3. Structure de l'avion
Structure de l'avion:
Un appareil aux multiples défis.
Comme pour l'oiseau, l'avion est aussi divisé en différentes parties toute aussi complexe et utile les unes que les autres. On a par exemple:
-Le fuselage servant à accueullir des passagers, des pilotes, voir même de la marchandise.
-Les ailes qui sont présentes sur chaque côté du fuselage. Soit la demi aile droite et la demi aile gauche qui sont elles même redivisé en plusieurs parties. (Comme l'on peut le voir chez l'oiseau avec les plumes.) En effet on peut trouver:
Les ailerons qui se trouvent à côté des "saumons" (caissons de formes allongés) faisant office de carénage et où sont intégré des feux de positions. (afin de pouvoir voir l'appareil même durant la nuit). Par ailleurs nous avons aussi les aérofreins qui sont des surfaces servant lors de descente rapide et après l'atterrissage. Puis les volet ou "dispositif hypersustentateur" qui rabaisse la vitesse de décrochage. C'un dispositif situé sur le bord de fuite et qui à l'avantage de pouvoir changer de forme et ses caractéristiques aérodynamiques.
Les bord d'attaque et les bords de fuite. Pourquoi ces noms? Tout simplement car le bord d'attaque correspond à la partie avant de l'aile qui va séparer le fluide (l'air) en deux une partie qui va passer par l'extrados et l'autre partie par l'intrados (partie supérieur et inférieur de l'aile) par conséquent le bord de fuite correspond à la partie arrière de l'aile, donc là où les flux d'air s'étant séparé en deux se rejoignent. Nous avons notamment l'emplanture qui sert simplement à raccordé l'aile sur le fuselage. D'un, voire de deux longeron(s) qui prend le rôle en quelques sorte de la colonne vertébrale de l'aile. Et de nervures qui par conséquent peuvent être assimilé à ses côtes. Les longerons peuvent être monobloc ou en deux morceaux selon l'envergure de l'avion.
-Les réacteurs qui sont les moteurs qui donnent de l'énergie cinétique à l'avion, lui permettant ainsi de se déplacer.
-Les empennages horizontaux et verticaux qui assurent la stabilité de l'avion par le biais principalement de la dérive, (comme le font les plumes d'une flèche) tout en permettant d'agir sur l'air en lui faisant changer de direction et par conséquent de permettre à l'avion de faire des rotation (comme par exemple vis-à-vis de l'axe de tangage, dans le but de faire monter ou piquer l'appareil), par l'intermédiaire des gouvernes.
-ainsi que du train d'atterrissage qui est composé de plusieurs roues par unité. Au total il y a trois unités d'atterrissage : 1 devant et 2 derrière. Dans ces unités il y a d'énormes ressorts qui atténuent l'atterrissage. Pendant le vol, le train d'atterrissage est replié dans le fuselage de l'avion pour éviter la traînée.
-Puis pour conclure le poste de pilotage où l'appareil est dirigé et où toutes les informations extérieurs sont reçu/traités.
Les matériaux composants l'avion:
Des matériaux divers aux caractéristiques exigé.
En aéronautique, l'utilisation des matériaux est multiple. Que cela soit de l'aluminium, de l'acier, du titane, la fibre de verre, du bois ou encore plastique, tout est utilisé dans un but bien précis: allier résistance et légèreté. Par conséquent afin de faire des avions de plus en plus performants, de nouveaux matériaux sont conçut, combinées, testé ou tout simplement découvert, afin d'apporter une meilleure résistances aux intempéries, aux fortes chaleurs, aux situations extrêmes ainsi qu'une perte de poids importante, notamment ayant pour but d'augmenter la vitesse de l'appareil ou de diminuer sa consommation de carburant et donc devenir écologique, et économe.
Pour commencer les ingénieurs se tournaient principalement vers le bois pour confectionner la structure des avions. Cependant, en à peine 20 ans de (1920 à 1940), le bois et la toile sont délaissés et remplacés par des alliages d'aluminium.Car en effet, au 20ème siècle, on cherche à réduire la masse des avions. C'est pourquoi les alliages d'aluminium furent idéals pour les premières cellules d'avions. (Faciles à usiner, légers et résistants à la corrosion)
De multiples alliages:
Quelles bases?
1ère structure en aluminium et utilisation du titane:
C'est dans les années 1940 que les ingénieurs cherchent en plus de réduire le poids d'améliorer les propriétés mécaniques de l'appareil comme la ténacité. Par ailleurs, c'est notamment par le biais de la Deuxième guerre mondiale que sont conçus les premiers moteurs à réaction. Ces moteurs étant soumis à de très fortes températures force l'arrivé du titane dans le monde de l'aérodynamisme (Douglas DC7 en 1952). En effet ses propriétés mécaniques permettent son utilisation à haute température (le mur de la chaleur peut être traversé) ce qui par conséquent permet de remplacer l'acier ou l'aluminium dans certaines pièces des moteurs ou des trains d'atterrissage.
Composites et fibre de carbone:
Même après l'arrivée de plusieurs nouveau éléments, l'aluminium restera la référence des matériaux de structure jusqu'aux années 1970 et leurs débuts car ce n'est qu'à partir des années 1960, que « des composites à base de polymère » apparaissent pour fabriquer les parties Secondaires de l'avion. En 1973, suite au premier choc pétrolier, la réduction de poids devient de plus en plus importante. Car comme nous pouvons le penser le carburant représente une grande partie du coût de fonctionnement. Dans les années 70 la fibre de carbone alliant grande résistance à la traction et légèreté fait son apparition. De nos jours grâce aux progrès scientifiques, les matériaux utilisés permettent d'atteindre des vitesses allant jusqu'à 10 000km/h et des températures supérieures à 750°C.
Mais des critères à respecter...
Les matériaux à l'épreuve...
Comme précisé précédement avant d'être créé/utilisé, les matériaux sont testé pour vérifier si tous les critères nécessaire au bon fonctionnement de l'appareil sont pris en compte. On a par exemple:
- Le module de Young (ou module d'élasticité ou de traction constante qui relie la contrainte de traction à la déformation)
- La densité
- La tenue au fluage (il s'agit de la déformation en fonction du temps et du chargement)
- La résistance à la fatigue
- La ténacité
- La corrosion
- Le vieillissement
- La tenue en conditions extrêmes.
Exemples:
Exemple de matériaux créé par l'homme:
Voici la fiche des différents matériaux et leurs caractéristiques utilisé dans l'aéronautique:-On a premièrement les alliages d'aluminium qui sont des alliages ayant une dureté convenable ayant généralement une masse moins élevé que la plus parts des autres alliages.
-Ou deuxièmement les alliages de titane: Les alliages de titane sont légers, très solides, ils possèdent une excellente résistance à la corrosion, à haute température (T<500°C) et une bonne tenue au fluage.
-Ou encore les matériaux composites, qui depuis les années 1970, sont de plus en plus présents et révolutionnent le domaine de l'aéronautique. Il s'agit d'une famille de matériaux qui associent deux matériaux différents et par conséquent permet d'obtenir la combinaison de leurs propriétés et donc des avantages qu'ils possèdent (ils sont composés d'une charge et de fibres (bore, carbone, verre...) qui possèdent des propriétés mécanique spécifique. Ceux si on l'avantage de présenter une résistance et une rigidité exceptionnelle supérieure même à celle des meilleurs aciers, tout en étant très léger.
Mais des contraintes...
Plusieurs contraintes jouent sur le vol de l'avion.
Tout d'abord les contraintes météorologiques. Les dépressions qui sont des zones de basses pressions (due à l'air chauffé) favorables au développement de nuages, à la formation de perturbations (pluie, orages, fortes rafales de vent ou cyclones) qui peuvent donc perturber le vol. Le givrage peut déformer le profil de l'aile, changer le poids de l'avion. Mais cela arrive rarement car les avions possèdent des mécanismes de sécurité qui enlève ce gel. Les nuages cumuliformes qui provoquent des turbulences et les nuages stratiformes qui est une sorte de brouillard qui empêche une bonne visibilité pour les pilotes. Le vent peut réduire la portance de l'avion et donc le faire descendre brusquement.
Les volcans peuvent aussi perturber le vol. En effet, en cas de fumée il y a un éventuel risque d'éruption et l'avion doit alors faire demi-tour. La fumée est composée de microparticules grises qui causent des problèmes dans le réacteur car les particules sont très chaudes (environ 1400°C) et font fondre les turbines composées de silicates (sels dérivants de la silice SiO2 qui fondent à partir de 1100°C).
Les oiseaux sont aussi des éléments
perturbateurs. Quand un oiseau se fait « avaler » par un réacteur,
l'oiseau entraîne une perte de puissance dans le réacteur voire sa destruction
totale. Pendant le vol en hauteur, si un oiseau de la taille d'une buse percute
le cockpit, la force de la collision est assez élevée pour percer le pare-brise
et entraîner la dépressurisation de la cabine. Les pilotes, blessés ou
incapables de réagir laissant alors l'avion hors de contrôle. Comme vous pouvez le voir ci-dessous.
