquer sa rupture, peut à la longue provoquer sa rupture. Pour cette raison, des visites d'inspections sont menées régulièrement et certaines pièces sont remplacées à des échéances prévues à l'avance.

Les principaux efforts sur l'aéronef

Flexion du longeron de l'aile

C'est une contrainte bien connue : en vol, l'aile fléchie vers le haut à cause du poids du fuselage. Cette flexion a pour conséquence un effort de traction sur les matériaux qui composent le dessous de l'aile et une compression sur les matériaux qui composent le dessus de l'aile. L’effort est maximal au niveau des emplantures de l'aile. Pour le limiter, le constructeur limite la masse maximum des Éléments Non Portant (ENP = le fuselage + son contenu + les empennages). En effet, le poids des ailes (et donc des réservoirs de carburant dans les ailes, des ballasts d'eau dans les ailes...) n'impacte pas ou très peu la flexion de l'aile.

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  Sollicitation du longerons maximale au niveau de l'emplanture de l'aile.

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  La sollicitation augmente si le facteur de charge augmente (ici, en virage à 60° d'inclinaison, le facteur de charge est de 2).

Compression et flambage de la barre de trainée

La trainée s'exerce sur les ailes et la traction au niveau du fuselage. Les demies ailes ont tendance à être tiré vers l'arrière mais sont retenues par une longue entretoise placée dans le fuselage entre les deux demies-ailes au niveau du bord de fuite. Cette longue barre est comprimée et est sujette au flambage. Le point d'ancrage des empennages doit également faire transiter les efforts liés aux empennages.

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  Compression de la barre de trainée.

Autres efforts sur la cellule

Beaucoup d'autres éléments sont sujet à des efforts importants. Les actions d'une personne en bout d'aile doivent être modérés compte tenu du bras de levier que représente la demie-aile : le risque de forcer sur le fuselage, à l'emplanture et au niveau de la roulette de queue est réel. Aussi, les composant comme l'hélice, le bâti moteur, le train d’atterrissage, les aérofreins...sont fortement sollicité. Ce seront des points d'attentions lors de la surveillance quotidienne réalisé par le pilote lors de la visite pré-vol.

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  Lors de la manutention au sol, l'aide en bout d'aile doit exercer une force limitée.

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  Divers composants subissant des charges importantes.