Le Fuselage

I) Le fuselage :

A. Les matériaux de la carcasse d’avion

 

 Avant de commencer, il faut savoir qu’au début de l’aviation les avions étaient conçus entièrement en bois, pour ensuite évoluer lentement vers une structure en aluminium pour réduire le poids (dans les années de 1920 à 1935). Comme le DOUGLAS DC2 en 1933 par exemple.

 

 

 Dans les années 1940, l’aérodynamisme connaît une grande expansion c’est pourquoi l’aluminium devient de plus en plus utilisé. Ensuite, avec l’apparition des nouveaux types de moteurs à réactions qui sont soumis à des températures bien plus élevées que ce que l’on connaissait auparavant on observe l’apparition d’un nouveau matériau : le titane. Celui-ci remplacera les alliages d’aluminium dans certaines parties de l’avion comme les moteurs ou les trains d’atterrissages (sa première utilisation fût dans le DOUGLAS DC7 en 1957). Mais dans les années 70, malgré la dominance de l’aluminium, d’autres matériaux sont utilisées dans les parties secondaires de l’avion pour l’alléger comme le plastique ou les fibres de carbone par exemple

Quels matériaux pour quelles parties de l'avion ?

1) L'aile

Les ailes supportent les forces qui permettent de maintenir l'avion en vol. Sous leurs effets, les ailes ont tendance à se courber vers le haut. C’est pourquoi, la partie supérieure de l'aile est chargée en compression, tandis que la partie inférieure est chargée en décompression. Mais elle doit également supporter des efforts de torsions. On utilise donc pour la partie supérieure un alliage d'Aluminium pour ses bonnes aptitudes en compression et en stabilité. On utilise pour la partie inférieure, un autre alliage d'Aluminium plus tolérant à la fatigue et aux dommages. Les bords d'attaque, les bords de fuite et les volets des ailes, sont eux en matériaux composites.
   2) Le fuselage

La structure du fuselage est étudiée par les constructeurs de façon à répondre à de nombreuses exigences techniques car il est soumis à de multiples efforts comme :

  •  les efforts de flexions (verticaux et horizontaux) 
  •  les efforts de torsions 
  •  les efforts de résistance à la pressurisation 
  • les efforts localisés (impact à l’atterrissage)
 Au début, le fuselage était constitué de l’alliage aluminium-cuivre qui a longtemps été utilisé (cela permettait également de canaliser les impacts dus à la foudre). Mais maintenant il a été remplacé par d’autres alliages plus résistants toujours à base l’aluminium ou alors de Kevlar (mais qui coûte beaucoup plus cher). Cependant dans le futur on utilisera plutôt un matériau comme le Glare qui devrait apparaître bientôt sur le fuselage du futur A380 ; c’est un matériau composé d’aluminium et de composites ultra résistant et très léger.


3) Les réacteurs

  Les moteurs aéronautiques doivent présenter un rendement thermodynamique élevé, pour une masse du moteur la plus réduite possible. C'est-à-dire qu’il faut que les moteurs doivent être très puissants tout en étant relativement petits, on doit donc faire appel à des matériaux de pointe pour leur réalisation. Pour optimiser le rendement on est amené à augmenter la température des gaz issus de la combustion, la température des matériaux qui composent le moteur augmente donc énormément. Il faut donc choisir des matériaux résistants à la chaleur. Mais la nécessité de réduire la masse conduit également les concepteurs vers des matériaux dont la densité est aussi faible que possible.

- Le choix des matériaux s'est donc orienté vers :

  1. Des alliages à hautes performances pour les pièces métalliques tournantes qui interagissent avec les gaz (avant ou après la chambre de combustion) : les superalliages à base de nickel, poly-cristallins pour les disques faire un lien pour les disques et monocristallins pour les aubes.
  2. Des alliages nouveaux à faibles densités, mais très réfractaires pour des pièces de carter par exemple : les composés intermétalliques.
  3. Et des matériaux composites.

 

 

4) Les hublots et le train d'atterrissage

- Les hublots sont composés de deux fenêtres accolées, la fenêtre interne est constituée de polymère (sorte de plastique) et la partie intérieure est composée de verre minéral (c’est-à-dire qu’elle est très résistante).

 - Le train d’atterrissage est, quant à lui essentiellement en titane.

B. La forme du Fuselage 

Le fuselage désigne l'enveloppe d'un avion qui reçoit généralement la charge transportée, ainsi que l'équipage. Le fuselage d'un avion supporte la voilure, l'empennage (pour la stabilité).

La forme d'un fuselage est étudiée pour réduire sa traînée aérodynamique, d'où son nom, issu du verbe fuseler qui signifie littéralement rendre étroit. Sa forme suit donc les règles de l'aérodynamique, sauf pour anciens avions, et pour les hydravions qui possèdent un dessous de fuselage en forme de coque planante pour se poser sur l'eau.

  • Certains avions légers, ulm ou autogyres, ont une structure longitudinale non fuselée, une poutre ou un treillis.

  • Certains avions ne possèdent aucun fuselage, ou un fuselage peu différencié de l'aile. Les ailes volantes, - comme le B-2 Spirit par exemple, sont des avions constitués uniquement par une aile, supportant elle-même les gouvernes, les moteurs, le cockpit. 



  • Il existe des appareils à deux fuselages parallèles identiques : Savoia-Marchetti S-55 (1925), le Twin Mustang.


  • Il existe des appareils à trois fuselages parallèles (les deux fuselages latéraux étant différents du fuselage central) : P38 lightning. 


  • Enfin, certaines rares machines comme le Vought XF5U "Flying Pancake" ne comportent qu'un fuselage sans ailes; la portance est assurée par la forme du fuselage (qui est une aile de très faible allongement). 

 (Les hélicoptères possèdent généralement un fuselage partiel dont l'arrière est une poutre ou une structure en treillis.)

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