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STRUCTURE AVANT D'AVION ET DE CASE DE RANGEMENT
DE TRAIN D'ATTÉRISSAGE AVANT
L'invention concerne une structure avant d'avion dotée d'une case de
rangement de train d'atterrissage avant, ainsi qu'un avion doté d'une telle
structure.
Un avion possède un train d'atterrissage avant reçu, en position
repliée, dans une case de rangement. Cette case de train d'atterrissage avant
est le plus souvent disposée partiellement ou en totalité sous le plancher du
poste de pilotage de l'avion.
Suivant un agencement traditionnel, la case de train d'atterrissage avant
forme une boite solidarisée avec le fuselage de l'avion autour d'une ouverture
qui
permet de déployer le train d'atterrissage hors de la case en configuration
d'atterrissage et de le replier dans la case en configuration de vol. Des
trappes
mobiles ferment cette ouverture en configuration de vol et s'ouvrent vers le
bas
lorsque le train d'atterrissage est déployé.
Les parois d'une telle case de train d'atterrissage avant sont renforcées par
une ossature afin, d'une part, de supporter les efforts transmis par le train
d'atterrissage et, d'autre part, de former une barrière à la pression. En
effet, les
parois de la case de train d'atterrissage avant sont soumises, intérieurement
à la
case, à la pression atmosphérique régnant à l'altitude de vol et,
extérieurement à la
case, à la pression régnant à l'intérieur de l'avion dans la zone de
pressurisation.
Il est connu du document VVO 2008/006956 une case de rangement de train
d'atterrissage avant d'avion du type présentant une face supérieure formant en
partie un plancher pour un local pressurisé de l'avion.
L'invention vise à fournir une structure avant d'avion optimisée, notamment
du point de vue de la masse, pour une case de rangement de train
d'atterrissage
avant sensiblement de ce type.
A cet effet, l'invention a pour objet une structure avant d'avion comprenant
un
fuselage (1), un plancher (5) pour un local pressurisé (6), et une case (8) de
rangement de train d'atterrissage avant disposée sous le plancher (5), du côté
opposé audit local (6), et comportant des parois formant barrière à la
pression,
caractérisée en ce que lesdites parois formant barrière à la pression
comprennent
au moins deux panneaux latéraux (14g, 14g) solidarisés mécaniquement avec
ledit
plancher (5) par des organes (29) de reprise d'effort, lesdites parois formant
barrière
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à la pression comprenant au moins un panneau supérieur (12) adjacent audit
plancher (5) et s'étendant entre lesdits panneaux latéraux (14d, 14g), ledit
plancher
(5) comportant des traverses (24) de renforcement dudit panneau supérieur
(12),
ledit plancher (5) comportant, entre lesdites traverses (24), des voiles (25)
de
reprise d'efforts s'étendant entre lesdits panneaux latéraux (14d, 14g) et
ledit
fuselage (1), lesdits voiles (25) comportant chacun une aile (28) solidarisée
avec l'un
desdits panneaux latéraux (14d, 14g).
Grâce à cet agencement, les panneaux latéraux remplissent la double
fonction de barrière à la pression et de transmission au plancher des efforts
importants qui lui sont appliqués par les axes du train d'atterrissage avant
et
des contre-fiches qui le commandent. Ces efforts sont transmis directement,
sans pièces intermédiaires autres que des organes de reprise d'effort, au
plancher
et, de là, à la paroi du fuselage via des cadres de fuselage auquel le
plancher est
fixé.
Selon une caractéristique possible de l'invention, lesdites parois formant
barrière à la pression comprennent au moins un panneau supérieur adjacent
audit
plancher et s'étendant entre lesdits panneaux latéraux. Le panneau supérieur
n'encaisse pas les efforts importants appliqués par le train d'atterrissage et
repris
par le plancher : il est donc dimensionné uniquement pour former barrière à la
pressurisation et résister aux impacts liés à l'éclatement d'un pneumatique du
train
d'atterrissage.
Selon une autre caractéristique possible de l'invention, ledit plancher
comporte des traverses de renforcement dudit panneau supérieur. Ainsi, les
traverses du plancher remplissent à la fois les fonctions habituelles de
rigidification
de l'ossature du fuselage et du plancher lui-même, et celles de transmission
au
fuselage des efforts en provenance du train d'atterrissage avant et de
renforcement
du panneau supérieur formant barrière à la pression.
Selon une autre caractéristique possible de l'invention, ledit plancher
comporte, entre lesdites traverses, des voiles de reprise d'efforts s'étendant
entre
lesdits panneaux latéraux et ledit fuselage. Comme les traverses, ces voiles
anti-
cisaillement du plancher participent à la reprise des efforts transmis par le
train
d'atterrissage.
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De préférence, lesdits voiles comportent chacun une aile solidarisée
mécaniquement avec l'un desdits panneaux latéraux, assurant ainsi une liaison
simple entre ces voiles et les panneaux latéraux.
Selon une autre caractéristique possible de l'invention, lesdites
parois formant barrière à la pression comprennent, entre lesdits panneaux
latéraux, un panneau arrière s'étendant entre ledit panneau supérieur et ledit
fuselage. Ce panneau arrière remplit la même fonction de barrière à la
pression
que le panneau supérieur et participe, dans une moindre mesure que celui-ci, à
la rigidité de la case. Il peut être dimensionné en conséquence.
Selon une autre caractéristique possible de l'invention, lesdits
panneaux latéraux comportent des montants de renfort et lesdits organes de
reprise d'efforts sont des pièces fixées chacune respectivement à l'un desdits
montants de renfort et à l'une desdites traverses de plancher. Les moyens de
transmission des efforts des panneaux latéraux au plancher sont ainsi
particulièrement simples et faciles à dimensionner.
De préférence, la structure comporte des traverses de renforcement
dudit panneau arrière s'étendant transversalement entre les extrémités de deux
desdits montants de renfort. Ces traverses permettent à la fois de rigidifier
la
case dans des zones où les panneaux latéraux ne sont pas solidarisés avec le
plancher et de renforcer le panneau arrière dans sa fonction de barrière à la
pression.
Selon une autre caractéristique possible de l'invention, lesdits
organes de reprise d'efforts sont des équerres.
Selon encore une autre caractéristique possible de l'invention, ledit
panneau supérieur comporte des rebords longitudinaux de liaison avec lesdits
panneaux latéraux, lesdits rebords longitudinaux étant serrés chacun entre
l'un
desdits panneaux latéraux et lesdits organes de reprise d'efforts. Ainsi, les
organes de reprise d'effort contribuent également à l'obtention d'une barrière
d'étanchéité efficace à la jonction entre les panneaux latéraux et le panneau
supérieur.
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L'invention a également pour objet un avion doté d'une structure
avant comportant une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessus considérées
seules ou en combinaison.
Lorsque cet avion comprend une cabine dotée d'un plancher de
cabine et un poste de pilotage doté dudit plancher sous lequel est disposée
ladite case de train d'atterrissage avant, de préférence ledit plancher de
poste
de pilotage est disposé à un niveau inférieur à celui du plancher de cabine.
Grâce à la compacité de l'agencement de case de train d'atterrissage avant que
procure la structure avant d'avion définie ci-dessus, le plancher du poste de
pilotage peut être abaissé jusqu'au niveau strictement nécessaire pour le
logement du train d'atterrissage avant, et le cas échéant en-dessous du
plancher de la cabine de l'avion (supposé en position horizontale). Un
avantage
important d'une telle disposition abaissée du plancher de poste de pilotage
est
de permettre, à volume sensiblement constant du poste de pilotage, de réduire
la surface extérieure de la pointe avant de l'avion, donc sa traînée.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de
la description qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre
d'exemple et illustré par les dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une vue partielle en élévation latérale, avec
arrachements partiels, d'une partie avant d'avion ayant une structure selon
l'invention ;
- la figure 2 est une vue partielle en coupe transversale de la
structure de partie avant d'avion selon l'invention prise selon la ligne 2-2
de la
figure 1 ;
- la figure 3 est une vue en perspective avec arrachements partiels
, de la structure de partie avant d'avion des figures 1 et 2; et
- la figure 4 est une vue en élévation d'un détail de la liaison
mécanique entre des éléments de la structure de partie avant d'avion illustrée
à
la figure 2.
En se reportant aux figures 1 à 3, une structure avant d'avion
comprend une partie avant 1 d'un fuselage d'axe médian XX' dans un repère
orthonormé d'axes X, Y, Z dont l'axe Y-Y' joindrait les extrémités des ailes
(non
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représentées) de l'avion. La partie avant de fuselage 1 comporte une paroi
extérieure ou peau 2 fixée à des cadres transversaux structurels 3
sensiblement parallèles entre eux et perpendiculaires au plan XZ.
La partie avant de fuselage 1 comprend, à son extrémité avant, un
5 nez 4 qui renferme des équipements électroniques (non représentés) tels
que
par exemple un radar.
En arrière du nez 4, la partie avant de fuselage 1 est séparée en
deux compartiments par un plancher 5 parallèle au plan XY.
Dans le compartiment 6 situé au-dessus du plancher 5 se trouve un
poste de pilotage de l'avion, tandis que le compartiment 7 situé sous le
plancher 5 renferme une case 8 de rangement d'un train d'atterrissage (non
représenté pour la clarté du dessin).
Le compartiment 6 est prolongé vers l'arrière par un compartiment ou
cabine 9 situé au-dessus d'un plancher 10 et destiné à recevoir des passagers
ou du fret.
Le compartiment 7 est prolongé vers l'arrière, au-dessous du
plancher 10, par une soute 11 destinée à recevoir du fret, des bagages, une
soute avionique, etc...
La case 8 de rangement de train d'atterrissage est délimitée en
partie supérieure par un panneau supérieur ou toit 12, à l'avant par une
cloison
transversale 13, latéralement par des panneaux latéraux 14g et 14d, et à
l'arrière, d'une part, par un panneau arrière 15 qui s'étend obliquement vers
le
bas (selon l'axe ZZ') entre le bord arrière du panneau supérieur 12 et un
cadre
16 et, d'autre part, par la partie inférieure du cadre 16 qui s'étend entre le
bord
arrière du panneau arrière 15 et la paroi 2 de la partie avant de fuselage 1.
Dans l'exemple représenté, le cadre 16 marque la séparation entre le
poste de pilotage 6 et la cabine ou compartiment 9 au moyen d'une cloison
(non représentée), mais cette cloison de séparation pourrait tout aussi bien
être
positionnée en avant ou en arrière du cadre 16.
Le volume intérieur de l'avion dont la partie avant est représentée
aux figures comporte :
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D une zone
pressurisée comprenant notamment le poste de pilotage
(compartiment 6), le compartiment 9 recevant des passagers ou du fret,
la soute 11 et des volumes latéraux 32 situés de part et d'autre des
panneaux latéraux 23 de la case de train, ainsi que
D une zone non
pressurisée soumise à la pression atmosphérique
régnant à l'altitude où se trouve l'avion et comprenant les volumes
intérieurs du nez 4 de l'avion et de la case 8 de train d'atterrissage.
Dans la partie avant de fuselage 1 la séparation entre les zones
pressurisées et non pressurisées est assurée par un certain nombre de
cloisons ou panneaux agencés pour former barrière à la pression et qui
comprennent:
- une cloison transversale supérieure 17 de préférence plane qui
sépare, au-dessus du plancher 5, le compartiment ou poste de pilotage 6, qui
est pressurisé, de l'espace intérieur du nez 4, qui n'est pas pressurisé,
- la cloison transversale inférieure 13, de préférence plane, qui non
seulement ferme la case 8 dans sa partie avant, mais se raccorde à la cloison
17 et à la partie avant de fuselage 2 pour séparer de façon étanche à la
pression l'espace intérieur du nez 4 de celui du compartiment 7, de part et
d'autre des panneaux latéraux 14d et 14g de la case 8;
- le panneau supérieur ou toit 12 de la case 8, qui est plan et
disposé sous et contre le plancher 5; ce panneau supérieur 12 est raccordé de
manière étanche à la pression, d'une part latéralement aux panneaux latéraux
14d et 14g, d'autre part à l'avant aux cloisons transversales 13 et 17;
- les panneaux latéraux 14d et 14g de la case 8 qui sont plans et
ont une forme d'ensemble sensiblement polygonale; ces panneaux latéraux 14d
et 14g sont raccordés chacun de manière étanche à la pression
= à la cloison transversale 13 le long d'un bord avant,
= au panneau supérieur 12 le long d'un bord supérieur,
= au panneau arrière 15 le long d'un premier bord arrière incliné,
= à la partie inférieure du cadre transversal 16 le long d'un
deuxième bord arrière disposé dans le plan de ce cadre 16, et
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= à un cadre ou caisson 18 de renforcement qui délimite
l'ouverture de passage du train d'atterrissage et auquel viennent
se raccorder les cadres transversaux 3 du fuselage 2 dans la
zone de la case 8 ; et
- le panneau arrière 15 de la case qui se raccorde de manière
étanche à la pression au panneau supérieur 12, aux panneaux latéraux 14d et
14g le long de leur premier bord arrière, et à la partie inférieure du cadre
16.
Ces panneaux et cloisons sont raccordés les uns aux autres par des
éléments de jonction rapportés ou faisant partie de l'un ou l'autre des
panneaux
raccordés comme décrit ci-après à propos de la liaison entre le panneau
supérieur 12 et les panneaux latéraux 14d, 14g. Les cloisons transversales
supérieures 17 et inférieure 13 et les panneaux supérieurs 12, latéraux 14d,
14g, et arrière 15 sont de préférence constitués d'un matériau métallique ou
composite.
Par conséquent, l'espace intérieur au fuselage 2 qui entoure la case
8 en arrière des cloisons 13 et 17 appartient à la zone pressurisée de l'avion
et
la case 8, dont le volume intérieur est à la pression atmosphérique, constitue
une enclave dans cette zone pressurisée.
Des efforts importants sont transmis par le train d'atterrissage, en
particulier pendant les phases d'atterrissage, aux panneaux latéraux 14d et
14g
par des paliers 21 recevant les axes d'articulation de bras de support des
roues
du train d'atterrissage (non représentés) et des paliers 20 recevant les axes
d'articulation de contre-fiches (non représentées) qui commandent le
déploiement et le repliement du train d'atterrissage (non représenté). De
plus,
les panneaux latéraux 14d et 14g sont également soumis aux efforts résultant
de la pressurisation.
Afin d'être en mesure d'encaisser ces efforts, les panneaux latéraux
14d et 14g sont renforcés extérieurement à la case 8 par des montants 23 en
un matériau métallique ou composite qui leur sont fixés et sont disposés
parallèlement les uns aux autres, par exemple suivant l'axe ZZ' dans le cas où
les panneaux latéraux 14d et 14g sont perpendiculaires au plancher 5. Les
montants 23 ont de préférence un profil en T, C ou I ou autre dont la semelle
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est fixée aux panneaux 14d et 14g par des moyens de fixation (non
représentés) ou intégrée directement aux panneaux 14d et 14g.
A l'aplomb du panneau supérieur 12, les montants 23 ne s'étendent
pas sur la totalité de la hauteur des panneaux latéraux 14d et 14g. Leur
extrémité supérieure 23a s'arrête à distance du bord supérieur des panneaux
latéraux 14 d et 14g et laisse ainsi une bande plane contre laquelle le
panneau
supérieur 12 est fixé comme indiqué ci-après. A leur extrémité inférieure, les
montants 23 sont fixés au cadre ou caisson de renfort 18 ou à l'un des cadres
transversaux 3 suivant qu'ils se trouvent ou non à l'aplomb de l'ouverture de
la
case 8.
Le plancher 5 comporte de manière conventionnelle des traverses 24
en matériau métallique ou composite à profil d'IPN ou UPN qui s'étendent
transversalement de part en part du fuselage 2 et sont fixées chacune à leurs
extrémités respectives à un cadre transversal 3. Par leur ancrage aux cadres
transversaux 3, les traverses 24 participent comme connu en soi à la rigidité
de
la partie avant 1 de fuselage de l'avion.
Entre les traverses 24 sont fixés des voiles de cisaillement 25 qui,
dans la zone du panneau supérieur 12, s'étendent entre le bord adjacent du
panneau supérieur 12 et la paroi du fuselage 2.
Comme représenté plus en détail à la Figure 4, les voiles de
cisaillement 25 comportent, du côté des panneaux latéraux 14d et 14g, une aile
26 à angle droit.
Enfin, le plancher 5 comporte, dans la zone qui recouvre le panneau
supérieur 12, des longerons 27 en matériau métallique ou composite qui, avec
les traverses 24, contribuent à renforcer le panneau supérieur 12 soumis aux
efforts de pressurisation. Les longerons (non représentés en totalité) 27
s'étendent de la cloison transversale 17 au cadre 16. Ils stabilisent le
plancher
et permettent de retenir le panneau 17 quand celui-ci est soumis à la
pressurisation. D'autres longerons 27 (non représentés sur les figures)
s'étendent de part et d'autre de la case de train 8.
Le panneau supérieur 12 est fixé par sa face supérieure aux
traverses 24 par des moyens de fixation classiques (non représentés) pour
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zone étanche. Les traverses 24 ont une triple fonction : elles reprennent les
efforts de pressurisation du fuselage 1, elles stabilisent et renforcent le
toit 12
de case de train, elles supportent le plancher de marche du poste de pilotage
6.
Afin de relier le panneau supérieur et les panneaux latéraux de
manière étanche à la pression, le panneau supérieur 12 comporte des rebords
latéraux à angle droit 28 fixés par des moyens de fixation classiques contre
la
bande plane de la face extérieure des panneaux latéraux 14d et 14g qui s'étend
entre leur bord supérieur et les extrémités supérieures des montants 23. En
variante, le panneau supérieur 12 peut-être plat et les rebords longitudinaux
constitués d'éléments de jonction rapportés de type cornière, ou encore les
panneaux latéraux peuvent comporter des rebords latéraux pour leur fixation au
panneau supérieur plan 12.
Ces rebords latéraux 28 et les ailes 26 des voiles de cisaillement 25
sont maintenus serrés contre les faces extérieures des panneaux latéraux 14d
et 14g par des pièces de reprise d'effort 29 en forme d'équerre en un
matériau métallique ou composite. Les pièces 29 sont fixées chacune par l'une
29a de leurs ailes contre la semelle de l'un des montants 23 et par l'autre
29b
de leurs ailes contre la semelle de l'une des traverses 24 par des moyens de
fixation classiques (non représentés). A cet effet, les voiles 25 présentent
des
fentes (non visibles sur le dessin) de passage des pièces 29 en équerre.
Enfin, le panneau arrière 15 de la case 8 est lui aussi renforcé par
des traverses 30 en un matériau métallique ou composite spécifiques à la case
8. Les traverses 30 sont parallèles à celles du plancher 5 (et au plan XY) et
fixées par des moyens de fixation classiques (non représentés) à leurs
extrémités aux extrémités respectives de deux montants 23. Les traverses 30 et
les montants 23 correspondants forment ainsi des portiques ancrés au cadre 18
et encadrant les panneaux latéraux 14d et 14g ainsi que le panneau arrière 15.
Grâce à la structure de partie avant d'avion décrite ci-dessus, tous
les efforts appliqués par le train d'atterrissage aux panneaux latéraux 14d et
14g sont transmis au plancher 5 et, de là, repris par la paroi 2 du fuselage
de
l'avion. La structure de partie avant d'avion décrite ci-dessus procure une
optimisation de masse du fait que cette transmission d'efforts du train
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d'atterrissage est obtenue au moyen d'un minimum de pièces et qu'un seul
sous-ensemble, le plancher, assure la reprise des efforts transmis par le
train
d'atterrissage et de ceux qui résultent de la pressurisation.
Enfin, en raison de la compacité que procure l'imbrication de la case
5 8 du train
d'atterrissage avec le plancher 5, ce dernier peut être abaissé
(suivant l'axe ZZ') par rapport à la position qui est la sienne dans une
configuration traditionnelle où le plancher de poste de pilotage et la case de
train d'atterrissage avant sont indépendants. Comme le montre la figure 1, le
plancher 5 peut se trouver au-dessous du niveau du plancher 10 de la cabine
10 ou
compartiment 9, contrairement à ce qui est le cas dans l'état de la technique
des avions du même type où le poste de pilotage et la cabine ou compartiment
de fret ou de passagers se trouvent au même niveau (et non à des niveaux
différents comme cela peut être le cas pour des avions très gros porteurs).
Du fait de cet abaissement du plancher 5, la surface de la partie
avant de fuselage 1 de l'avion peut, à volume sensiblement égal du poste de
pilotage, être réduite comme cela apparaît sur la figure 1 : le tracé en
traits
mixtes 31 montre ce que serait la surface extérieure de la partie avant du
fuselage 1 si le plancher 5 s'étendait dans le prolongement du plancher 10 de
cabine.
Cette réduction de la surface de la partie avant de fuselage 1 se
traduit par une réduction de traînée et, par conséquent, de consommation de
l'avion en carburant. La réduction de la surface extérieure entraine aussi une
réduction de la masse.
