Où est la quille de l'avion ? Quille d'avion : conception

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

Même une personne qui n'a jamais vu la mer connaît probablement le mot d'adieu: "Sept pieds sous la quille". Et il n'y a pas de questions ici. La quille d'un navire est la partie structurelle la plus importante sur laquelle de nombreuses parties de sa coque sont fixées. Mais est-ce que quelqu'un sait où se trouve la quille de l'avion et à quoi elle sert ?

Qu'est-ce que c'est ?

C'est "l'organe" de la stabilité, qui permet de maintenir l'avion sur une trajectoire donnée. Contrairement aux navires, la quille d'un avion fait partie intégrante de la dérive verticale. Au bas du fuselage, il n'y a pas de quille pour les avions ! Mais il y a une subtilité. Le fait est que cette partie est étroitement liée aux éléments de puissance du fuselage et qu'il y a donc encore quelque chose en commun en termes de mer et d'air. Où est donc la quille de l'avion ? En termes simples, il s'agit de la partie verticale de la queue.

Il est placé immobile, fixé en trois points, symétrique à l'axe de l'avion. En apparence, ce détail a la forme d'un trapèze idéal. En règle générale, la quille d'un avion est constituée de longerons, de nervures et de revêtement. Ce schéma est classique, peu modifiédepuis l'apparition du premier avion. Le longeron avant est placé obliquement (en règle générale).

Mise en page

Le plus souvent, la quille est simple, mais dans certains cas elle est doublée voire triple (sur les bombardiers à hélices). Dans ce dernier cas, cela est nécessaire pour assurer une stabilité directionnelle élevée de la machine lourde. Soit dit en passant, tous les avions sont divisés en trois types en fonction de l'emplacement de la quille:

• Construit dans un modèle normal. Telle est, par exemple, la quille de l'A321.
• "Ducks", c'est-à-dire les avions dans lesquels la queue horizontale de la quille est située devant les ailes.
• "Sans queue". De la quille, il ne reste que l'empennage vertical, les ailerons horizontaux sont totalement absents.

Bien sûr, ces deux dernières variétés sont plus caractéristiques de la "communauté" des avions militaires, car un tel placement de la quille est nécessaire pour donner à l'avion une maniabilité particulièrement élevée.

Dans certains cas, des conceptions encore plus complexes sont utilisées. Par exemple, les crêtes sous-quilles (ce sont aussi des quilles ventrales). Ils sont utilisés sur certains avions supersoniques où le maintien d'une stabilité parfaite pendant le vol est vital. Ainsi, sous la quille de l'avion (c'est là, nous l'avons déjà découvert) il y a un afflux supplémentaire et massif. Une situation plus courante est lorsque le plumage horizontal de la queue doit généralement être transféré tout en haut de la quille. Cela se produit si les moteurs sont installés à l'arrière de l'avion. Un tel diagramme peut être vu, par exemple, dansavion cargo-passager domestique "Il".

À quoi ça sert ?

Comme vous le savez, le temps calme est une rareté incroyable qui ne se produit pas plus de deux fois par an. Dans la plupart des cas, il y a du vent, et sa force et sa direction peuvent varier considérablement. Lorsqu'un avion vole, des rafales de vent peuvent grandement affecter la direction et le cap. L'aéronef doit être conçu pour revenir par lui-même à une position stable. Ce n'est que dans ce cas qu'un vol en toute sécurité est possible.

Objectif principal

La règle principale pour concevoir une quille est de la placer de manière à ce qu'elle ne tombe en aucun cas dans le sillage de l'aile. Sinon, une violation brutale de la stabilité directionnelle est possible et, dans les situations les plus graves, une déformation physique et la destruction de l'ensemble de la queue. Ainsi, le but principal de la quille est de maintenir la stabilité directionnelle.

La conception de nombreux avions est telle que cette partie est mobile. En ajustant le débattement de la quille, l'équipage contrôle la direction du cap. L'exception concerne les avions militaires, sur lesquels les moteurs à vecteur de poussée contrôlé sont chargés de changer la direction du vol. Dans leur cas, faire une quille mobile de l'avion (il y en a une photo dans l'article) est stupide, car les surcharges lors des manœuvres sont telles qu'il va tout simplement s'effondrer.

Quel type de stabilité la quille offre-t-elle ?

Il existe trois types de stabilité, pour lesquels la quille est incluse dans la conception de l'avion:

• Piste.
• Longitudinal.
• Transversal.

Traité avec toutes ces variétés plus en détail. Donc stabilité directionnelle. Il convient de rappeler qu'en cas de perte de stabilité longitudinale du fuselage en vol, l'aéronef continuera à voler vers l'avant pendant un certain temps en raison de la force d'inertie. Après cela, le flux d'air commence à se diriger vers l'arrière de l'avion, qui se trouve derrière le centre de gravité. La quille dans ce cas empêche l'apparition d'une force de rotation qui force l'avion à tourner autour de son axe.

Stabilité longitudinale. Supposons que l'aéronef vole en mode normal, le centre de gravité coïncide avec le centre d'application de la pression sur son fuselage. A ce moment, des forces multidirectionnelles agissent également sur son fuselage, qui tendent à déployer le fuselage de l'aéronef. La portance et la gravité agissent simultanément. La quille de l'avion (vous verrez une photo de cette pièce dans l'article) assure l'équilibre, qui dans ce cas particulier est très instable. Le vol normal sans queue, quille et stabilisateurs est impossible.

Autre développement durable

Stabilité au cisaillement. En général, ce facteur est une suite logique de la propriété précédente. Lorsque des forces multidirectionnelles agissent sur la voilure et les stabilisateurs latéraux de la quille, elles "tentent" de renverser l'avion. La forme des ailes contrecarre cela: si vous les regardez de loin, elles ressemblent à la lettre « U » avec des « cornes » supérieures fortement séparées. Ce formulaire permet une autocorrection de la positionavions dans l'espace. La quille aide à maintenir la stabilité latérale.

Notez que les avions à ailes en flèche n'ont pas autant besoin d'une quille… à grande vitesse. S'il tombe, la croissance des forces de contre-action se produit de manière exponentielle. Par conséquent, pour ces machines, la quille la plus durable et la plus légère est très importante, car elle peut résister à des charges aussi élevées. Et comment pouvez-vous l'obtenir? Parlons-en.

Caractéristiques de la création d'avions modernes

Actuellement, les spécialistes de Rosaaviation et leurs confrères étrangers se concentrent sur la création de pièces d'avions (y compris la quille) à partir de grandes pièces fabriquées à partir des derniers matériaux composites.

La proportion de ces composés dans la conception des avions modernes ne cesse de croître. Selon les informations des experts, leur fraction volumique atteint déjà de 25% à 50%, et les petits avions non commerciaux peuvent même être constitués de plastique et de composites à 75%. Pourquoi cette approche est-elle si répandue dans l'aviation ? Le fait est que la même quille d'un avion Boeing, faite de "alliages" polymères, a un poids très faible, une très grande résistance et une ressource qu'il est tout simplement irréaliste d'atteindre avec des matériaux standard.

Matériaux principaux

L'utilisation la plus justifiée des composites dans la conception non seulement de la queue, mais aussi des ailes et des éléments de puissance du fuselage, qui doivent être non seulement très solides, mais aussi suffisammentflexible. Sinon, la probabilité de destruction de la structure sous l'action des charges de vol ne peut être exclue.

Mais ça n'a pas toujours été comme ça. Ainsi, la fierté de l'industrie aéronautique soviétique, l'avion Tu-160, également connu sous le nom de White Swan ou Blackjack, a une quille en … alliages de titane. Un matériau aussi spécifique et extrêmement coûteux a été choisi en raison des énormes contraintes imposées à la conception de cet engin, qui conserve à ce jour le titre de bombardier le plus lourd en service. Néanmoins, une approche aussi radicale de la création d'une quille est rare, et les concepteurs doivent donc aujourd'hui faire face à des matériaux composites plus simples beaucoup plus souvent.

Quels défis rencontrez-vous lors de la création d'une quille composite ?

Au cours du processus de développement, les concepteurs nationaux ont dû résoudre toute une série de tâches complexes:

• La création de pièces de grande taille de la quille et d'autres équipements en fibre de carbone utilisant la méthode d'infusion a été élaborée.
• Il a également fallu repenser et rééquiper presque complètement les principales étapes de production, qui n'étaient pas conçues pour l'utilisation de matériaux composites.

Autres fonctionnalités

Le dernier logiciel (FiberSim) a été introduit dans le processus de production, ce qui permet d'atteindre le plus haut degré d'automatisation. De plus, maintenant la quille de l'avion, dont la conception est décrite dans l'article, peut être réalisée à l'aide de technologies où il n'y a pratiquement pas de dessins. La production de cette pièce avec cette approche est la suivantechemin:

• Concevoir ou choisir un modèle fini. Aujourd'hui, la quille est (principalement) conçue en mode entièrement automatique, sans la participation de développeurs "humains".
• Coupe des matériaux utilisés, également effectuée en mode automatique.
• En mode automatique, les matières premières utilisées pour créer la quille et ses parties structurelles sont disposées.
• La pose des couches est réalisée par des mécanismes robotiques contrôlés par un programme informatique.

De plus, l'approche moderne de la production de quilles suggère ce qui suit:

• Construire en continu des prototypes qui sont testés dans les conditions les plus difficiles.
• Des technologies de contrôle non destructif sont en cours de développement pour permettre une surveillance continue de l'état de la quille d'un avion.

Méthodes avancées pour créer l'empennage de l'avion MS-21

Dans un passé pas si lointain, l'industrie aéronautique a été littéralement stupéfaite par l'annonce par des développeurs nationaux qu'ils développaient un tout nouvel avion, le MS-21. Sa particularité est que depuis près de trois décennies, il s'agit de la première voiture domestique pour les vols à l'intérieur du pays. Au cours de sa fabrication, bon nombre des dernières technologies ont été testées, ce qui a largement affecté les caractéristiques innovantes de la quille et de l'ensemble de la queue.

Développant et produisant le caisson de la quille de l'avion MS-21, les spécialistes nationaux ont pu réaliser ce qui suit:

• Automatisation complète de la découpe de toutes les pièces et matières premières utilisées dans la production. Grâce à cela, il a été possible d'obtenir une réduction d'au moins 50 % du coût total de l'ensemble de l'empennage et en particulier de la quille.
• Le logiciel ProDirector est utilisé dans la production de l'unité de queue, ce qui vous permet d'obtenir une précision parfaite dans le traitement des pièces. Cela permet de créer des quilles non seulement solides, mais aussi extrêmement légères.
• De plus, la quille d'un avion moderne est créée à l'aide de techniques de double courbure. Grâce à eux, il est possible d'obtenir une épaisseur multidirectionnelle dans les zones où un renforcement structurel supplémentaire est nécessaire (sous la quille de l'avion).
• Même de grandes parties de la quille peuvent aujourd'hui être "frites" dans des autoclaves spéciaux. Le résultat est des composants extrêmement solides et rigides qui peuvent supporter des charges de n'importe quel degré.
• Le contrôle de la géométrie des pièces est également contrôlé par des systèmes informatisés complexes.

Autres fonctionnalités

Grâce à l'utilisation de nouvelles technologies et techniques, l'intensité de la main-d'œuvre nécessaire à la création de l'empennage et de la quille a été réduite de 50 à 70 %. Aujourd'hui, plus de quatre mille pièces de la quille et de l'empennage ont passé les tests d'état.

La principale réalisation est le développement d'une technologie fiable et simple pour la production de pièces de caisson de quille mesurant 7,6 x 2,5 m. À l'heure actuelle, elles ont déjà commencé à être livrées à l'usine d'aviation d'Irkoutsk. Ils sont fabriqués à partir de matériaux composites modernes, et les caractéristiques de ce procédé ont déjà suscité l'intérêt des principaux fabricants étrangers d'équipements aéronautiques.

Problèmes modernes

Pourquoi avons-nous passé autant de temps à discuter des méthodes modernes de conception et de construction d'une quille ? Le fait est que depuis les années 60 du siècle dernier, il est devenu tout à fait clair qu'une nouvelle augmentation des performances de vitesse des avions n'est possible que si leur résistance est augmentée et que de tout nouveaux types de matériaux polymères sont introduits dans la production. Le problème des avions des dernières générations est que leur conception (et la quille en particulier) est très sensible à la "fatigue". Pour cette raison, vers les années 70 du siècle dernier, de nombreuses méthodes de surveillance de l'état de l'aile et de la queue ont été développées.

Les exigences de production sont également élevées. Chaque lot de pièces est soumis aux surcharges les plus sévères sur des bancs vibrants, testés en température et en pression. Et ce n'est pas surprenant, puisque la moindre fissure se solde par la suite par la mort de centaines de passagers.

Vous avez donc découvert où se trouve la quille de l'avion et à quoi elle sert !