Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Cet article résume et illustre - par un exemple typique – les principes qui fondent le dimensionnement des panneaux de caisson de voilure d’un avion de transport civil. Partant des charges de flexion et effort tranchant en vol, les méthodes de prédimensionnement des panneaux intrados, extrados et longerons sont abordées selon les critères de résistance statique et de stabilité. La démarche ainsi présentée peut s’appliquer à une grande variété de structures légères certifiées.
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This article summarizes and illustrates - by a typical example - the principles underlying the sizing of the wing box panels of a civil transport aircraft. Considering the major bending and shear loads in flight, the predimensioning methods of the upper-surface, lower surface and spar panels are discussed, according to the criteria of static resistance and stability. This approach can extend to a wide variety of certified lightweight structures.
Auteur(s)
-
Yves GOURINAT : Professeur de mécanique des structures Institut supérieur de l’aéronautique et de l’espace (ISAE-SUPAERO), Toulouse, France
INTRODUCTION
Depuis plus d’un demi-siècle, les structures d’avions de transport sont essentiellement à revêtement travaillant et constituent même des coques autoporteuses. Ce constat vaut bien évidemment pour le caisson principal de voilure, qui constitue l’élément porteur de l’aile. Ce caisson est schématiquement constitué d’un longeron avant – sur lequel s’appuient les surfaces aérodynamiques du bord d’attaque, lesquelles sont le plus souvent mobiles –, d’un longeron arrière – support des volets et ailerons –, reliés par les panneaux extrados et intrados. Ces deux derniers panneaux – courbes – constituent à la fois les semelles supérieures et inférieures du caisson de voilure et les surfaces aérodynamiques qui génèrent l’essentiel de la portance de l’aile.
En plus de son rôle structural et aérodynamique majeur, le caisson assume, de par son volume, la fonction de réservoir principal de carburant. Cette caractéristique volumique, issue de l’épaisseur structurale et aérodynamique de l’aile, est porteuse d’avenir pour les architectures futures comme l’aile volante, la place disponible pouvant alors être utilisée pour la charge utile.
Concernant le dimensionnement structural du caisson principal de voilure, plusieurs spécifications, issues de la réglementation, sont à considérer. Le présent article est centré sur les coques tant pour ce qui est de l’épaisseur de peau (critère de tenue structurale) que de la stabilité (technologie de raidissement). Les éléments annexes internes (bielles, nervures, traverses) ne sont pas explicitement retenus, considérant qu’ils sont ajoutés uniquement pour que la coque porteuse puisse précisément assumer sa fonction structurale.
L’objectif de cet article est donc de résumer les méthodes de prédimensionnement d’un caisson de voilure, en s’appuyant sur un exemple typique d’avion de transport civil. Partant des charges en vol – la référence étant le facteur de charge limite (CL) – les panneaux sont abordés les uns après les autres pour parvenir à un dimensionnement à l’emplanture (section critique) très proche de l’optimal.
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KEYWORDS
certification | wing design | structural strength | wing panel | local buckling
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Conclusion
En anglais
2. Critères de dimensionnement à l’emplanture
2.1 Panneau intrados
2.1.1 Contraintes admissibles – principes de dimensionnement
Rappelons que dans une membrane, le flux (effort interne par unité de largeur) est aussi le produit de la contrainte par l’épaisseur (NYY = σYYe peau, TYZ = τYZe longeron). Ainsi, les contraintes appliquées en zone courante – hors raccordements – dans les différents panneaux sont :
-
dans le panneau intrados :
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-
dans le panneau extrados :
![]()
-
dans chaque panneau longeron :
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Il faut maintenant comparer ces contraintes aux contraintes admissibles par le matériau.
La peau intrados travaillant en tension est stable, donc non sensible au flambage. Elle sera donc dimensionnée en contrainte. De plus, comme la sollicitation de flexion induit en zone courante une contrainte uniaxiale de tension, la question du critère à utiliser (critère ductile ou fragile) ne se pose pas réellement puisque l’on pourra directement comparer la contrainte structurale appliquée à la contrainte admissible par le matériau en traction.
Au sens strict des contraintes, il en est de même pour le panneau extrados (lui aussi de type semelle) qui travaille en compression en zone courante, donc également en contrainte uniaxiale. Il faudra par contre vérifier ensuite la stabilité en flambage local et général.
Pour les peaux de longerons, cisaillées en zone courante, le plus simple est de comparer directement à la contrainte admissible du matériau en cisaillement.
Pour fixer les idées, nous considèrerons...
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Critères de dimensionnement à l’emplanture
BIBLIOGRAPHIE
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Documents de certification CS 25 et FAR 25 http://easa.europa.eu/document-library/certification-specifications http://www.ecfr.gov/cgi-bin/text-idx?c=ecfr&sid=be6ffa6d87343c75e7d49e911c95ab06&rgn=div5&view=text&node=14 :1.0.1.3.11&idno=14
HAUT DE PAGE
Association aéronautique et astronautique de France (3AF) http://www.3af.fr/events
Académie de l’air et de l’espace (AAE) http://www.academie-air-espace.com/event/newList.php
Royal Aeronautical Society http://aerosociety.com/Events
Council of European Aerospace Societies (CEAS) http://www.ceas.org/calendar.php
American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA) https://www.aiaa.org/EventsLanding.aspx?id=79
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