Nouveau

Composites en aérospatiale

Composites en aérospatiale

Le poids fait tout pour les machines plus lourdes que l’air, et les concepteurs s’efforcent sans cesse d’améliorer les rapports poids / charge depuis que l’homme a pris son envol pour la première fois. Les matériaux composites ont joué un rôle majeur dans la réduction de poids. Aujourd'hui, trois types principaux sont utilisés: les résines époxy renforcées de fibres de carbone, de verre et d'aramide .; il en existe d'autres, tels que le bore renforcé (lui-même un composite formé sur un noyau de tungstène).

Depuis 1987, l’utilisation des composites dans l’aérospatiale a doublé tous les cinq ans et de nouveaux composites apparaissent régulièrement.

Les usages

Les composites sont polyvalents et sont utilisés pour les applications structurelles et les composants, dans tous les aéronefs et engins spatiaux, des gondoles et des planeurs pour ballons à air chaud aux avions de ligne, des avions de chasse et la navette spatiale. Les applications vont des avions complets tels que le Beech Starship aux assemblages d'ailes, aux pales de rotors d'hélicoptères, aux hélices, aux sièges et aux boîtiers d'instruments.

Les types ont différentes propriétés mécaniques et sont utilisés dans différents domaines de la construction aéronautique. La fibre de carbone, par exemple, a un comportement à la fatigue unique et est fragile, comme l’a découvert Rolls-Royce dans les années 1960, lorsque le moteur à réaction innovant RB211 avec aubes de compresseur en fibre de carbone s’était écrasé de façon catastrophique à la suite de impacts d’oiseaux.

Alors qu'une aile en aluminium a une durée de vie en fatigue du métal connue, la fibre de carbone est beaucoup moins prévisible (mais s'améliore considérablement chaque jour), mais le bore fonctionne bien (comme dans l'aile du chasseur tactique avancé). Les fibres d'aramide («Kevlar» est une marque propriétaire bien connue appartenant à DuPont) sont largement utilisées sous forme de feuilles alvéolées pour construire des cloisons, des réservoirs de carburant et des planchers très rigides et très légers. Ils sont également utilisés dans les composants d'aile de bord d'attaque et de bord de fuite.

Dans le cadre d'un programme expérimental, Boeing a utilisé avec succès 1 500 pièces composites pour remplacer 11 000 pièces métalliques dans un hélicoptère. L’utilisation de composants à base de composites à la place du métal dans les cycles de maintenance se développe rapidement dans l’aviation commerciale et de loisirs.

Globalement, la fibre de carbone est la fibre composite la plus largement utilisée dans les applications aérospatiales.

Avantages

Nous en avons déjà abordé quelques-unes, telles que la réduction de poids, mais voici une liste complète:

  • Réduction du poids - des économies allant de 20% à 50% sont souvent citées.
  • Il est facile d'assembler des composants complexes à l'aide de machines de dépose automatisées et de procédés de moulage par rotation.
  • Les structures moulées monocoques («monocoques») offrent une résistance supérieure pour un poids nettement inférieur.
  • Les propriétés mécaniques peuvent être personnalisées grâce à une conception «en superposition», avec des épaisseurs de tissu de renforcement et une orientation décroissantes.
  • La stabilité thermique des composites signifie qu'ils ne se dilatent pas / ne se contractent pas excessivement avec un changement de température (par exemple, une piste d'atterrissage de 90 ° F à -67 ° F à 35 000 pieds en quelques minutes).
  • Résistance élevée aux chocs - les blindages en kevlar (aramide) des avions également - par exemple, pour réduire les dommages accidentels aux pylônes du moteur portant les commandes de moteur et les conduites de carburant.
  • Une tolérance aux dommages élevée améliore la capacité de survie en cas d'accident.
  • Les problèmes de corrosion «galvanique» - électrique - qui se produiraient lorsque deux métaux différents sont en contact (en particulier dans des environnements marins humides) sont évités. (La fibre de verre non conductrice joue ici un rôle.)
  • Les problèmes de combinaison fatigue / corrosion sont pratiquement éliminés.

Perspectives futures

Avec des coûts de carburant sans cesse croissants et un lobbying environnemental, les vols commerciaux subissent une pression constante pour améliorer leurs performances, et la réduction de poids est un facteur clé de l'équation.

Au-delà des coûts d’exploitation quotidiens, les programmes de maintenance des aéronefs peuvent être simplifiés par la réduction du nombre de composants et la réduction de la corrosion. La nature concurrentielle du secteur de la construction aéronautique garantit que toute possibilité de réduction des coûts d'exploitation est explorée et exploitée dans la mesure du possible.

La concurrence existe aussi au sein de l'armée, avec une pression continue pour augmenter la charge utile et la portée, les caractéristiques de performance de vol et la «surviabilité», non seulement des avions mais aussi des missiles.

La technologie des composites continue de progresser et l'apparition de nouveaux types tels que les formes de basalte et de nanotubes de carbone est appelée à accélérer et à développer l'utilisation des composites.

En matière aérospatiale, les matériaux composites sont là pour rester.