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Dans ces pages vous apprendrez à construire vous-même votre avion personnel pendant votre temps libre, assez facilement et à peu de frais.Informez-vous auprès de: gilbert.pernot@aliceadsl.fr

Calcul et Construction d'un Avion

Chapitre 1 - Les bases pour construire un avion

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Les liens ci-dessous vous renverront au chapitre correspondant.


6 Résistance et propriétés des matériaux aéronautiques

Introduction
6.1 Déformation élastique
6.2 Déformation permanente
6.3 Rupture
6.4 Résonance mécanique
6.5 Forces en présence (ou efforts)
6.6 Les bois en aéronautique
6.7 Les aciers en aéronautique
6.8 Les alliages légers type duralumin en aéronautique
6.9 Les alliages ultra-légers à base de magnésium
6.10 Les autres métaux utilisés en aéronautique
6.11 Les toiles et fils en aéronautique
6.12 Les enduits, vernis et peintures aéronautiques
6.13 Les colles et le caoutchouc
6.14 Normes utilisables


Introduction



Rappelons en introduction ce que disait Henri Mignet : un avion est un paradoxe légèreté-résistance. Plus il est léger, moins il résiste.

Pour voler bon marché, il faut construire tout petit.
Petit = léger => faible puissance => bon marché

Economie = matière, dimensions, mécanisme, entretien
Sécurité = construction, écart de vitesse, stabilité de forme, contrôle de vol rationnel.
Sécurité passive (en cas de crash) = arceau de sécurité, ceintures 4 points, points d’ancrage résistants, pas d’arêtes vives au tableau de bord, pas de supports de sièges dans l’axe de la colonne vertébrale, arrimage solide de tout équipement volumineux ou lourd, faire appel à un œil extérieur.

Il nous faut donc étudier la double et contradictoire exigence de solidité et de légèreté ! ce qui fait appel aux disciplines suivantes :
L'aérodynamique : sélectionner un profil d'aile porteur et minimiser la traînée ;
Les matériaux : choisir des matériaux légers mais résistants ;
Les efforts ou contraintes subis par chaque élément de l'avion.

Cependant la résistance des matériaux n'est pas une science exacte comme les mathématiques, et ceci pour les raisons suivantes :
♦ La matière n'est pas parfaitement homogène ;
♦ Les efforts dynamiques dépendent des évolutions de l'avion : vol normal, piqué, atterrissage, looping, vrille, glissade, renversement, tonneau, ressource.

On a donc mesuré l'accélération dans toutes ces configurations : c'est la ressource qui donne le chiffre maximum.
Pour chaque pièce de l'avion, on s'impose de n'avoir aucune déformation permanente. On s'efforce donc de calculer le maximum possible, élément par élément, mais pour parer à l'incertitude qui subsiste, on admet un rapport r. Ce rapport varie avec chaque matériau on a donc pris un coefficient r = 1,5 suffisant dans tous les cas :

                                           r = taux de limite d'allongement / taux de rupture = 1,5

Comme dans toute construction humaine on ajoute en plus un coefficient de sécurité cs. Le facteur de charge à la rupture, n,

                                           n = γ x r x cs

avec :
γ = accélération en ressource
r = rapport r (taux de limite d'allongement / taux de rupture)
cs = coefficient de sécurité "d'erreur humaine"


6.1 Déformation élastique



La déformation est élastique si le solide déformé sous l’effet d’une contrainte reprend sa forme initiale lorsque la contrainte cesse. La matière a un comportement élastique.


6.2 Déformation permanente



La déformation est permanente si le solide déformé ne reprend pas sa forme initiale lorsque la contrainte cesse. La matière a un comportement plastique ou visqueux.


6.3 Rupture



Si la charge statique augmente progressivement jusqu’à un seuil de résistance statique limite ou seuil de rupture, l’armature se déforme et finit par se rompre. L’idéal est qu’elle se rompe d’un seul coup, toutes les pièces devant atteindre le seuil de rupture en même temps.

Diagramme Contrainte-Déformation d'un matériau (fig. http://www.volez.net/)


f6.3-1


6.4 Résonance mécanique et Résistance à la fatigue (endurance)


La résonance est un phénomène selon lequel certains systèmes physiques (électriques, mécaniques...) sont sensibles à certaines fréquences. Un système résonant peut accumuler une énergie, si celle-ci est appliquée sous forme périodique, et proche d'une fréquence dite "fréquence de résonance" ou "fréquence naturelle" ou fréquence propre. Soumis à une telle excitation, le système va être le siège d'oscillations de plus en plus importantes, jusqu'à atteindre un régime d'équilibre qui dépend des éléments dissipatifs du système, ou bien jusqu'à une rupture d'un composant du système. (source Wikipédia)

Par exemple s’il était mal calculé, un pont supportant de lourds camions pourrait s’effondrer sous le pas cadencé d’une petite troupe de soldats. Ainsi, un matériau métallique peut atteindre la rupture sous l'action répétée de sollicitations correspondant à des contraintes bien inférieures à sa limite d'élasticité.

La vibration du moteur ou le frottement de l’air peut former dans un avion des plages vibrantes localisées, parfois très secouées. L’avion se comporte comme un diapason accordé sur la fréquence des vibrations d’origine : il peut alors casser brutalement sans avoir atteint le seuil de rupture.

Courbe de résistance à la fatigue :
Pour un niveau donné de contrainte répétée, on détermine expérimentalement le nombre de cycles de "chargement - déchargement" qui conduit à la rupture du matériau. La courbe de résistance à la fatigue est asymptotique à l'axe des abscisses.

Durée de vie d'un matériau :
Plus la contrainte répétée est forte, plus le nombre de cycles amenant la rupture est faible. Autrement dit, pour obtenir une durée de vie illimitée du matériau, la contrainte répétée devrait être limitée à une valeur extrêmement faible, appelée "limite d'endurance", ce qui conduirait à des structures extrêmement lourdes. Le constructeur doit donc se baser sur une durée de vie et un nombre (N) de cycles de mise en charge pour fixer une limite de fatigue (σf) admissible correspondant aux sollicitations maximales en service.


6.5 Forces en présence (ou efforts)



Les forces en résistance des matériaux (fig. André Morin 1998)



f6.5-1


Chaque élément est conditionné par son cahier des charges pour résister à :
- des efforts, dans son plan ou perpendiculaires, qui se traduisent par un cisaillement et une flexion
- des efforts excentrés qui se traduisent par des torsions

En fonction de ces critères, les pièces sont dimensionnées soit en résistance, soit en déformation.



Comment gérer les efforts structurels


Efforts verticaux ou horizontaux provocant un cisaillement
Ces efforts passent par :
- une âme ou revêtement travaillant (cas des longerons et fuselages coques) :
L'âme, pour travailler correctement sans plissement, est maillée par des raidisseurs placés souvent en face des nervures pour un longeron d'aile.
- une structure triangulée (cas des fuselages dits treillis) :
Le principe est identique à celui des fuselages tubulaires métalliques.

revêtement travaillant et structure triangulée (fig. http://www.aviation-fr.info/)


f6.5-6




Flexion
Le moment de flexion est repris par un ensemble de 2 éléments (semelles ou revêtement travaillant) soumis l'un à une compression l'autre à une traction.
Dans le cas d'une peau mince de revêtement, celle-ci est raidie par des profilés, ou plus généralement, en construction bois ou plastique par une construction en sandwich.

semelles ou revêtement travaillant et raidissement d'une peau mince de revêtement (fig. http://www.aviation-fr.info/)


f6.5-7




Torsion
La torsion (aile, fuselage, gouverne, etc..) est reprise par :
- un caisson fermé à revêtement travaillant, notamment caisson avant de voilure.
- une structure triangulée, souvent utilisée pour les gouvernes.
- éventuellement par une flexion différentielle de deux éléments, solution souvent rencontrée pour les flancs de fuselage au niveau de la cabine.

caisson fermé à revêtement travaillant, structure triangulée, et flexion différentielle de deux éléments (fig. http://www.aviation-fr.info/)


f6.5-8



Source de ce qui précède : TECHNOLOGIE D'UN AVION LEGER EN BOIS - FAQ du groupe de discussion FR.REC.AVIATION



Calcul des poutres : moments fléchissants et flèche (fig. André Morin 1998)

f6.5-2



Poutres encastrées (fig. André Morin 1998)

f6.5-3



Sections longeron bois et alu (fig. André Morin 1998)

f6.5-4



Un ou deux longerons (fig. André Morin 1998)

f6.5-5

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6.6 Les bois en aéronautique


Les bois sont très utilisés par les amateurs de construction aéronautique. La raison de cette faveur, c'est que le bois a une faible densité et qu'il est très facile à façonner et à assembler.

Propriétés des bois en aéronautique (fig. 6.6-1 Vallat 1944 Cours de RDM aviation)

f6.6-1

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Taux de travail et emploi des bois les plus courants

Les bois les plus utilisés en construction amateur sont le spruce, le frêne et le peuplier grisard.

Taux de travail des bois les plus utilisés (fig. 6.6-2 R.G. Desgrandschamps)

f6.6-2

Propriétés :
- le spruce, densité moyenne ≈ 0,5, se colle facilement. Il est homogène sur de grandes longueurs, aussi on l'emploie pour les pièces rectilignes et longues, comme les longerons d'ailes, de fuselage ou bien des traverses ou des mâts.
- le frêne, densité moyenne ≈ 0,7, est très souple mais son collage est plus difficile. On l'emploie essentiellement pour des pièces courbes, ou des pièces qui subissent une grande fatigue comme les longerons ou les béquilles.
- le peuplier grisard ou peuplier gris, densité moyenne ≈ 0,5, est en principe très bon marché, sa densité est très faible et son collage facile. Il peut remplacer le spruce pour les pièces peu soumises à la fatigue.
- le hêtre, densité moyenne ≈ 0,65, est utilisé surtout pour fabriquer les hélices.
- le sapin, densité moyenne ≈ 0,5, est utilisé pour les tasseaux, les cales et les remplissages.
- le tilleul, densité moyenne ≈ 0,35, est utilisé pour les tasseaux, les cales et les remplissages, et aussi pour les modèles de fonderie.
- le noyer, densité moyenne ≈ 0,6, est utilisé pour les modèles d'essai au tunnel.

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Modes de calcul des bois les plus courants

Compression
Comme l'épaisseur est le plus souvent une part importante de la longueur, on utilise en général la formule de Rankine-Résal. De plus on vérifie par la formule d'Euler chaque fois que le coefficient d'élancement λ est élevé :

                                           λ = l / d,

avec :
l = longueur ;
d = diamètre du plus petit côté de la section.

Formule de Rankine-Résal :

                                           F = τ.ω / (1 + (K.l2.ω) / α2.I),

Formule d'Euler :

                                           F = π2.E.I.α2 / l2,

avec :
F = charge limite en kg.
τ = taux de travail en kg./mm2.
ω = la section en mm2.
K = 1 / 104.
l = longueur en mm. de la pièce entre rotules.
I = moment d'inertie minimum en mm4.
π = 3,14159265.
α = 1 pour une pièce articulée aux deux extrémités (voir fig. 6.6-3 ci-dessous).
α = √2 pour une pièce dont une extrémité est articulée et l'autre encastrée.
α = 2 pour une pièce encastrée aux deux extrémités.
α = 1/2 pour une pièce ayant une extrémité libre et l'autre encastrée.

Valeurs de α dans la formule d'Euler (fig. 6.6-3 R.G. Desgrandschamps)

f6.6-3

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Compression sur du spruce

Exemple 1 : Compression sur une barre de spruce longue, de 800 mm.
Soit une barre de spruce de section 20 x 20 mm. et de longueur 800 mm. entre les axes d'articulation. Quelle est la charge de compression maximum qu'elle peut supporter ?

                                           τ = 3,5 kg./mm2,
                                           α = 1,
                                           ω = 400 mm2,
                                           I = b.h3 / 12 = 2 x 23 / 12 = 1,33 cm4 = 13300 mm4.

La formule de Rankine-Résal donne :

                                           F = τ.ω / (1 + (K.l2.ω) / α2.I) = 3,5 x 400 / (1 + (640000 x 400) / 104 x 13300) = 1400 / (1 + 1,93) = 477 kg.

La formule d'Euler donne :

                                           F = π2.E.I.α2 / l2 = 9,87 x 1200 x 13300 x 12 / 640000 = 250 kg.

En compression, on ne peut donc pas dépasser les 250 kg. donnés par la formule d'Euler.

Exemple 2 : Compression sur une barre de spruce courte, de 350 mm. de section 20 x 20 mm.

Formule de Rankine-Résal :

                                           F = τ.ω / (1 + (K.l2.ω) / α2.I) = 3,5 x 400 / (1 + (122500 x 400) / 104 x 13300) = 1400 / (1 + 0,37)= 1020 kg.

Formule d'Euler :

                                           F = π2.E.I.α2 / l2 = 9,87 x 1200 x 13300 / 122500 = 1300 kg.

En compression, on ne peut donc pas dépasser les 1020 kg. donnés par la formule de Rankine-Résal qui est la plus sévère dans le cas des pièces courtes.


Flexion sur du spruce
On utilise la formule du "commandant Monin" déterminée après de nombreux essais sur la flexion des pièces en bois :

                                           Flexion spécifique ≥ M / 2.I / h4/3

avec :
M en kg./cm.,
I en cm4.,
h en cm.

Exemple : flexion supportable par une pièce de spruce rectangulaire de 15 x 4 cm.
Flexion spécifique = 1000 kg./cm2

                                           I = b.h3 / 12 = 4 x 153 / 12 = 1125 cm4.
                                           h4/3 = √154 = 37.

                                           M = (2.I / h4/3) x 1000 = 2 x 1125 x 1000 / 37 = 60811 kg./cm. = 608 kgm.

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Taux de travail et emploi des contreplaqués

Les contreplaqués les plus utilisés en construction amateur sont les contreplaqués d'okoumé, de peuplier, d'acajou et de bouleau. Le tulipier est utilisé en lames minces pour les revêtements de forme. Les couches superposées sont croisées à environ 60°.

Les contreplaqués sont le plus souvent constitués d'un nombre impair de feuilles de bois déroulé dont les fibres sont croisées à 90°, et collées à la colle vinylique, à la colle polyurehtane ou à la colle expoxy.


Modes de calcul des contreplaqués courants

Traction ; Taux de travail approximatif :

(si les feuillets ou plis sont correctement dirigés)

          okoumé ≈ 5 kg.
          peuplier ≈ 6 kg.
          acajou ≈ 7 kg.
          bouleau ≈ 7 kg.

Cisaillement (effort tranchant) :

Si l'on veut que les taux de cisaillement se rapprochent du tableau suivant, il faut répondre à certaines conditions :

          okoumé ≈ 80 kg./cm2
          peuplier ≈ 80 kg./cm2
          acajou ≈ 90 kg./cm2
          bouleau ≈ 100 kg./cm2

Lorsque les panneaux de contreplaqué travaillent en cisaillement, il faut diriger le sens des fibres suivant l'effort tranchant. De plus, pour garantir le contreplaqué contre les déformations résultant d'éventuelles poussées horizontales, il doit être "contreventé" par des baguettes normales aux semelles, en croix, en triangles, ou en X, formant ainsi des figures géométriques.

Baguettes de renfort de structures en contreplaqué (fig. 6.6-4 R.G. Desgrandschamps)

f6.6-4

Concrètement, pour une résistance égale, un contreplaqué mince, sans trou d'allègement, est plus léger qu'un contreplaqué plus épais avec trous.

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Résultats d'essais sur les bois

Collage :

Pour le spruce, le peuplier grisard ou le sapin, un collage dans le sens des fibres peut supporter jusqu'à 40kg./cm2.

Assemblage par boulons ou rivets :

Dans un assemblage par boulons ou rivets tubulaires, l'espacement entre boulons ou rivets ne doit pas être inférieur aux valeurs minimum suivantes :

          6 d dans le sens de l'effort ;
          3 d dans le sens normal à l'effort.

De plus, dans un assemblage par boulons ou rivets tubulaires, le bois ne travaille pas sur toute sa surface d'appui sur le boulon, car le bois fléchit au milieu de la portée. On admet que les seules portions qui résistent sont les portions a = a' = 2 d (figure 6.6-5 ci-dessous). D'ailleurs, à partir de 100 kg./cm2 d'appui, on observe un début d'ovalisation, et on ne dépasse jamais 220 kg./cm2.

Résistance du bois sous l'action d'un boulon (fig. 6.6-5 R.G. Desgrandschamps)

f6.6-5

Par ailleurs, on essaye autant que possible de ne pas solliciter plusieurs fois la même fibre de bois, et on essaye aussi d'allonger la ligne de cisaillement suivant laquelle la pièce de bois se déchirera à la rupture. Pour cette raison, on dispose les boulons en ligne brisée ou en quinconce.

Disposition des boulons en ligne brisée (fig. 6.6-6 R.G. Desgrandschamps)

f6.6-6

Surface de cisaillement = l x épaisseur du bois ; pour le spruce et le peuplier grisard, les essais donnent :

                                           τ = 70 kg./cm2.

Il faut donc remplir la condition suivante :

                                           l x c x τ ≥ effort à transmettre.

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Assemblage par vis à bois :

Espacement des vis à bois :

          8 d dans le sens de l'effort ;
          4 d dans le sens normal à l'effort.

Effort supportable par une vis à bois :

                                           F (en kg.) = 4.l2.d / (4.l + 6.a).

avec :
l en mm. = longueur de la vis sous sa tête,
a en mm. = épaisseur de la ferrure entre la tête de vis et le bois,
d en mm. = diamètre de la vis.

- Exemple :
Considérons une vis de 3 x 40 qui sert à fixer une ferrure de 2 mm. d'épaisseur sur une pièce de bois. Cette vis résiste à :

                                           F = 4 x 402 x 3 / ((4 x 40) + (6 x 2)) = 111 kg.

Inertie des mâts torpédo :

Considérons des mâts épais, pleins ou creux, de forme profilée ou torpédo, cest à dire avec a :

                                           b / 3,2 < a < b / 3 .

Profil d'un mât torpédo (fig. 6.6-7 R.G. Desgrandschamps)

f6.6-7

Si l'on admet que le maître-couple se situe approximativement à une distance a du bord d'attaque, on peut poser :

                                           I = b.a2 / 24,
ou
                                           I = (b.a2 - b'.a'2) / 24

Toupillage :

Pour les éléments toupillés (*), le rayon minimum à adopter est de 8 mm. et on applique au bois toupillé un taux de travail divisé par 1,5.

                                           taux de travail = taux de travail normal / 1,5
(*) Note : La toupie sert à creuser et profiler les bois et exécuter moulures, feuillures et embrèvements. Elle permet aussi de former rapidement des tenons, enfourchements ou assemblages à peigne.

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6.7 Les aciers en aéronautique


Notions générales sur les aciers
Les aciers sont en réalité des matériaux à haute teneur en fer et à teneur variable en carbone, manganèse, Phosphore et soufre, ainsi qu'accessoirement des corps tels que le silicium, le nickel, le chrome, le tungstène, etc.
Les caractéristiques mécaniques des aciers dépendent très directement de leur composition et du traitement thermique qu'ils ont subi, et par conséquent, dans un grand nombre de cas, l'acier peut répondre aux besoins de l'avionneur.
Si sa densité (7,8) paraît bien élevée pour la construction aéronautique, un certain nombre de qualités font qu'il est de plus en plus utilisé aujourd'hui :
- son homogénéïté ;
- sa facilité d'assemblage : car la soudure autogène est utilisable aussi bien pour les aciers doux que les aciers spéciaux au chrome-molybdène ;
- la haute résistance des aciers au nickel, au chrome ou au tungstène ;
- cependant l'acier n'est pas une bonne solution pour la charpente de l'avion d'amateur, car il est difficile de travailler des aciers spéciaux, ceci conduit à l'utilisation des aciers doux dont le rapport résistance / densité est faible.


Traitements des aciers
Il existe des traitements thermiques, chimiques ou de protection :

Traitements thermiques :
Il est en principe interdit de faire une mise en forme à froid sous peine de créer des criques ou microfissures à l'emplacement du pliage, ce qui créerait une fragilité. Il existe deux exceptions, le bouclage des cordes à piano et le cintrage à grand rayon de courbure des tôles minces.
Dans les autres cas, on chauffe la pièce pour la mettre en forme. Ceci implique de la ramener à son état normal par un traitement thermique approprié (voir tableau 6.7-1 ci-dessous)

Traitements, caractéristiques et composition des aciers courants en aéronautique (tableau 6.7-1 R.G. Desgrandschamps)

f6.7-1
Note : ce tableau ne contient que les nuances d'aciers couramment utilisés en aviation amateur.
Ce traitement ramène la pièce à un état stable qui garantit l'équilibre moléculaire ; d'une manière générale, les produits sidérurgiques doivent avoir été traités avant emploi.

Traitements chimiques :
Les traitements chimiques ont pour but de conférer une grande dureté à la coiuche superficielle. Ce sont :
- cémentation : procédé qui sert à durcir les aciers par ajout superficiel de carbone, avant une trempe superficielle ;
- nitruration : qui provoque la formation d'un film superficiel de nitrures de fer, appelé couche de combinaison, à partir duquel les atomes d'azote diffusent en direction du cœur de la pièce. Ce traitement peut accroitre la dureté de l'acier.

Traitements de protection :
D'autres traitements ont pour but de protéger l'acier contre la corrosion :
- parkérisation : bains phosphoriques ; une technique de phosphate de manganèse ou de zinc qui protège chimiquement un métal contre l'oxydation, ou la corrosion. Le fer, par exemple, est plongé dans un bain chaud de phosphate de zinc provoquant la formation d'une couche de phosphate de fer imperméable.
- udylite : traitement dans des bains de cadmium.

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Emploi des aciers
En aéronautique, l'acier est employé sous différentes formes :

Barres :
- Pour pièces décolletées : ronds, carrés, six pans, plats ;
- Pour pièces fraisées : chapes, ferrures dans la masse ;
- Pour pièces forgées matricées.

Tôles et bandes :
- Tôles de 2 m. x 1 m.;
- Bandes de 10 m. ;
- Les épaisseurs vont de 3/10e à 8 mm.
Les tôles sont recuites et embouties pour fabriquer les ferrures, les caissons ou les pièces cambrées.

Tubes :
Tubes à section circulaire, torpédo, ovale, carrée, rectangulaire ... Ils sont largement employés pour les mâts supportant de gros efforts, les treillis de fuselage ou les treillis de voilures multilongerons, les bâtis-moteurs, les jambes et les essieux de train d'atterrissage, etc.

Profilés :
Profilés en Ω, en V, en U, en cornières... Ils sont utilisés comme raidisseurs de revêtements, comme éléments de longerons, comme bords de fuite, et comme supports d'accessoires.

Boulons :

Câbles :
Les câbles sont constitués par une âme enveloppée de torons. Chaque toron est lui-même constitué d'une âme autour de laquelle s'enroulent des fils d'acier de haute résistance.
- Les câbles souples sont utilisés pour les commandes, leurs âmes sont en textile ;
- Les câbles rigides sont utilisés pour les haubannages, seule l'âme centrale est en textile, l'âme des torons est en acier doux recuit.

Cordes à piano :
Les cordes à piano servent principalement au croisillonnement des avions.
Elles sont constituées par de l'acier au creuset à haute résistance : R > 120 kg./mm2.

Haubans fuselés :
Les haubans fuselés sont constitués par de l'acier à haute résistance. Ils sont utilisés pour les haubannages extérieurs (voir figure 6.7-2 ci-dessous).

Haubans fuselés en aéronautique (figure 6.7-2 R.G. Desgrandschamps)

f6.7-2

Rivets :
Les rivets sont le plus souvent en acier doux à tête fraisée, ronde, à tête goutte-de-suif (tête fraisée et bombée), de diamètre généralement compris entre 2 et 6 mm.

Vis, œillets, goupilles :
Signalons en particulier les vis Parker : elles sont en acier haute résistance et se fixent au tournevis dans un trou non taraudé, formant ainsi leur propre logement ; elles sont par conséquent non dévissables. Elles remplacent les rivets, chaque fois qu'il est difficile de former une tête ou de passer une bouterolle

Divers :
- engrenages ;
- roulements à billes ;
- ressorts.

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Câbles, cordes à piano, haubans (figure 6.7-3 Vallat 1944 Cours de RDM aviation)

f6.7-3

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Modes de calcul des aciers

Flexion :
Le taux de travail admis doit être supérieur à ...

                                           taux de travail admis > M / (I / V)

Compression :
Comme pour le bois, on utilise les formules de Rankine-Résal et d'Euler suivant le coefficient d'élancement. Le coefficient K de la formule de Rankine-Résal est égal à I / 104.
Le module d'élasticité = E = 22000 kg./mm2.

Voilement : vérification au voilement;
Il est tout à fait possible qu'une pièce d'acier qui satisfait aux formules de flexion et de compression que nous venons de voir, puisse flamber localement, c'est à dire se voiler, lorsque son épaisseur relative est très faible.
Dans ce cas, le taux de travail véritable est donné par les formules suivantes :
- Tubes ronds :

                                           taux au voilement = τv = R / (I + 3.R/E x r/e)

- Sections polygonales ou en U :

                                           taux au voilement = τv = R / (I + k.R/E x a/e)
avec :
          R = taux de travail à la rupture ;
          E = module d'élasticité ;
          r = rayon moyen ;
          e = épaisseur ;
          a = côté de la section ;
          k = 7,5 pour une section polygonale tubulaire ;
          k = 8,5 pour une section en U ;

En construction métallique, on utilise souvent des tôles planes raidies ou tenues aux bords. La formule ci-dessous évite de longs calculs :

                                           taux au voilement = τv = R / (I + k (a/e)2)
avec :
          a = dimension du plus grand côté ;
          e = épaisseur ;
          k = I / 2700 ;

Torsion :

                                           taux de travail admis ≥ Mt x I0 / v0
avec :
          θ = angle de torsion = (Mt x l) / (G x I0) ;
          Mt = moment de torsion ;
          I0 = moment d'inertie polaire ;
          l = bras de levier de l'effort de torsion ;
          G = module de torsion ≈ 2/5 E ; soit, approximativement, quelle que soit la nuance de l'acier :
          G = 2/5 x 22000 = 8800 kg.mm2 ; en général, on prend G = 8000 kg.mm2.

Cisaillement :
Taux de travail au cisaillement = 3/4 à 4/5e du taux de travail en traction.

Glissement : Les pièces composées comme les longerons de voilure par exemple, travaillent à l'effort tranchant. Ces pièces doivent résister au glissement entre les éléments qui les constituent et qui tendrait à les séparer. Ce sont des rivets ou des boulons qui leur confèrent cette résistance.

                                           effort de glissement = Fg = Σ.T.W / I ;
avec :
          Σ = espacement des rivets ;
          T = effort tranchant ;
          I = moment d'inertie ;
          W = moment statique = Σ.ω.h autrement dit, la somme des sections élémentaires multipliées par leur distance à l'axe neutre.

Flexion et torsion combinées :

                                           τ = 3/8 tf + √((3/8 tf)2 + (5/4 tt)2)
avec :
          tf = travail par mm2 dû à la flexion ;
          tt = travail par mm2 dû à la torsion ;

Tubes circulaires :
Pour les tubes circulaires, notons les données suivantes :
           ω = 0,785 (D2 - d2) ;
           I ≈ 0,05 (D4 - d4) ;
           I/v ≈ (0,1 (D4 - d4)) / D ;
           I0 = 2.I ; I0 / v0 = 2.I / v.




Remarques et résultats d'essais importants

Espacement des boulons ou des rivets dans le métal :
L'espacement des boulons ou des rivets dans le métal est le suivant
- sur une même ligne : espacement ≥ 2,5.d ;
- entre les axes des rivets ou des boulons et le bord de la pièce de métal : espacement ≥ 1,3.d ;
Notons que, dans toute la mesure du possible, il est préférable de disposer les rivets ou les boulons en quinconce.

Espacement des boulons ou des rivets dans le métal (figure 6.7-4 R.G. Desgrandschamps)

f6.7-4

Diamètre des rivets :
Le diamètre d du rivet doit être de trois à deux fois l'épaisseur e de la tôle la plus mince à assembler.
Le diamètre relatif d/e doit être d'autant plus grand que la tôle est plus mince.

Cordes à piano :
- Boucles : Le tableau 6.7-5 ci-dessous montre qu'une corde à piano bouclée à froid perd une partie de sa résistance. Ainsi, les cordes demi-bouclées travaillent à 85% de la corde simple. Les cordes de 6 et de 7 ne se bouclent pas, car cette opération serait trop difficile ; on fait donc une ligature en fil d'acier doux, sur environ 10 centimètres de long, et l'on recouvre cette ligature de soudure à l'étain.
- Tendeurs : On doit adopter des tendeurs dont la résistance indiquée dans le tableau standard est supérieure ou égale à celle de la corde.

Charge sur les cordes à piano (figure 6.7-5 R.G. Desgrandschamps)

f6.7-5

Travail à l'appui :
Dans toutes les pièces qui comportent des éléments rivés, boulonnés ou vissés, on doit tenir compte des trois paramètres suivants :
- de la résistance au cisaillement du rivet, du boulon ou de la vis ;
- de la résistance au cisaillement de la pièce traversée par ces fixations ;
- de la résistance à l'appui ou résistance à l'écrasement.

Pour des éléments soumis à des efforts alternés (compression / flexion), on adopte le taux de travail à l'appui suivant :

                                           taux de travail à l'appui = τ / 1,5 à τ / 2

Ceci évite le matage et le jeu (usure) qui pourrait en découler. C'est aussi la raison pour laquelle on préfère réaliser des axes creux et à grand diamètre.

Congés :
Si une pièce métallique présente une brusque variation de section on doit prévoir un congé (de l'ordre de celui indiqué dans le tableau standard des boulons).
- Définition : un congé est un adoucissement en portion de cercle, ou plus généralement un raccord plus ou moins arrondi à la rencontre de deux surfaces planes.

Travail des vis et des rivets :
Ces éléments ne doivent travailler qu'en cisaillement et jamais "en tête". Dans ce dernier cas, seuls les boulons sont adaptés.

Pièces déformées :
Aucune pièce déformée accidentellement pendant la construction ne peut être redressée à froid puis réutilisée.

Orientation des boulons verticaux et horizontaux :
La tête des boulons verticaux doit être placée en haut, et la tête des boulons horizontaux doit être placée vers l'avant.
Les écrous de blocage doivent être freinés, soit par des rondelles Grower ou par des rondelles en éventail (fig. 6.7-6 ci-dessous), soit par des goupilles.

Rondelles "Grower" (fendues) et "en éventail" (figure 6.7-6 G. Pernot)

f6.7-6

Soudure autogène et électrique :
- La soudure autogène est utilisée sur les aciers doux et au chrome-molybdène ;
- La soudure électrique s'utilise pour des aciers inoxydables en faibles épaisseurs.

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Propriétés des aciers en aéronautique (fig. 6.7-7 et 8 Vallat 1944 Cours de RDM aviation)

f6.7-7

f6.7-8

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6.8 Les alliages légers type duralumin en aéronautique


Notions générales sur les alliages légers type duralumin

Les alliages légers sont très prisés en aéronautique car leur densité est très faible et leur résistance élevée.

Cependant la soudure de ces alliages reste très délicate et réservée à des spécialistes très compétents ; après la soudure, les alliages légers doivent subir un traitement thermique.

Voici leur composition moyenne :

           Al   = 94,2 %
           Cu =     4 %
           Mg =  0,5 %
           Mn =  0,5 %
           Si   =  0,5 %
           Fe =  0,3 %


Traitements des alliages légers

Les propriétés de ces alliages varient en fonction de l'équilibre thermique de trois de ses composants : Al, Al2-Cu, Mg2-Si.

Ils s'utilisent soit à l'état recuit, soit à l'état trempé et vieilli.

- L'état recuit est un moyen de fortune lorsqu'on n'a ni foiur ni bain pour traiter le duralumin : la pièce d'alliage est d'abord marquée au savon ; puis lorsque le savon noircit, cela veut dire que la température a atteint environ 360°. Alors, on refroidit la pièce d'alliage en air calme durant quatre heures. A ce moment-là le métal est très malléable et il peut donc être facilement cambré, cintré ou embouti. Mais s'il ne reçoit aucun traitement ultérieur, comme un trempage par exemple, alors, ses caractéristiques sont les suivantes :

           R = 20 ;
           E = 7 ;
           A = 20 % ;

- L'état trempé : dans une usine dotée de l'outillage adéquat, on peut au contraire porter l'alliage à son maximum de résistance. On le chauffe à très haute température (480 à 490°) puis on le trempe brutalement dans de leau à 15°. Pour chauffer l'alliage, soit on le trempe dans un bain d'azotate de sodium (bain de nitrates), soit on le passe au four, électrique ou à gaz. On contrôle la température de chauffage au pyromètre. Enfin, on le trempe dans de leau à 15°.

A ce moment-là, l'alliage reste malléable pendant huit heures, et comme dans le cas de l'alliage recuit, il peut être facilement cambré, cintré ou embouti.

- L'état vieilli Huit heures après le trempage, l'alliage reprend peu à peu sa dureté et ses qualités par vieillissement.

           R = 40 ;
           E = 20 ;
           A = 14 % ;

Le vieillissement peut durer,
soit quatre jours s'il se fait à l'air libre ;
soit deux heures dans l'eau bouillante puis quarante-huit heures à l'air libre.


Remarques :

L'alliage fond au dessus de 510° : il devient alors inutilisable. Il est donc essentiel d'avoir des pyromètres précis et de les conrôler régulièrement pendant le chauffage.

L'utilisation de bains au lieu de fours électriques ou à gaz, oblige à décaper minutieusement l'alliage.

Coût des fours de traitement : le coût élevé des fours de traitement force le constructeur amateur à confier ces travaux à un professionnel bien outillé.

Protection :
- Bains à l'huile cuite ;
- Védalisation : le Védal ou Alclad est une tôle d'alliage à base d'aluminium recouverte sur les deux faces d'une couche d'aluminium très pure et très adhérente. Au contact de l'air libre, il se forme une pellicule d'alumine qui isole l'alliage.
La tôle Védal (dural-védal), comme l'Alclad, est constituée d'une âme en aluminium / magnésium à qui l'on fait subir un traitement chimique alcalin qui crée une pellicule d'aluminium "pur" sur ses deux faces.
L'Alclad est en fait une marque d'Alcoa utilisée come terme générique pour décrire une couche d'aluminium très pure déposée en surface d'un alliage à base d'aluminium et resistant à la corrosion.

Dans l'industrie, le Védal ou Alclad est utilisé sous forme de tôles ou de bandes, principalement pour fabriquer des revêtements.


Emploi des alliages légers

Les alliages légers sont utilisés sous différentes formes :

Barres étirées pour décolletage.
Note : décolletage = usinage de barres sur des tours par enlèvement de matière pour donner des pièces cylindriques (vis, boulons, axes, etc.)

Tôles de 2 m. x 1 m. x 3/10e mm. à 50/10e mm., qu'on utilise pour fabriquer des bords d'attaque, des revêtements, des nervures ou des ferrures.

Tubes ronds, rectangulaires, profilés, à différentes dimensions :
- Les tubes ronds entrent dans la fabrication des longerons d'ailes, des charpentes de fuselage, des charpentes d'empennage, etc. ;
- Les tubes rectangulaires pour les longerons de voilure ;
- Les tubes torpédos pour les jambes de train et les montants extérieurs.

Cornières et profilés : ils font l'objet de standards de dimensions, ou sont fabriqués par le constructeur amateur par cambrage de la tôle.

Rivets : ils sont recuits ou trempés ; on les utilise dans les quatre heures qui suivent la trempe, c'est à dire pendant le laps de temps où ils restent malléables.


Modes de calcul des alliages légers

En flexion, cisaillement, glissement, et en torsion : mêmes formules que pour l'acier.

En compression : notons que dans la formule d'Euler, E = 7000, et dans la formule de Rankine-Résal, K = 1/3000. Le duralumin est donc peu employé pour les pièces longues comprimées.

Au voilement : mêmes formules que pour l'acier, avec k = 1/1400 pour les tôles planes.


Résultats d'essais sur les rivets

Espacement : Les rivets ont le même espacement que pour l'acier.
Diamètre : Le diamètre du rivet est de trois à deux fois l'épaisseur de la tôle la plus mince à assembler, mais pratiquement, pour les tôles de 30/10e mm. à 50/10e mm., le diamètre maximum du rivet est de 6 mm.
Résistance au cisaillement : pour les rivets en duralumin, on peut compter sur une résistance au cisaillement de 25kg. mm2.
Travail à l'appui, congés, travail des rivets, position des boulons : mêmes remarques que pour l'acier.


Alliages de fonderie

W. 41 : le W. 41 est l'alliage de fonderie léger au cuivre-titane qui possède la résistance mécanique la plus élevée connue actuellement. Caractéristiques :

           R = 32 ;
           E = 20 ;
           A = 4 % ;
           Densité ≈ 2,75 à 2,8 ;

Composition approximative :

           94 Al ;
           5 Cu ;
           0,2 Mg ;
           0,3 Ti ;
           0,5 Si et Fe ;

Alpax : cet alliage a la même composition que le duralumin, mais sa teneur en silicium est nettement plus élevée, tandis que sa teneur en aluminium diminue d'autant. Caractéristiques :

           R = 16,5 ;
           A = 4 % ;
           Densité ≈ 2,6 à 2,8 ;

Propriétés des alliages légers en aéronautique (fig. 6.8-1 Vallat 1944 Cours de RDM aviation)

f6.8-1

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6.9 Les alliages ultra-légers à base de magnésium


Notions générales sur les alliages ultra-légers

Ces alliages à base de magnésium contiennent une petite proportion d'autres corps tels que Si, Al, Zn. Densité ≈ 1,7 à 1,9. Caractéristiques :

Alliage courant de forge : pour pèces usinées...

           R = 25 ;
           E = 16 ;
           A = 12 % ;

Alliage normal de laminage : tôles...

           R = 20 ;
           E = 16 ;
           A = 8 % ;

Alliage courant de moulage : pour les masses importantes travaillant peu, comme les cales, les carters, les pieds de mâts.

           R = 17 ;
           E = 9 ;
           A = 5 % ;


Traitements des alliages ultra-légers

La protection du magnésium : s'appelle le mordançage, (décapage aux acides d'une surface métallique), cela consiste à immerger les pièces à base de magnésium dans un bain de chromates alcalins.


Emploi des alliages ultra-légers

Voir tableau 6.9-1 ci-dessous.

Propriétés des alliages ultra-légers à base de magnésium (fig. 6.9-1 Vallat 1944 Cours de RDM aviation)

f6.9-1

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6.10 Autres métaux utilisés en aéronautique

nous citons pour mémoire :

l'Aluminium, densité ≈ 2,6 à 2,7, est utilisé pour les tôles de capotage, les tubes de canalisations, les pièces fondues pour raccords, les barres pour pièces décolletées telles que les poulies ou les boulons.


le Cuivre, densité ≈ 9 (d = 8,920), se trouve dans les fils électriques et dans les éléments de radiateurs.


>Etc. ...


Densité des métaux et alliages courants

- densité de l'acier inoxydable type 304 : 8,02
- densité de l'inconel: 8,25
- densité du cuivre : 8.92
- densité du plomb : 11,35
- densité du zinc : 7,15
- densité du titane : 5
- densité du nickel : 8.9
- densité des cupronickel (à 30 %) : 8,95
- densité du laiton : 8,47
- densité des alliages d'aluminium : 2,74
- densité du fer : 7,32
- densité du constantan (cupronickel 55-45) : 8,9
- densité du zirconium : 6,5
- densité des alliages de magnésium : 1,77

La densité peut être rapprochée de la masse volumique :
Par exemple, une densité égale à 8,00 correspond à une masse volumique de 8,00 g./cm3.

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6.11 Les toiles et fils en aéronautique


Quel revêtement choisir ?

Le métal se conserve bien, mais il est lourd et délicat à poser et il n'est intéressant que s'il participe à la résistance de l'ensemble de la machine.

Le bois : le revêtement en bois enduit et verni paraît intéressant à première vue, mais il est un peu plus lourd que la toile et plus difficile à poser et à remplacer, par ailleurs, l'expérience a montré que le bois s'altère à peu près aussi vite que la toile.

La toile est légère et, de plus, facile à poser et à remplacer.


Utilisation des toiles : voir cahiers du RSA n°266 à 268.

L'entoilage : diminue la traînée, il permet de créer un revêtement de tissu flexible, léger et résistant, tendu sur une ossature, telle que l'aile, les gouvernes ou le fuselage.

Le marouflage : consiste à augmenter la résistance d'uune surface de contreplaqué ou de bois en y collant un tissu.

Dans les années 1920 à 1950, en aviation, on utilisait des tissus naturels tels que soie, coton et lin, puis la soie a vite été remplacée par le lin, et finalement on en est venu à utiliser presque exclusivement des toiles de lin.

La soie : était le meilleur rapport résistance/poids, mais elle était trop chère et vieillissait vite ;
Le coton d'Egypte : avait des fibres longues et fines et fut utilisé jusque vers 1970 ;
Le lin d'Irlande : à fibres longues et fines fut largement utilisé jusqu'en 1970 et au-delà.

Aujourd'hui les tissus naturels sont pratiquement réservés à la restauration, pour entoiler des avions de collection anciens. Pour les petits avions de construction amateur, on utilise le plus souvent des tissus synthétiques polyester, le "dacron" ou le "tergal" (voir tableau 6.11-1 ci-dessous).

Comparaison Ceconite, Diatex et Stits Poly-Fiber (tableau 6.11-1 Nigel Stevens 2009 cahier du RSA n°266)
f6.11-1


La pose du tissu : on pose toujours la chaîne dans le sens de l'écoulement de l'air. Pour les surfaces qui subissent un gauchissement il est préférable de poser la toile en biais (à 45°).
- La chaîne : les fils de chaîne sont disposés dans la longueur du rouleau de tissu, ils sont tendus en nappe dans la longueur du métier à tisser, et enroulés sur deux "ensouples" (cylindres), le rouleau de chaîne et le rouleau d'étoffe.
- La trame : Les fils de trame croisent perpendiculairement les fils de chaîne et sont passés par la navette dessus-dessous les fils de chaîne.

Tension du tissu : on tend le tissu ...
- en fixant les bords avec des clous, après avoir tiré dessus ;
- en rétrécissant le tissu après l'avoir mouillé. Mais si le retrait n'est pas bien dosé, ceci risque de casser la structure ou d'alourdir l'avion par temps de pluie ;
- ou en utilisant des enduits de tension (décrits ci-après).
Aux Etats-Unis, on proposait même à une époque, pour certains types d'avions, des housses ayant la forme de la structure, mais contre toute attente, cela ne simplifiait pas forcément la pose, loin s'en faut.


La toile de lin :
La toile de lin se présente en rouleaux d'environ 70 m. sur au moins 1 m. de large. Elle est décatie à l'eau chaude (tendue sur bâti, aspergée d'eau chaude, brossée) et non calandrée (passage au rouleau pour presser et écraser).

On peut distinguer trois qualités de toile :

- M.R. ou moyenne résistance, pour les avions légers et les avions école (poids = 165 g./m2, résistance à la traction = 2000 kg./m. de large);
- H.R. ou haute résistance, pour les appareils de transport ou de guerre ;
- T.H.R. ou très haute résistance, pour les avions de chasse ou de course


Perte de résistance par vieillissement :
Après cent heures de vol, même si elle est abritée des intempéries et des ultra-violets du soleil ou de la lune, une toile de revêtement perd environ 25 % de sa résistance primitive.
- Les tissus naturels : subissent le pourrissement et la dégradation par les U.V. ;
- Les tissus synthétiques : sont dégradés par les U.V., mais sont insensibles à l'humidité. Toutefois, ils peuvent provoquer une rétention d'eau contre la structure et provoquer ainsi son pourrissement ou sa corrosion (suivant le type de structure, bois ou métal).

Les fibres synthétiques durent plus longtemps (≈ 20 ans) que les fibres naturelles (≈ 3 ans). De plus, les tissus synthétiques sont moins chers et plus faciles à mettre en œuvre.

Avant de réentoiler, on peut tolérer jusqu'à 50 % de perte de résistance au maximum. Au delà, la toile perd toute sa souplesse : elle reste déformée et ne revient plus après une pression de la main.

La résistance de la toile se vérifie sur des rondelles d'essai prélevées entre le tiers et le quart avant, qui correspond au maximum de poussée. Si la résistance vérifiée est inférieure de moitié à celle de la toile neuve, l'avion doit être impérativement réentoilé.


Les fils : voir cahiers du RSA n°266 à 268.

Le type de fil :
Le type de fil à utiliser doit être de préférence du même type que la toile qu'on veut coudre :

- Avec des tissus naturels tels que coton et lin, on utilise du fil de coton ou de lin (du pur lin, écru) ;
- Avec des tissus synthétiques (polyester ou "dacron"), on utilise du fil polyester ou nylon.
- Mais on peut aussi panacher, c'est à dire coiudre un tissu naturel avec du fil synthétique et vice versa.

Résistance du fil selon son usage :

- Pour le fil à machine qui sert à coudre les toiles entre elles, le fil doit peser 20 g. pour 100 m. au maximum, et résister à une traction de 3 kg. au minimum.
- Pour le fil à larder qui sert à fixer les toiles sur les nervures ou sur les treillis de fuselage, le fil doit peser 70 g. pour 100 m. au maximum, et résister à une traction de 15 kg. au minimum.
- Pour le fil fouet qui sert à faire des laçages, le fil doit résister à une traction de 25 kg. au minimum.

Le lardage : permet d'attacher le tissu aux nervures à l'aide de fils noués. On passe les fils autour des nervures pour plaquer le tissu et transférer les forces d'aspiration aérodynamiques (sustentation) de la surface de la toile à la structure. Il a vite remplacé les baguettes clouées, ou les bandes de métal vissées ou rivetées.

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6.12 Les enduits, vernis et peintures aéronautiques


♦ Les enduits :


Les enduits servent à tendre la toile, à la rendre plus résistante (de 25 % environ), à l'imperméabiliser et à la protéger du vieillissement causé par les U.V. du soleil ou de la lune. Ils servent aussi à constituer un support pour la peinture.

Jusqu'en 1918, on utilisait l'émaillite comme enduit imperméabilisant, c'était une poudre de billes de verre mélangée à de l'acétone ; cet enduit vieillissait mal et devenait orangé sous l'action des U.V. Puis, pour résister aux U.V., on a utilisé des enduits à la poudre d'aluminium qui donnait une teinte argentée (et un aspect typiquement rétro).

Les enduits courants sont aujourd'hui à base de nitrate de cellulose dissous et dilué, ils sont apparus dès 1920, ou bien, la cellulose acétate butyrate moins inflamable. Toutefois, seuls les enduits nitro-cellulosiques adhèrent bien sur les fibres de polyester ; sur cet enduit, on peut alors utiliser des peintures butyrates (ou nitrocellulosiques bien entendu).

Il existe plusieurs sortes d'enduits :
- Les enduits d'impression et à lisser fluides ;
- Les enduits incolores visqueux ;
- Les enduits-colle visqueux ;
- Les enduits colorés visqueux.

Les enduits sont étalés sur la toile à l'aide d'un pinceau plat ou queue de morue, ou avec un pistolet, dans des salles chauffées à environ 18° et ventilées. Le chauffage à 18° évite que l'enduit s'étale en plaques blanchâtres, et une bonne ventilation évite d'empoisonner le personnel.

Pour réaliser un enduisage non pigmenté, on passe ...
- 1 couche d'enduit d'impression ;
- 2 couches d'enduit incolore ;
- 1 couche d'enduit à lisser.
Il faut attendre huit heures entre chaque couche et poncer la surface après application de la 2e et de la 3e couche.

Pour réaliser un enduisage pigmenté, on passe ...
- 1 couche d'enduit d'impression ;
- 1 couche d'enduit incolore ;
- 1 couche d'enduit coloré.

On utilise au total 1 kg. / m2 d'enduit, dont la plus grande part s'évapore ;

Pour de l'enduit incolore, le poids de la toile augmente de moins de 100 g. / m2, et de moins de 140 g. / m2 pour de l'enduit pigmenté ;

La tension de la toile doit augmenter 300 à 400 kg. par mètre de largeur.


Exemples d'enduits de tension nitrocellulosiques : (existent depuis les années 1920 !)

Enduit de tension incolore nitrocellulosique, (réf E.4034 DIATEX)
S’utilise pour tendre et stabiliser la tension, garnir, rigidifier et étanchéifier la toile. A appliquer avec une brosse plate ou un rouleau (pistolet interdit) en croisant les couches. 3-4 couches pour la DIATEX 2000, 2-3 couches pour la DIATEX 1500 et 2 couches pour la DIATEX 1000. Une heure est nécessaire entre 2 couches. S’utilise pur ou avec 10 % maxi de Diluant E4930. Pouvoir couvrant : environ 4 m² par litre et par couche. Temps de séchage final : 2 à 3 heures. Temps de séchage final conseillé avant peinture : 1 semaine

Enduit de tension aluminium nitrocellulosique, (réf E.4731 DIATEX)
L'aluminium protège la toile contre les U.V. si on utilise des peintures autres que les peintures DIATEX. A appliquer avec un rouleau ou un pistolet sur 1 ou 2 couches à 10 mn d’intervalle, avec 20-25 % de Diluant E4930. Inutile si emploi des apprêts et peintures DIATEX. Peut-être utilisé comme « peinture » finale au look rétro, argenté, protégé par le vernis E5540. Très bon isolant, très efficace contre l’humidité. Pouvoir couvrant : 5 à 6 m² par litre et par couche. Temps séchage final : 1 heure.


♦ Les vernis :


Les vernis servent à protéger la toile contre la pluie, contre le vieillissement par les U.V. du soleil et de la lune, et le lissage améliore la traînée. Ils protègent aussi les bois et les métaux contre l'humidité, et le pourrissement qui en découle, ou contre la corrosion.

Les vernis anciens étaient à base d'huile végétale (huile de lin) et de gomme.
Les vernis les plus courants actuellement sont à base de nitrate de cellulose.

Les vernis sont passés au pinceau oiu au pistolet, de préférence dans une température ambiante d'environ 15°, avec une hygrométrie faible (voir données fournisseur).


♦ Les peintures :


Les peintures sont des vernis colorés par des sels métalliques.

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6.13 Les colles et le caoutchouc


Les colles servent à assembler les pièces de bois (colles fortes) ou à coller les feuilles de contreplaqué (colles à la fibrine ou à la bakélite). Le caoutchouc entre dans la composition des pneus et des chambres à air, des extenseurs, des durites et du caoutchouc-mousse.


♦ Les colles :


Les différents types de colle :

1) Colles minérales

2) Colles de résines synthétiques thermodurcissables :
           Phénol Formol
           Résorcines Formol
           Urée Formol
           Mélamine Formol
           Polyuréthane
           Résines époxydes

3) Colles de résines synthétiques thermoplastiques :
           Acétate de polyvinyle
           Polyamides
           Chloroacétate de vinyle

4) Produits cellulosiques et dérivés de l'amidon :
           Acétate de cellulose
           Nitrate de cellulose
           Amidon
           Dextrine

5) Protéines :
           Caséine Soja

6) Colles animales, colle forte, colle de poisson :
           Albumine de sang
           Caséine

7) Colles à base de caoutchouc naturel ou synthétique :
           Latex
           Caoutchouc naturel ou régénéré
           Néoprène
           Butabiène Acrylonitrile.



♦ Les colles aéronautiques courantes :


Les colles anciennes :

Les colles fortes : sont à base de gélatine d'os, de cornes et de peaux. Elles se présentent sous forme de plaquettes jaune clair transparentes.
La préparation consiste à mélanger 4 parties de colle et 6 parties d'eau, puis à chauffer le mélange au bain-marie jusqu'à ce qu'il devienne visqueux ; la solution se conserve douze heures. On l'utilise à environ 70° dans une salle chauffée à 30° (sinon, on réchauffe les pièces au fer à 30°. Les pièces à assembler sont d'abord brettées au rabot spécial (Bretter = Pratiquer des dentelures avec un ébauchoir dentelé pour dégrossir le bois) pis chauffées. Ensuite on applique la colle chaude et on serre les pièces fortement pendant douze heures. L'assemblage peut être utilisé après quarante-huit heures. Enfin les joints sont rendus insolubles à l'aide de formol.

Les colles à la caséine : sont plus simples à utiliser que les colles fortes ci-dessus, car sans contraintes de température. Elles se présentent sous forme d'une poudre blanche fine ou grenue (mais passant au tamis à la maille de 2 mm.).
La préparation consiste à la dissoudre à froid dans l'équivalent de son propre volume d'eau ; on obtient ainsi un liquide fluide qui se conserve au maximum douze heures. Après assemblage, les pièces sont serrées et le séchage dure quarante-huit heures.

Les colles à la Fibrine : ou colles de sang contiennent 80 % d'albumine soluble. Elles se présentent sous forme de lamelles noires.
On utilise ce type de colle uniquement pour coller les plis de contreplaqué entre eux.

Les colles à la bakélite (Tego-film) : sert aussi au collage des plis de contreplaqué.


Les colles nitrocellulosiques : au nitrate de cellulose

Enduit colle nitrocellulosique, (réf E.4038 DIATEX)
Pour le collage de votre toile sur la structure bois, métal ou pour un collage toile-toile. A utiliser pur ou avec 20 % maximum de diluant E4930. Une heure d’attente entre chaque couche est nécessaire. A appliquer avec une brosse. Temps de séchage : 1 heure.


Les colles résorcine formol :
Elles servent pour le collage des bois entre eux. Mises au point vers les années 1990, ce sont des combinaisons résorcine formol, phénol acétylène, furfurol formol, offrant une bonne tenue aux intempéries. Elles n'ont qu'un seul défaut : leur prix de revient assez élevé.
Elles se présentent sous la forme d'une résine provenant de la polymérisation incomplète de la résorcine et du formol. Un durcisseur à base de formol, livré à part en même temps que la colle, permet à la polymérisation de reprendre et de se parachever. La polymérisation se produit en 4 à 5 heures à 25° ou 30°. Il faut répartir 200 à 250 g./m². sur les deux faces à assembler et les mettre en contact dans la demi-heure qui suit l'étendage de la colle. On attend environ un quart d'heure pour appliquer une pression de l'ordre de 2 à 5 Kg./cm².

Colles courantes à base de résorcine
Ces colles sont compatibles avec la norme NFL 17-990 qui a remplacé en 1995 l'ancienne norme AIR 8105. Les colles agréées sont répertoriées dans le fasicule GSAC 62-15 §3 (4e édition de 04.1995). Des essais de fendage sur éprouvettes et des essais simplifiés sont proposés dans le fasicule GSAC 62-15 §4.

Colles à base de résorcine les plus courantes (tableau 6.13-1 Nigel Stevens cahier du RSA n°265 p44, 2009)

Colle Fabricant / fournisseur Usage Agrément
Aérodux 185/155
ou Enocol (industrielle)
Bostik / Valex (Fr),
Friebe (D)
Avions en bois agréée en 1977
norme AIR 8105
Sader Marine, sans phénol
(étiquette bleue)
Bostik / Air menuiserie Avions en bois agréée
norme NFL 17-990
Sader Menuiseries extérieures
(étiquette verte)
Bostik / Gde distribution Portes, volets en bois non agréée
pas d'essais disponible


En ce qui concerne la colle Sader Marine, ses caractéristiques mécaniques sont requises pour les dossiers de conception et de réparation. Elles figurent dans la note SM 08.01 d'Air Menuiserie, disponible sur demande par e-mail.

Les données de sécurité sont sur www.bostikpro.com ou sur www.quick-fds.com.


♦ Le caoutchouc :


Le caoutchouc est tiré de la sève de certaines plantes tropicales telles que l'hévéa. A l'état naturel, il perdrait rapidement son élasticité ; il faut donc le "vulcaniser" par addition de 1,5 % de soufre.
En aviation, le caoutchouc entre dans la composition des pneus et des chambres à air, des extenseurs, des durites et du caoutchouc-mousse.

Pneus et des chambres à air
Les pneus d'avions sont conçus pour travailler à l'écrasement plutôt qu'au frottement. Ils sont donc très riches en gomme, et souvent renforcés par des toiles (textiles ou métalliques) noyées dans la gomme.

Les chambres à air sont constituées d'une feuille de para (feuille de caoutchouc) très souple, enroulée sur un mandrin et soudée par dissolution suivant une génératrice ; on rapproche les extrémités du boudin obtenu, puis on les manchonne et on les soude.
Le tableau des pneumatiques est donné Chapitre 2, §10.4.1 Calcul des contraintes appliquées au train d’atterrissage (Calcul des roues et des pneus).

Extenseurs
Les extenseurs (ou tenders) sont un assemblage de fils de caoutchouc pure gomme et pur soufre à section carrée d'un mm. de côté. Le nombre de fils est fixé par le tableau standard 6.13-2 ci-dessous. Chacun de ces fils est couvert d'une tresse en fil glacé noir avec deux filets colorés, qui permettent de distinguer le type d'extenseur.
On peut les utiliser comme amortisseurs (de train d'atterrissage ou de béquille), comme suspension d'instruments de bord, ou comme rappels élastiques de plans fixes.

Tableau standard des extenseurs en caoutchouc (tableau 6.13-2 R.G. Desgrandschamps)

f6.13-2
Voir aussi le Chapitre 2, § 10.4.1 : Calcul des contraintes appliquées au train d’atterrissage (Amortisseurs à sandows). Le graphique 10.4.1-3 donne l'allongement par kg. ou par kgm.

Amortisseurs à sandows : allongement (%) en fonction de la charge (K) et de l'énergie (Kgm.) absorbée (fig. 10.4.1-3 R.G. Desgrandschamps)

f10.4.1-3

Durites
Les durites sont des tubes qui raccordent les canalisations d'huile et d'eau, mais pas les canalisations d'essence. Elles doivent être souples, homogènes, fermes et résistantes aux agents physiques et chimiques. Ces tubes sont constitués d'une couche interne et d'une couche externe de caoutchouc, séparées par deux à quatre toiles de coton caoutchoutées.

Dimensions des durites du commerce (tableau 6.13-3 R.G. Desgrandschamps)

f6.13-3

Caoutchouc-mousse
Le caoutchouc-mousse sert à confectionner les coussins, les garnitures d'habitacle, les joints de capot, etc.
C'est une matière poreuse bien plus légère que l'eau, très souple, et donc un isolant thermique, acoustique et électrique qui absorbe les vibrations et les chocs.
On fabrique le caoutchouc-mousse en emprisonnant des bulles d'air dans du caoutchouc en fusion.

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6.14 Normes utilisables



Pour la cellule et les ailes, on peut utiliser l’ancienne norme française 2004-B (en système métrique), bien que pour un avion privé, son application ne soit pas exigée par le service technique de l'aéronautique, mais elle peut s'avérer utile.

Pour le train on peut se baser sur la norme américaine FAR 23 bien qu'ici aussi aucun essai de rupture de l'atterrisseur ne soit exigé.

Le tableau de propriétés ci-dessous est donné pour mémoire :

MATIERE Masse vol.
g/cm3
Mod. élasticité
Kg/mm2
Traction
Kg/mm2
Compression
Kg/mm2
Flexion
Kg/cm2
Peuplier 0,44 800 6 3,15 900
Spruce 0,46 1000 7 3,5 1000
Bouleau 0,70 1100 . . .
Frêne 0,72 1200 9 4,5 1500
Magnésium 1,80 4500 . . .
Alu 2017-A 2,80 7400 . . .
Carbone
pultrudé
1,53 13400 . . .
Acier A-37 7,80 20000 . . .

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