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
Dans une pièce, lorsque les efforts 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 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
Flexion du longeron de l'aile à l'emplanture
C'est une contrainte bien connue du grand public : l'aile fléchie à cause du poids du fuselage et la contrainte est maximale au niveau de l'emplanture. La charge disposée dans les ailes (des réservoirs de carburant, des ballasts d'eau...) n'est pas problématique car elle ne "transite" pas par le longeron. Pour limiter cette contrainte, le constructeur limite la masse maximum des Éléments Non Portant (ENP = le fuselage + son contenu + les empennages). Ainsi, dans certain cas où la charge du fuselage est déjà maximum, il est encore possible de remplir ses ballasts d'eau si ces derniers se trouvent dans les ailes.
Sollicitation du longerons maximale au niveau de l'emplanture de l'aile.
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.
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.
Lors de la manutention au sol, l'aide en bout d'aile doit exercer une force limitée.
Divers composants subissant des charges importantes.
