Fuselage

Le fuselage ( / ˈ f juː z əl ɑː ʒ / ; du français fuselé « en forme de fuseau ») est la partie principale du corps d' un avion . Il accueille l'équipage , les passagers ou le fret . Dans les avions monomoteurs, il contient généralement également un moteur , bien que dans certains avions amphibies, le moteur unique soit monté sur un pylône attaché au fuselage, qui à son tour est utilisé comme coque flottante . Le fuselage sert également à positionner les surfaces de contrôle et de stabilisation dans des relations spécifiques avec les surfaces portantes , ce qui est nécessaire à la stabilité et à la manœuvrabilité de l'avion.

Ce type de structure est encore utilisé dans de nombreux avions légers utilisant des poutres tubulaires en acier soudées . Une structure de fuselage en poutres en caisson peut également être construite en bois, souvent recouverte de contreplaqué. Les structures en caisson simples peuvent être arrondies par l'ajout de longerons légers supportés, permettant au revêtement en tissu de former une forme plus aérodynamique ou plus agréable à l'œil.

Des éléments structurels géodésiques ont été utilisés par Barnes Wallis pour le Vickers britannique entre les deux guerres et pendant la Seconde Guerre mondiale pour former l'ensemble du fuselage, y compris sa forme aérodynamique. Dans ce type de construction, plusieurs longerons plats sont enroulés autour des gabarits dans des directions en spirale opposées, formant une apparence de panier. Cela s'est avéré léger, solide et rigide et avait l'avantage d'être fait presque entièrement en bois. Une construction similaire utilisant un alliage d'aluminium a été utilisée dans le Vickers Warwick avec moins de matériau que ce qui serait nécessaire pour d'autres types de structure. La structure géodésique est également redondante et peut donc survivre à des dommages localisés sans défaillance catastrophique. Un revêtement en tissu sur la structure a complété la coque aérodynamique (voir le Vickers Wellington pour un exemple de grand avion de guerre qui utilise ce procédé). L'évolution logique de cela est la création de fuselages en contreplaqué moulé, dans lequel plusieurs feuilles sont posées avec le grain dans des directions différentes pour donner le type monocoque ci-dessous.

Dans cette méthode, la surface extérieure du fuselage est également la structure principale. Une forme typique de cette méthode (voir le Lockheed Vega ) était construite en utilisant du contreplaqué moulé , où les couches de contreplaqué sont formées sur un « bouchon » ou dans un moule . Une forme ultérieure de cette structure utilise un tissu en fibre de verre imprégné de polyester ou de résine époxy comme revêtement, au lieu du contreplaqué. Une forme simple de cette méthode utilisée dans certains avions de construction amateur utilise de la mousse plastique expansée rigide comme noyau, avec un revêtement en fibre de verre, éliminant la nécessité de fabriquer des moules, mais nécessitant plus d'efforts de finition (voir le Rutan VariEze ). Un exemple d'avion en contreplaqué moulé plus grand est le chasseur/bombardier léger de Havilland Mosquito de la Seconde Guerre mondiale . Aucun fuselage à revêtement en contreplaqué n'est véritablement monocoque , car des éléments de raidissement sont incorporés dans la structure pour supporter des charges concentrées qui, autrement, déformeraient la fine peau. L'utilisation de fibres de verre moulées à l'aide de moules négatifs (« femelles ») (qui donnent un produit presque fini) est courante dans la production en série de nombreux planeurs modernes . L'utilisation de composites moulés pour les structures de fuselage est en train d'être étendue aux gros avions de ligne tels que le Boeing 787 Dreamliner (en utilisant le moulage sous pression sur des moules femelles).

Il s'agit de la méthode préférée pour construire un fuselage entièrement en aluminium . Tout d'abord, une série de gabarits ayant la forme des sections transversales du fuselage sont maintenus en position sur un support rigide . Ces gabarits sont ensuite assemblés avec des éléments longitudinaux légers appelés longerons . Ceux-ci sont à leur tour recouverts d'une peau en tôle d'aluminium, fixée par rivetage ou par collage avec des adhésifs spéciaux. Le support est ensuite démonté et retiré de la coque du fuselage terminée, qui est ensuite équipée de câblage, de commandes et d'équipements intérieurs tels que des sièges et des coffres à bagages. La plupart des gros avions modernes sont construits selon cette technique, mais utilisent plusieurs grandes sections construites de cette manière qui sont ensuite assemblées avec des attaches pour former le fuselage complet. Comme la précision du produit final est largement déterminée par le support coûteux, cette forme convient à la production en série, où de nombreux avions identiques doivent être produits. Les premiers exemples de ce type comprennent les avions civils Douglas Aircraft DC-2 et DC-3 et le Boeing B-17 Flying Fortress . La plupart des avions légers en métal sont construits selon ce procédé.

Les structures monocoques et semi-monocoques sont toutes deux dites « à peau tendue » car tout ou partie de la charge externe (c'est-à-dire des ailes et de l'empennage, et des masses discrètes telles que le moteur) est reprise par le revêtement de surface. De plus, toute la charge provenant de la pressurisation interne est reprise (sous forme de tension de la peau ) par la peau externe.

La répartition des charges entre les composants est un choix de conception dicté en grande partie par les dimensions, la résistance et l'élasticité des composants disponibles pour la construction et par le fait qu'une conception soit ou non destinée à être « auto-montante », ne nécessitant pas de dispositif de fixation complet pour l'alignement.

Les premiers avions étaient construits avec des cadres en bois recouverts de tissu. À mesure que les monoplans sont devenus populaires, les cadres métalliques ont amélioré la résistance, ce qui a finalement conduit à des avions à structure entièrement métallique, avec un revêtement métallique pour toutes ses surfaces extérieures - ce qui a été lancé pour la première fois dans la seconde moitié de 1915. Certains avions modernes sont construits avec des matériaux composites pour les principales surfaces de contrôle, les ailes ou l'ensemble du fuselage, comme le Boeing 787. Sur le 787, cela permet des niveaux de pressurisation plus élevés et des hublots plus grands pour le confort des passagers ainsi qu'un poids plus faible pour réduire les coûts d'exploitation. Le Boeing 787 pèse 1 500 lb (680 kg) de moins que s'il s'agissait d'un assemblage entièrement en aluminium.

Les pare-brises du cockpit de l' Airbus A320 doivent résister aux impacts d'oiseaux jusqu'à 350 nœuds (650 km/h) et sont fabriqués en verre renforcé chimiquement . Ils sont généralement composés de trois couches ou plis, de verre ou de plastique : les deux couches intérieures ont chacune une épaisseur de 8 mm (0,3 po) et sont structurelles, tandis que la couche extérieure, d'environ 3 mm d'épaisseur, est une barrière contre les dommages causés par des objets étrangers et l'abrasion , avec souvent un revêtement hydrophobe . Il doit empêcher la formation de buée à l'intérieur de la cabine et dégivrer à partir de −50 °C (−58 °F). Cela était auparavant fait avec des fils fins similaires à une lunette arrière de voiture, mais est maintenant réalisé avec un revêtement transparent de quelques nanomètres d'épaisseur d' oxyde d'étain et d'indium placé entre les plis, conducteur d'électricité et transmettant ainsi la chaleur. Le verre courbé améliore l'aérodynamisme mais les critères de visibilité nécessitent également des vitres plus grandes. Un pare-brise de cockpit est composé de 4 à 6 panneaux, de 35 kg (77 lb) chacun sur un Airbus A320 . Au cours de sa vie, un avion moyen traverse trois ou quatre pare-brise , et le marché est partagé de manière égale entre les équipementiers et le marché secondaire à marges plus élevées .

Les hublots de cabine , fabriqués à partir de verre acrylique étiré beaucoup plus léger que le verre , sont constitués de plusieurs vitres : une vitre extérieure conçue pour supporter quatre fois la pression maximale de la cabine, une vitre intérieure pour la redondance et une vitre anti-rayures près du passager. L'acrylique est sensible aux craquelures : un réseau de fines fissures apparaît mais peut être poli pour restaurer la transparence optique . Le retrait et le polissage sont généralement effectués tous les 2 à 3 ans pour les vitres non revêtues.

Les avions à « aile volante », tels que le Northrop YB-49 Flying Wing et le bombardier Northrop B-2 Spirit, n'ont pas de fuselage séparé ; à la place, ce qui serait le fuselage est une partie épaissie de la structure de l'aile.

À l'inverse, il existe un petit nombre d'avions conçus sans aile séparée, mais utilisant le fuselage pour générer la portance. On peut citer comme exemples les modèles de fuselage porteur expérimentaux de la National Aeronautics and Space Administration et le Flying Flapjack de Vought XF5U-1 .

Un fuselage à aile mixte peut être considéré comme un mélange des deux. Il porte la charge utile dans un fuselage produisant une portance. Un exemple moderne est le Boeing X-48 . L'un des premiers avions utilisant cette approche de conception est le Burnelli CBY-3 , dont le fuselage était profilé pour produire une portance.

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  Vue intérieure arrière du niveau principal des passagers d'un Airbus A340 , montrant la cloison arrière ainsi qu'une ouverture de porte
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  Intérieur brut de la cellule du Boeing 747
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  Fuselage d'un CubCrafters Carbon Cub
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  Le fuselage peut être court et apparemment peu aérodynamique , comme dans ce Christen Eagle
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  Schéma du fuselage du planeur