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 mais doit rester la plus légère possible. En effet, 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 du matériel et a sa surveillance.
Les bases de la résistance des matériaux
Note : la notion de contrainte est écartée par soucis de simplification
Dans une pièce, lorsque les éfforts augmentent, il y a d'abord déformation élastique (le matériau se déforme proportionnellement à l'effort appliqué et reprend sa forme initiale lorsque la sollicitation disparaît), suivie parfois (en fonction de la ductilité du matériau) d'une déformation plastique (le matériau ne reprend pas sa forme initiale lorsque la sollicitation disparaît, il subsiste une déformation résiduelle), et se termine par la rupture (la sollicitation dépasse la résistance du matériau).
Dans un aéronef, la cellule est conçu pour absorber les efforts normaux sans jamais dépasser le stade de la déformation élastique. Au contraire si une pièce est déformée de manière permanente ou qu'elle présente de petites 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 : alors que la pièce est conçue pour résister à des efforts donnés, 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
Les premiers aéronefs avaient une structure fait d'un treillis en bois ou en métal. Des cadres sont reliés par des lisses formant un squelette solide et léger. Pour des raisons de solidité, ceux-ci étaient assemblées en triangles par soudage, rivetage, vissage ou collage. La structure est recouverte d'une peau non-travaillante, c'est à dire que la peau ne participe pas dutout à la résistance globale. Cette peau peut être en toile, en bois mince ou en tôle mince. Elle aura malheureusement tendance à se déformer légèrement sous l’effet des forces aérodynamique, occasionnant la déformation des profils d'aile et une baisse des performances.
Construction en coque
Au milieu du siècle dernier, les concepteurs ont commencé à concevoir des aéronefs avec des revêtements travaillant : la peau extérieure est alors conçue comme une coque et la structure en treillis peut être encore allégée (construction semi-monocoque) ou entièrement supprimé (construction monocoque). Une telle construction est très légère et permet de conserver la forme des profils. Elle est cependant plus fragile, car elle perd rapidement de sa résistance si le revêtement est endommagée. Dans le cas de charges ponctuelles, telles que le point d'ancrage des empennages, des ailes et du train d'atterrissage, la structure monocoque doit être renforcée localement (raidisseurs, cadres, longerons...).