Module 13: Maintenance d'aéronefs

• Module 13 concerne l'aérodynamique, les structures et les systèmes des aéronefs.
• Le sous-module 13-1 traite de la théorie du vol.
• Les sous-modules spécifiques sont a) l'aérodynamique des avions et commandes de vol, et b) l'aérodynamique des voilures tournantes.
• Ce module est de niveau B2.
• La catégorie B2 comprend 188 questions à choix multiple sans questions à développement, avec un temps alloué de 235 minutes.

Niveaux de connaissance

• Les niveaux de connaissance pour les licences de maintenance d'aéronefs de catégorie A, B1, B2, B3 et C sont définis.
• Les connaissances de base pour les catégories A, B1, B2 et B3 sont indiquées par des niveaux (1, 2 ou 3).
• Les candidats de catégorie C doivent satisfaire aux niveaux de connaissances de base des catégories B1 ou B2.
• Niveau 1: Familiarisation avec les éléments principaux, description simple du sujet avec des mots communs et termes typiques.
• Niveau 2: Connaissance générale théorique et pratique, capacité à appliquer cette connaissance, utiliser des formules mathématiques, lire des schémas, appliquer les connaissances avec des procédures détaillées.
• Niveau 3: Connaissance détaillée théorique et pratique, combiner et appliquer logiquement les éléments, connaître la théorie et les relations, utiliser les formules mathématiques, préparer des schémas, appliquer les connaissances avec les instructions du constructeur, et interpréter les résultats.

Principe de fonctionnement

• Les mouvements de l'avion autour des axes de référence sont provoqués par des surfaces aérodynamiques appelées gouvernes.
• La gouverne braquée modifie la courbure de l'aile, créant une surpression d'un côté et une dépression de l'autre.
• La force aérodynamique due au braquage de la gouverne provoque un moment de rotation par rapport au centre de gravité de l'avion.

La direction

• La gouverne de direction fait tourner l'avion autour de l'axe de lacet.
• L'action sur la pédale de droite du palonnier braque la gouverne de direction à droite, créant un moment de lacet qui oriente le nez de l'avion à droite.
• En virage, l'avion subit la force centrifuge causant un dérapage, il faut incliner l'avion vers l'intérieur du virage autour de l'axe de roulis.

Le gauchissement

• Les gouvernes de gauchissement (ailerons) font tourner l'avion autour de l'axe de roulis.
• Pour incliner l'avion à droite, l'aileron droit se lève (diminuant la portance) et l'aileron gauche se baisse (augmentant la portance).
• Les spoilers peuvent aussi servir de gouvernes de gauchissement, détruisant la portance du côté où l'on veut s'incliner.

Phénomène de lacet inverse

• Le braquage des ailerons fait varier la portance et la traînée de l'aile.
• La traînée est dissymétrique car l'aileron baissé crée plus de traînée que l'aileron levé ce qui freine une aile, l'avion tourne autour de l'axe de lacet du côté de cette aile.
• Ce mouvement de lacet s'appelle le lacet inverse.
• Pour corriger ce phénomène il existe l'aileron à débattement différentiel et l'aileron à efficacité différentielle.

Aileron à débattement différentiel

• Le débattement différentiel est obtenu en modifiant le point neutre du secteur.

Aileron à efficacité différentielle

• A) Axe déporté: On décale le point d'articulation de la gouverne sur l'extrados, maximisant la surface au vent relatif lors du braquage vers le haut, et masquant une partie lors du braquage vers le bas.
• B) Aileron frize: sur profils d'aile minces d'avions rapides; un bec déborde lors du braquage vers le haut ajoutant une traînée qui compense la différence initiale entre les ailes. Les débattements haut et bas sont identiques.

La profondeur

• La gouverne de profondeur fait tourner l'avion autour de l'axe de tangage.
• Tirer le manche cabre l'avion.
• Pousser le manche pique l'avion.

Solutions contre la perte d'efficacité des ailerons

• Des générateurs de tourbillons (vortex generators) sont constitués de petites cornières fixées sur l'extrados de l'aile près du bord de fuite.
• Ils créent un petit tourbillon marginal qui augmente l'énergie et la vitesse dans la couche limite, réduisant les risques de décollements, une dizaine suffit.

L'équilibrage des gouvernes

• L'équilibrage statique évite le battement en vol, avec le centre de gravité de la gouverne coïncidant avec son axe d'articulation, souvent réalisé par un contrepoids.
• L'équilibrage dynamique est l'équilibrage statique de toutes les sections.

La compensation aérodynamique

• Le braquage d'une gouverne crée un moment de charnière (F x L) qui doit être compensé par la commande du pilote.
• Le moment de charnière est fonction de la surface de la gouverne, l'angle de braquage, et la vitesse de vol.
• Les compensateurs d'évolution (Flettners ou tabs) diminuent les efforts requis.
• Ces compensateurs assistent le braquage des gouvernes lors du déplacement des commandes par l'usager et sont liés au fonctionnement de la gouverne qu'ils influencent
• La compensation d'évolution ne soit pas être totale, car l'usager doit ressentir les effets pour conserver la précision.
• Le tab à ressort assiste également la gouverne

Mode d'action du tab

• Lorsque la gouverne est braquée, le tab se braque en sens inverse.
• Un tab en V avec un ressort permet de diminuer l'effort en fonction de la vitesse
• L'anti-tab se braque dans le même sens que la gouverne pour augmenter les moments de charnière, utilisé sur les avions légers à gouvernes monoblocs.

Compensateurs de régime (Trim)

• Les compensateurs de régime aident à maintenir un effort nul dans la commande pour différentes conditions de vol, contrant le moment de charnière.
• Les compensateurs de régime servent de secours en cas d'avarie.

Réalisations des compensateurs de régime

• Lame correctrice: une lame fixée sur le bord de fuite de la gouverne, pliée selon le besoin, compense un défaut permanent de l'avion
• Tab ajustable: Amélioration du système précédent, le réglage s'effectue au sol.
• Tab commandé ou Trim-tab: Le braquage est commandé par une roulette.
• NOTA: L'axe du tambour récepteur qui constitue l'entrée du vérin à vis est aligné avec l'axe d'articulation gouverne. Le débattement gouverne est sans effet sur le Trim-tab
• Le pilote agit sur la commande poste jusqu'à ce que le défaut soit corrigé

Inconvénient du trim-tab

• Le trim-tab déplace le neutre de la gouverne, réduisant le débattement dans un sens et l'augmentant dans l'autre.
• On remplace parfois le trim-tab par un plan horizontal réglable qui ne diminue pas l'efficacité d'évolution des gouvernes.

L'hypersustentation

• Les avions civils et militaires doivent avoir une grande vitesse à l'altitude d'utilisation, mais aussi une faible vitesse d'atterrissage.
• Les dispositifs hypersustentateurs diminuent la vitesse d'atterrissage et de décollage.
• La distance nécessaire au décollage ou à l'atterrissage est égale à L = V²/2γ (V étant la vitesse de décollage ou d'atterrissage, L la distance nécessaire, et γ l'accélération ou la décélération.)
• Il est possible de diminuer la vitesse par les procédés suivants: augmenter S ou Cz

Comment réduire la vitesse ?

• Augmenter la surface de l'aile via une envergure et de profondeur.
• Augmenter le coefficient de sustentation Cz.

Effet de fente

• Crée une circulation spéciale qui améliore l'écoulement de l'air à grands angles d'attaque, augmentant le Cz.
• Il existe les fentes fixes, les fentes automatiques, et les fentes commandées
• Les dispositifs fixes augmentent la traînée même quand on n'a pas besoin d'un fort Cz; d'où l'intérêt des dispositifs amovibles.

Volet de bord d'attaque à fente

• Le bec en s'ouvrant détermine un convergent.
• Cela provoque une accélération de l'écoulement de l'air du côté de l'extrados, cette énergie cinétique va se transmettre à la couche limite, ce qui repoussera le point de décollement.
• Le guidage est assuré par trois ou quatre rails.
• Volet à cambrure variable: Le volet étant cambré, il augmente le rayon du bord d'attaque et prolonge la courbure du profil, cela produira le même effet de fente que le bec de
• Volets à cambrure variable B747: possède 20 volets à cambrure variable qui peuvent prendre la position « rentré » ou << sortie >>.
• Chaque ensemble de 4 volets est équipé d'un moteur pneumatique (fonctionnement normal) et d'un moteur électrique (fonctionnement de secours) qui actionnent les volets par l'intermédiaire d'arbres et de réducteurs.

Dispositifs à déformation du profil

• Les profils creux ont des Cz élevés, mais leurs Cx trop grands pour le vol normal.
• L'emploi d'une aile flexible est à rejeter.
• La déformation du profil peut être assurée par dispositifs mécaniques: de bord de fuite ou bord d'attaque
• Les bords de fuite peuvent être des volets de courbure ordinaires, à fentes ou multiples, ou volets d'intrados ordinaires, volets ZAP volets FOWLER:

Volet de courbure ordinaire

• En accentuant la courbure du profil initial avec un braquage vers le bas, engendre vers l'arrière un effet de succion qui améliore la sustentation.

Le volet de courbure à fente

• Il accroît la variation de Cz due au braquage et par l'effet de fente.

Les volets multiples

• Les volets multiples réalisent une sorte d'aile à fentes multiples augmentant la surface, Le Cz maxi peut augmenter de 100 % (volets rentrés).

Les volets d'intrados

• Le volet de courbure simple peut nuire la sustentation car altère l'extrados. Le volet d'intrados est fréquemment utilisé
• Volet ZAP: La remonte la charnière pendant qu'il se braque:
• Volet FOWLER: Il s'écarte, se recule et se braque combinant les effets de courbure, d'accroissement de surface et de fente.

Dispositifs de bord d'attaque

• La déformation du bord d'attaque peut être obtenue, soit par un bec pivotant ou des dispositifs pneumatiques
• Tous dispositifs agissant, par changement de courbure de la ligne moyenne, ou par modification de la forme avant, produisent augmentation du Cz maximum et de l'incidence de Cz maximum.
• Volet bord d'attaque (TYPE KRUGER): Les volets de type KRUGER augmentent la surface (Airbus A 320, Boeing 707).
• Bord d'attaque basculant: Le basculement du bord d'attaque est commandé, ou bascule automatiquement vers l'intrados en fonction de l'incidence (bec de combat MIRAGE F1)
• Aile Handley Page: combinaison de la fente de bord d'attaque avec le volet de courbure à fente. La commande s'effectue simultanément.

Les spoilers

• Un spoiler est une surface se braquant à l'extrados de la voilure.
• Un braquage symétrique sur les deux voilures permet utilisation comme aérofreins ou hypersustentateurs.
• Ils augmentent le coefficient de traînée Cx et diminuent le coefficient de portance Cz.
• Ils peuvent également constituer une gouverne de gauchissement par braquage dissymétrique et progressif.
• Les spoilers pallient une éventuelle baisse d'efficacité des ailerons à grande vitesse.

Rôle des spoilers

• Le braquage des ailerons à grande vitesse peut provoquer une torsion des demi-ailes, induisant une variation d'incidence donc de portance inverse à celle produite par l'aileron.
• Le spoiler n'entraîne aucune torsion de l'aile

Les aérofreins

• Leur fonction est d'augmenter Cx sans modifier Cz.
• Ils servent à limiter une vitesse trop forte en piqué, ou à diminuer la longueur de roulage après l'atterrissage.
• Ils sont situés sur une partie de l'avion telle que leur sortie ne modifie pas l'assiette de vol, sur le fuselage ou la voilure.
• La partie arrière du profil est composée de deux volets dont l'un se braque vers le haut et l'autre vers le bas.
• Ils sont constitués de panneaux de caisson rigides et ajourés. il se produit une forte dépression accompagnée de turbulence au bord de fuite
• Frein aérodynamique d'extrados: Utilisé sur les planeurs, un petit volet encastré dans l'extrados, avec un système de charnière pour le placer perpendiculairement au vent relatif. Cela diminue la finesse Cz/Cx.
• Frein aérodynamique d'intrados et extrados: crée des perturbations à la fois sur l'extrados et sur l'intrados, augmentant la traînée. Adopté pour freiner le piqué sur certains avions rapides.
• Volet double de bord de fuite: La partie arrière du profil est composée de deux volets dont l'un se braque vers le haut et l'autre vers le bas.
• Une forte dépression accompagnée d'une turbulence importante prend naissance au bord de fuite. Le montage de ces volets sur les empennages présente l'avantage de rejeter vers l'arrière la zone turbulente et d'éviter ainsi le risque d'inefficacité des gouvernes placées dans le remous créé par un dispositif d'aile.

Terminologie

• Il existe beaucoup de termes liés aux voilures tournantes.
• Il faut se familiariser avec ces termes pour comprendre le fonctionnement de ces systèmes.

Vue d'ensemble

• Rotor principal: Moyeu, Mât Pale du rotor principal
• Fenestron
• Rotor anti-couple
• Poutre de queue
• Boîte de transmission principale
• Ski
• Cabine
• Cockpit

Rotor principal

• La voilure des hélicoptères (voilure tournante), généralement composé de pales formant une hélice dont l'axe vertical.
• Il assure: la sustentation, le vol en translation et le contrôle d'attitude.
• Les pales du rotor principal sont entraînées par le moteur via la BTP (Boite de Transmission Principale)

Rotor de queue ou anti-couple (RAC)

• La rotation du rotor principal entraîne un couple de réaction.
• Un rotor secondaire place à l'extrémité de la poutre de queue permet de contrer cet effet.
• Le rotor anti-couple sera situé d'un côté ou de l'autre de la poutre de queue, ou bien son souffle sera dirigé dans un sens ou dans l'autre, s'il est encastré dans un fenestron.

La boite de transmission principale

• Transmet la puissance du moteur au rotor principal, ainsi qu'au Rotor Anti-Couple.
• Réduction de vitesse, alimentation des accessoires, renvoi d'angle

Fonctionnement et effet des commandes

• En vol, un hélicoptère est soumis à 3 forces :
• Son poids P, appliqué au centre de gravité G.
• La traînée générale de l'appareil Fx, provoquée en vol de translation par la résistance de l'air sur la structure.
• La portance FN appliquée au centre du rotor et perpendiculaire au plan de rotation.

Equilibre de l'hélicoptère en vol

• Il faut que la résultante R du poids P et de la traînée Fx soit égale et opposée à la portance FN.
• Si l'hélicoptère est immobile (vol stationnaire qu'en translation), il reste immobile.
• Si l'hélicoptère est en mouvement (vol de translations) sa vitesse est Constante et sa trajectoire rectiligne.

Commandes de vol

• Les commandes de vol permettent la manœuvre de l'appareil sur les trois axes:
• Tangage: L'action est réalisée grâce au manche cyclique
• Roulis: L'action est réalisée grâce au mache cyclique
• Lacet: L'action est réalisée grâce au palonnier
• Pour le déplacement horizontal il faut incliner le plan rotor
• Pour le déplacement vertical il faut Faire varier le pas des pales du rotor principal
• Pour le déplacement autour de l'axe vertical (lacet) il faut Faire varier le pas des pales du rotor arrière
• Donc, Le pilote utilise le : levier de pas collectif (main gauche), Manche cyclique (main droite), un ensemble de palonniers (les pieds)
• Le pas cyclique est une variation sinusoïdale du pas des pales, donc cela permet à ce dernier d'incliner le plan de rotation rotor. Ce qui a donc pour but d'incliner la force de portance dans cette même direction, ce qui permet le déplacement de l'hélicoptère. Le pilote peut donc agir sur l'inclinaison de ce plateau cyclique grâce au manche cyclique.
• Déplacement du manche en longitudinal = tangage de l'appareil.
• Déplacement du manche en latéral = roulis de l'appareil.
• Le seul moyen permettant de mettre l'appareil en translation est donc de basculer le rotor dans la direction donnée
• Variation du pas de chaque pale de manière identique et constante sur un tour afin de créer une force résultante suivant l'axe du rotor est le collectif.
• Sur les appareils à moteur à pistons la commande est réalisée grâce à une poignée tournante en bout de levier de pas général, Sur les appareils à turbomoteur cette commande est automatique (régulateur de débit carburant)..

Le palonnier

• Commande double agissant sur le pas général du rotor anti couple.
• Le pilote peut ainsi obtenir des changements de direction en compensant les variations de couple moteur.

Ce module couvre l'aérodynamique et les principes de vol essentiels à la maintenance des aéronefs. Il aborde des sujets tels que la portance, la traînée et les performances de vol. Comprendre ces concepts est crucial pour les techniciens de maintenance.