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L’aéronautique est un secteur qui a toujours été propice à l’utilisation et au développement des technologies de pointe. En effet, la conception de nouvelles structures aéronautiques avec des matériaux innovants contribue à l’accroissement du marché aérien. Les matériaux composites sont de plus en plus employés dans de nombreux secteurs industriels. Ils sont utilisés dans des domaines de pointe tels que l’aéronautique pour leurs propriétés très intéressants. Aujourd’hui, les composites sont dominés largement par les fibres de verre, mais les fibres de carbone connaissent aussi une belle croissance. La fibre de carbone est utilisée pour renforcer les matériaux composites. Ce type de matériau est utilisé dans toutes applications exigeant une grande résistance mécanique pour un poids réduit.
ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
Historique de l’aviation
Pour s’intéresser à l’histoire de l’aviation, il faut remonter au désir éternel de l’homme de voler, aux premiers vols, aux premières traversées, à ces progrès et à la difficulté concernant le début de cette aviation. Dans cette première partie nous allons simplement nous intéresser à l’histoire de l’aviation moderne, c’est à dire après la première guerre mondiale. En effet, durant la première guerre mondiale, on utilisa déjà les avions comme moyen de reconnaissance afin de pouvoir voir au loin des endroits que le soldat a pied ne pouvait voir, mais certains bombardiers ont également été conçus. L’avion fut donc déjà utilisé pendant la guerre et certaines armées comme l’armée française, ou l’armée britannique avec respectivement la première division aérienne et la Royal Air Force. La fin de ce conflit entraîna donc un essor dans le développement de l’aéronautique, principalement dans le domaine militaire mais également par l’adaptation de ce développement aux besoins du transport civil [1].
Entre 2 Guerres
Au lendemain de cette « grande guerre » commença ce que l’on peut appeler le début de l’aviation moderne. Les avions permettaient de faire des trajets de plus en plus longs. Des progrès techniques entraînèrent des innovations intéressantes telles que l’apparition du train d’atterrissage rentrant, permettant de limiter la force de traînée et ainsi permettre un gain de vitesse. La présentation des différentes forces exercées sur un avion sera traitée plus précisément dans la seconde partie. L’apparition du ravitaillement en plein air et de la cabine pressurisée se fait au début des années 20. L’avion sert également pour la Poste : dès mars 1918, on commence à faire circuler des lettres par avion. L’avion prend donc une importance de plus en plus grande, on peut dire que sa popularité augmente de plus en plus. De nombreux records importants, tels la traversé de l’Atlantique en 1927 par Lindbergh ou celle du pacifique par Maitland et Gegenberg durant la même année, renforcent l’essor de l’aviation [15].
Cependant, les innovations en matière d’aviation sont essentiellement portées sur le militaire après cette première guerre mondiale. Le renforcement militaire doit permettre la création d’armées aériennes. Les avions comportant un squelette en acier sont inventés, mais n’ont cependant pas un fort succès. Ce n’est qu’en 1930 avec l’invention de l’Alclad , alliage à base d’aluminium, que les avions entièrement en métal ont vraiment étés utilisés. Ce sont donc les avions militaires qui multiplient les nouveautés et les records à la fois de distance, de vitesse et d’altitude. Une fois les pensées de la première guerre mondiale digérées, les constructeurs se penchent davantage sur le problème de l’aviation transportant des hommes. Cela représente un nouvel objectif qui implique l’ajustement de la taille de l’avion afin de transporter le plus de personnes possible tout en se préoccupant de la contrainte essentielle qu’est la sûreté des passagers. Les avions jusqu’aux années trente sont des biplans, c’est-à-dire des avions comportant deux paires d’ailes superposées. Ces biplans sont utilisés essentiellement pendant la seconde guerre mondiale. Ayant une double surface d’ailes, ils bénéficient d’une surface double de portance, cette notion de portance sera expliquée dans le second chapitre . De plus les ailes plus courtes que dans un monoplan (avion comportant une seule paire d’ailes) sont moins soumises aux contraintes de flexion ou de torsion. La surface d’aileron étant plus grande, la maniabilité de l’avion est améliorée. Les dernières années avant la deuxième guerre mondiale sont caractérisées par des records de plus en plus nombreux qui montrent bien les améliorations.
A la veille de la seconde guerre mondiale, les armées se sont véritablement dotées d’une nouvelle force, la force aérienne. Les améliorations durant l’entre-deux guerres furent déterminantes pour l’histoire de cette seconde guerre mondiale, et notamment les batailles aériennes [15].
Seconde guerre mondiale
Au commencement de cette seconde guerre mondiale, les belligérants disposent d’importantes flottes aériennes. Durant cette guerre, de nombreuses batailles aériennes historiques ont des conséquences énormes et désastreuses. On peut citer la bataille d’Angleterre, ou Pearl Harbor. Ces deux batailles ont fait plus de 17000 morts.
Les avions à bombardements prennent de plus en plus d’importance à l’époque et cela continue encore de nos jours où ils jouent un rôle déterminant dans les conflits. Ces avions sont de plus en plus des monoplans et moins souvent des biplans, grâce aux innovations en matière d’ailes.
Pendant cette seconde guerre, tous les avions possèdent des structures métalliques. Cependant les britanniques utilisent un bombardier léger en bois, ce qui est totalement en contradiction avec les avions de l’époque : le De Havilland Mosquito. Cet avion entre en service en mai 1942 et accomplit de nombreuses missions avec succès, multipliant les exploits. Son habitacle pressurisé lui permet de voler à une altitude de 12000 mètres. C’est un bombardier à grande vitesse dépourvu d’armement défensif. Propulsé par deux moteurs, il est capable de transporter une bombe de 1815 kg grâce au matériel utilisé : le bois, qui est beaucoup plus léger que n’importe quelle structure métallique.
Après-guerre
Marqué par l’intensification de l’usage de l’avion La seconde guerre mondiale entraîne littéralement une révolution de l’aviation. C’est juste après ce conflit que l’on entre dans l’ère du jet. En d’autre terme l’ère de l’avion à réaction. Ceci est une invention d’une importance capitale étant donné que presque tous les avions aujourd’hui sont des avions à réaction. Le désavantage principal de l’avion à réaction est son coût de production, très élevé pour l’époque. En revanche ce nouveau moteur est beaucoup plus petit et beaucoup plus puissant. Ces quelques chiffres à l’échelle mondiale illustrent bien le phénomène de popularité de l’avion qui prend part à la vie de plus en plus de personnes :
➤ 1945, 9 millions de passagers.
➤ 1946, 18 millions de passagers.
➤ 1947, 21 millions de passagers.
➤ 1948, 24 millions de passagers, transporté par l’avion DC3 un avion commerciale maniable et sûr.
Apres les travaux des ingénieurs allemands durant la seconde guerre mondiale, on s’est rendu compte que les ailes en flèches présentent une traînée ,force de frottement de l’air, nettement plus faible que les ailes droites. Les ailes en flèches deviennent donc le modèle de référence et vont aider l’évolution des avions à venir.
En une dizaine d’années les progrès sont énormes, on a gagné plus de 850km/h de vitesse. On s’intéresse à diverses formes de décollage et d’atterrissage. La technique s’oriente ensuite vers de nouvelles conceptions. De nouveaux métaux, comme le titane, sont usinés pour faire face à la barrière thermique. De nouveaux matériaux apparaissent: composites, plastiques, fibres de verre, élastomères. Ces matériaux vont avoir une importance capitale dans l’évolution de l’aviation et seront étudiés dans la seconde partie. Aujourd’hui le transport aérien est tellement important qu’il pose des problèmes aussi bien de pollution et de bruit dans des zones près de grands aéroports, que de surcharge de l’espace aérien. Pour le militaire, l’aviation est devenue une des armes les plus importantes. En ce qui concerne le transport civil, l’avion est aujourd’hui le moyen de transport le plus sûr. On cherche à transporter de plus en plus de personnes, des projets d’avions géants permettant de transporter de 600 à 800 personnes sont en cours tels que le A3XX d’airbus ou le V.L.C.T. (very large commercial transport). L’avion devient un très objet connu et très utile grâce notamment à la création des premières compagnies aériennes entre 1919 et 1923.Le transport aérien devient de plus en plus naturel, ces compagnies se multiplient et l’utilisation de l’avion devient commune.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1 ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
Introduction
1.2 Historique de l’aviation
1.3 Compagnie CESSNA
1.3.1 Historique du CESSNA
1.3.2 Liste des avions actuellement construits par Cessna
1.4 Rôle des matériaux dans l’aviation
1.4.1 Historique des Matériaux dans l’Aéronautique
1.4.2 Évolution des matériaux
1.4.3 Matériaux présents dans l’aviation d’aujourd’hui
1.4.3.1 Alliages Métalliques
1.4.3.2 Les Matériaux Composites
1.5 Conclusion
CHAPITRE 2 AERODYNAMIQUE
2.1 Introduction
2.2 Définitions
2.3 Air
2.3.1 Existence
2.3.2 Propriétés physiques
2.3.3 Ecoulement
2.3.3.1 Ecoulement laminaire
2.3.3.2 Ecoulement turbulent
2.3.3.3 Ecoulement tourbillonnaire
2.3.4 Résistance de l’air
2.3.4.1 Causes
2.3.4.2 Paramètres influençant la résistance de l’air
2.3.4.3 Facteurs influençant la résistance de l’air
2.3.4.4 Expression de la résistance de l’air
2.4 Surfaces portantes
2.4.1 Généralités
2.4.2 Plaques planes inclinées
2.4.3 Profil d’aile
2.5 Ecoulement de l’air autour d’une aile
2.5.1 Ecoulement autour d’un profil
2.5.2 Répartition des pressions
2.6 Etude des éléments aérodynamique de l’aile
2.6.1 Composante de la résultante aérodynamique : (Ra)
2.6.2 Les coefficients
2.7 Conclusion
CHAPITRE 3 ETUDE STRUCTURALE D’AILE DE L’AVION CESSNA 172
3.1 Introduction
3.2 Choix de l’avion CESSNA 172
3.2.1 Description du CESSNA 172
3.2.2 Historique
3.3 Cahier de charge de l’avion
3.4 Etude de structure de l’aile
3.4.1 Voilure
3.4.1.1 Position sur le Fuselage
3.4.1.2 Terminologie
3.4.2 Matériau de structure
3.4.2.1 La voilure en aluminium
3.4.2.2 Détail de l’aile en aluminium
3.4.2.3 Nervure métallique
3.4.3 Ensemble de la Structure d’aile
3.4.4 Efforts appliqué sur l’aile
3.4.4.1 Portance surfacique sur l’aile
3.4.4.2 Effort normal de revêtement
3.4.4.3 Flux de revêtement
3.4.4.4 Masse du revêtement de la demi-voilure
3.4.5 Calcule de la portance et de la trainée
3.5 Etude du matériau composite pour l’adaptation à l’aile
3.5.1 Choix du type de matériaux
3.5.2 Description des matériaux de base
3.5.3 Choix du procédé de fabrication
3.5.4 Description du procédé de fabrication
3.5.4.1 Préparation des moules
3.5.4.2 Positionnement du média d’infusion
3.5.4.3 Mise sous vide
3.5.4.4 Infusion de la résine
3.5.4.5 Démoulage
3.5.4.4 Postcure
3.5.5 Diagramme du procédé
3.5.6 Analyse du procédé
3.5.7 Caractérisation mécanique
3.5.7.1 Fabrication des éprouvettes
3.5.7.2 Description et analyse des tests
3.5.7.2 Présentations des résultats
3.6 Discussions
3.7 Conclusion
CONCLUSION GENERALE
BIBLIOGRAPHIE
TABLE DES MATIERES
RESUME
