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28 octobre 2007 7 28 /10 /octobre /2007 10:58

Matériel : 1 schéma de planeur légendé par élève

Questionnement : Quels sont les différents éléments constitutifs de l’avion ?

Conceptions initiales - Evolution, expériences, recherches documentaires :

v       Les élèves avec l’aide de la visite prévol terminent de remplir un schéma aveugle au crayon

v       Le schéma est éventuellement rectifié à l’aide de l’enseignant

Ø        Quels sont les éléments de la cellule ?

Ø        La voilure

Les ailes assurent la sustentation aérodynamique de l’avion

Ø        Observation des schémas commentés par l’enseignant :

§          (fig. 1) Les parties avant et arrière de l’aile s’appellent bord d’attaque et bord de fuite.

§          (fig. 1) La partie de l’aile qui assure la jonction avec le fuselage s’appelle l’emplanture.

§          (fig. 2) On trouve parfois au niveau de l’emplanture de l’aile un profil aérodynamique (carénage) destiné à optimiser l’écoulement de l’air : le Karman.

§          (fig. 1) L’extrémité de l’aile est constituée d’une forme profilée appelée saumon.

§          (fig. 1) On trouve sur certains avions des dispositifs de bout d’aile appelés pennes (ou winglet en anglais), leur rôle est de réduire la traînée induite (étudié avec l’atterrissage).

§          (fig. 1) Au niveau du bord de fuite, on trouve : le volet et l’aileron :

·         Les volets hypersustentateurs : situés sur la partie la plus proche du fuselage, ils permettent d’augmenter la portance et donc la sustentation de l’avion à basse vitesse

·         Les ailerons : situés sur le bout de l’aile, ils permettent d’incliner l’avion et donc de le faire tourner

¨        Pourquoi place-t-on les ailerons en bout d’aile ?

¨        …

¨        Expérience : projeter une gomme avec une règle Þ meilleure efficacité si on appuie au bout de la règle Þ meilleure efficacité si on place l’aileron en bout d’aile (principe du bras de levier).

§          (fig. 3) On utilise un vocabulaire précis pour décrire la géométrie d’aile par rapport à l’avion :

·         L’envergure : c’est la distance qui sépare les deux extrémités d’ailes

·         La longueur de la corde moyenne : la corde est le segment qui joint le bord d’attaque et le bord de fuite. La corde moyenne est une corde de référence, c’est la largeur moyenne de l’aile

·         L’allongement : c’est le rapport de l’envergure sur la longueur de la corde moyenne ou ce qui revient au même, le rapport du carré de l’envergure sur la surface totale de la voilure (à noter au tableau) :

Allongement =  envergure________________     =    envergure2________
                        Longueur de la corde moyenne          surface totale voilure

¨        Les planeurs ont-ils un faible ou fort allongement ?

¨        …

¨        Leur envergure est très grande pour une faible largeur d’aile, l’allongement est donc maximal

Ø      Quel est l’allongement du planeur Cirrus sachant qu’il a une envergure de 15 m et une largeur moyenne de l’aile de 67,5 cm, soit 0,675 m (surface de la voilure = 15 x 0,675 = 10,12 m2)

Ø      2 calculs possibles :

§          15              = 22,23

0,675

§          152       = 22,22

10,12

·         La charge alaire : c’est le rapport du poids de l’avion sur la surface portante (à noter au tableau) :

Charge alaire  =   Poids total de l'avion
                            Surface portante

Ø       Quelle sera la charge alaire d’un avion pesant 20000 Newtons et ayant une surface alaire de 20 m2 ?

Ø       20000                              =               1000 N / m2

   20

·         (fig. 3) Le dièdre : c’est l’angle que forme le longeron de l’aile avec le plan horizontal, il permet une auto-stabilisation de l’avion en vol à plat (image du nageur écartant les mains puis les levant pour se stabiliser ; revu plus précisément avec la stabilité de vol)

·         L’angle d’incidence de l’aile est l’angle compris entre la corde de profil de l’aile et la trajectoire de l’avion

Ø        La structure de l’aile

(fig. 4) La rigidité de l’aile est assurée par un ou deux longerons (ils encaissent les efforts de flexion). Ils sont la colonne vertébrale de l’aile. Les nervures sont assimilées aux côtes, elles sont renforcées par des entretoises.

Les matériaux utilisés sont de trois types :

·          le métal, utilisé couramment sur les avions actuels

·          le bois (bouleau, hêtre et sapin couramment utilisés) et la toile (coton, polyester et lin couramment utilisés), utilisés sur les avions de conception ancienne

·          les matériaux composites (alliant généralement la fibre de verre ou de carbone, le Kevlar et des résines synthétiques), dont l’utilisation n’est pas encore généralisée.

(fig. 5) L’espace libre laissé entre les nervures est souvent utilisé pour loger les réservoirs de carburant. Cela permet à la fois d’utiliser un espace libre et de diminuer l’effort de flexion à l’emplanture de l’aile (prendre une règle pour expliquer).

Ø        On trouve plusieurs types d’aile, suivant l’utilisation de l’avion (V. fiche 6) :

§          aile rectangulaire

§          aile delta

§          aile de flèche (la flèche inversée augmente la stabilité de l’avion)

§          aile elliptique

§          aile trapézoïdale

Quelle est la forme d’aile du Robin DR 400 ? trapézoïdale

Ø        L’aile peut être en position (V. fiche 7) :

§          Haute

§          Basse

§          Médiane

Quelle est la position de l’aile du Robin DR 400 ? basse

Ø        Le fuselage

Le fuselage peut avoir plusieurs formes selon son utilisation et son mode de construction (fig. 8) :

§          Circulaire

§          Elliptique

§          Carré

§          Hybride

C’est un caisson dont la rigidité est assurée par deux types de construction (fig. 9, 10 et 11) :

§          En treillis

Les éléments sont en tubes creux assemblés par soudure. Les éléments longitudinaux sont appelés longerons, les renforts transversaux sont appelés traverses.

Le revêtement est de la toile, celui-ci ne participe pas à la résistance de la cellule mais assure un meilleur écoulement aérodynamique.

§          Structure monocoque

Lorsque la structure est dite monocoque, le revêtement (tôle d’aluminium ou contreplaqué) participe à la transmission des efforts. Ce revêtement est alors qualifié de travaillant. Celui-ci est fixé sur des cadres (ou couples), ou cloisons verticales par collage, rivetage ou vissage.

Afin de pouvoir affiner le revêtement, tout en assurant la transmission des efforts, la construction semi-monocoque est utilisée. Des longerons sont fixés sur les cadres. Lorsque l’espacement entre longerons est important, des lisses, intercalées entre eux, permettent d’assurer un bon maintien du revêtement.

Ø        Les empennages

§          (fig. 12) A l’arrière de l’empennage vertical ou dérive, se trouve la gouverne de direction qui permet le vol symétrique de l’avion dans le vent relatif. L’écoulement des filets d’air se fait symétriquement de part et d’autre du fuselage (image d’un bateau qui naviguerait sans dérive Þ il ne tiendrait pas son cap et dériverait avec le vent).

§          (fig. 12) A l’arrière de l’empennage horizontal, se trouve la gouverne de profondeur qui permet de faire monter et descendre l’avion.

·         (fig. 13) Qu’avez-vous remarqué sur le Robin ?

·         La gouverne de profondeur est confondue avec l’empennage horizontal

·         On dit que c’est un empennage monobloc

(fig. 14) Les empennages sont généralement placés à l’arrière du fuselage, parfois l’empennage horizontal est placé à l’avant,  c’est la configuration dite « canard ».

(fig. 15) Sur l’empennage en V, les gouvernes de direction et de profondeur sont combinées.

(fig. 16 et 17) Il existe également les empennages en T et cruciforme.

Ø        Le train d’atterrissage

Son rôle est de permettre les déplacements de l’avion au sol et d’amortir les efforts subis lors de la prise de contact avec la piste au moment de l’atterrissage.

Il existe deux types de train : tricycle ou classique, dans les deux cas il peut être fixe ou rentrant (les trains classiques et rentrants nécessitent des qualifications supplémentaires).

§          Quels sont selon vous les avantages et inconvénients des deux trains ?

§          …

§          Le train tricycle (fig. 18) :

Il comprend un atterrisseur principal et une roulette de nez qui permet une conduite aisée de l’avion au sol. La roulette de nez est commandée par les palonniers, commande mue par les pieds du pilote et non par le manche. Au sol, on conduit donc l’avion avec les pieds. Par rapport au train classique, il offre une meilleure visibilité et stabilité au roulage.

Le train classique (fig. 19) :

Il est composé d’un atterrisseur principal disposé sous la voilure ou sous le fuselage, ainsi que d’une roulette de queue orientable au palonnier, qui permet de diriger l’avion au sol.

Les freins du train d’atterrissage :

Ils sont disposés sur le train principal. La commande de frein est actionnée par le haut des palonniers ou par une poignée sur le tableau de bord. Dans le cas d’une commande aux palonniers, la pédale de droite commande le frein de la roue droite, et la pédale de gauche commande le frein de la roue gauche.

(fig. 20 et 21) L’utilisation d’hydravions ou d’avions sur skis requiert la détention de qualifications spéciales.

La cellule de l’avion comprend donc tout l’avion sauf les équipements et propulseurs.

v       Brevets, licences et qualifications aéronautiques (fiche 22)

v       Construction et entretien des aéronefs (fiche 22)

Travail à la maison : Initiation à l’aéronautique pp 37-60, pp 12-13, p 15


QCM 4 Prévol : structure d’un avion questions 1 à 20
QCM 4 Prévol : structure d'un avion questions 21 à 41

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Published by Borgne - dans Cours
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