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Chouchenn

Chouchenn - Partie 4

4ème partie : Les ailes

Avant d’entrer dans le vif du sujet il me faut mentionner un oubli qui est intervenu dans le précédent épisode au sujet de la liaison du train AV au fuselage. Des renforts en tube d’acier 25cd4s sont disposés entre la cloison PF et le tube de 45mm ainsi qu’entre ce même tube et les lisses supérieures du fuselage. Une image dans la description du train AV montre ces 4 éléments mais ils n’apparaissent pas dans les plans. Un additif aux plans sera prochainement ajouté.

Construction de l’aile

L’étude de l’aile et les choix qui l’accompagnent ont finalement abouti à l’option très classique du profil 23015 muni de volets à simple fente. Une envergure de 8.5 m pour une corde de 1 m fournit un allongement intéressant tandis que les volets déployés à 35° apporte un Cz max. théorique de l’ordre de 2.4. D’autres profils, laminaires par exemple, auraient sans doute été plus performants dans une partie du domaine de vol envisagé, mais la plus grande documentation disponible sur le 23015, sa bonne tolérance aux écarts de forme et les nombreux retours d’expérience ont été décisifs.

Rectangulaire et d’épaisseur constante, l’aile est en 2 parties (G et D) qui s’engagent dans le fuselage ce qui permet sa fabrication dans un espace de taille courante et un montage/démontage ultérieur assez aisé. Sur l’avion, l’aile bâbord est donc placée derrière l’aile tribord, le décalage est d’environ 27mm (épaisseur du longeron). Deux broches en acier lient les longerons entre eux ainsi qu’aux cadres n°3 & 4 du fuselage.

La technologie retenue est la suivante : un longeron principal, placé près du foyer du profil pour tenir les efforts tranchants et de flexion est associé à un longeronnet AR pour la torsion et reprendre les contraintes induites par la ressource et la traînée. Longerons principaux et longeronnets AR sont munis des pièces de liaison de l’aile au fuselage. De plus ces derniers sont reliés par une barre de ressource en acier. Le revêtement, qui contribue aussi à tenir les efforts de torsion, est constitué de CP OK de 1.5 mm. Il repose sur un ensemble de nervures en mousse de PVC qui sont collées sur les longerons.

Les différents matériaux engagés dans cette réalisation sont assez variés (Pin d’Orégon/spruce, CP okoumé et bouleau, hêtre, résine époxy, fibre de carbone/verre, alliage aluminium, acier 25cd4s, inox, mousse PVC etc.) ce qui impose de connaître précisément les caractéristiques de chacun, leur mise en oeuvre et les interactions possibles, le mode de liaison et de protection le plus approprié etc. Pour exemple, le 2017 ne supporte pas le carbone et n’est pas très à l’aise en atmosphère marine mais peut être collé sur le bois. Ainsi la construction de l’aile a été longue car il a fallu procéder à de nombreux calculs et essais.

Débattements volets et ailerons

Les liaisons par collage sont majoritaires. Ici aussi il faut rester vigilant sur l’usage simultané de différents types colles car certaines sont incompatibles. On peut dire la même chose des vernis utilisables pour la protection des parties internes de l’aile. Sur l’aile la majorité des collages a été réalisée à la résine époxy chargée à la demande.
Concernant la visserie, l’inox a été utilisé à chaque fois que c’était possible et disponible.

Le chantier d’assemblage

Réalisé à partir des profils d’extrados (en CP et tasseaux) fixés sur établi.

Pour l’outillage et l’équipement, il faut disposer d’un local bien dimensionné, disponible plusieurs mois avec une aération, température et hygrométrie adaptée pour travailler confortablement et stocker les matériaux. Un établi rectiligne de plus de 5x1.2m est absolument nécessaire ; il permet d’y installer le chantier d’assemblage de l’aile. Outre l’outillage habituel il faut disposer d’une pompe ‘’à vide’’ pour la fabrication du longeron, d’un dispositif pour découpe au fil chaud pour les profils en polystyrène, d’une défonceuse et de fraises à roulement pour les nervures en PVC.

La découpe du polystyrène au fil chaud

"Machine" et gabarit en alu

Le principe consiste à faire passer un courant électrique dans un fil d’inox de 0.8 mm.
L’échauffement ainsi créé permet de fondre le polystyrène. Par essais on parvient aisément à trouver la tension qui convient (Variac) en fonction de son rythme d’avancement dans la matière.

Le longeron principal est en bois/carbone, dimensionné comme le reste de l’aile pour tenir 9 g. Les semelles ont été réalisées à partir d’un rouleau de tissu carbone unidirectionnel de 50 mm de large imprégné manuellement de résine époxy. Les lés imprégnés ont été empilés et étirés dans un moule confectionné à cet effet. Ensuite il a fallu mettre en dépression pendant la polymérisation à l’aide d’une pompe à vide et d’un grand sac en plastique étanche. A l’issue,
une étuve en polystyrène, munie de lampes à incandescence en guise de résistances de chauffage et d’une petite turbine a permis la post-cuisson conformément aux prescriptions du fabricant de la résine.


Réalisation des moules à partir d’un UPN acier de 50 et procédé de stratification des semelles

Schéma du longeron :

La stratification en images :

Les deux pièces de carbone ainsi obtenues ont été débitées dans le sens de la longueur pour enfin avoir 4 semelles de 20 mm de large.
Cette opération délicate a été effectuée en utilisant une scie circulaire diamantée et un filet d’eau sur la coupe.

Le procédé de fabrication des semelles décrit ici n’est pas exclusif. Il a été retenu car il était réalisable par l’auteur qui disposait du matériel et de l’expérience minimale nécessaire. D’autres formules
sont possibles de même la sous-traitance avec un professionnel ne doit pas être écartée, vu l’enjeu.

Assemblage :

A ce stade il a fallu coller des lattes de spruce pour sandwicher les semelles de carbone avant de procéder à l’assemblage final avec la partie centrale elle-même en mousse de PVC. A l’endroit du passage des broches de liaison au fuselage des renforts locaux en hêtre ont été insérés. Les flancs du longeron, ont alors reçu chacun un tissu carbone (bibiais) de 300g et un CP de bouleau de 2.5 mm débité à 45°. Tous les collages au niveau des longerons ont été réalisés à l’aide de résine époxy chargée à la demande.

Le premier longeron ainsi réalisé a été testé à la maison jusque 3 g. Un ami équipé d’un dispositif adapté a permis d’aller jusque 5.1 g avec une déformée correcte mais sans parvenir à la rupture. En effet, sous la contrainte le longeron se vrille malgré des guides latéraux et la poursuite de l’essai dans ces conditions n’aurait pas été probante. Néanmoins ce résultat a été considéré satisfaisant et deux longerons supplémentaires ont été alors confectionnés.

Les longeronnets AR & AV sont constitués de 2 baguettes de spruce 15x18 collées sur un CP OK de 2 mm. Des renforts locaux en CP ou composites sont disposés au droit des fixations des ferrures de volets, d’ailerons et de liaison au fuselage. Le longeronnet AV ne s’imposent pas pour la reprise des efforts.
Qu’il s’agisse du corps de l’aile ou des volets/ailerons, les nervures sont réalisées en mousse PVC. Certaines d’entre elles, au droit des ferrures, sont renforcées par l’utilisation de mousse plus dense et l’adjonction de flancs en cp d’okoumé. Des lumières sont aménagées pour le passage des bielles de commande, durit de Pitot, eau de condensation ou équipression. Pour les ailerons et volets, quelques nervures
destinées à recevoir les efforts de commande, sont réalisées en cp de 6 mm.
Le bord d’attaque est fabriqué au fil chaud dans du polystyrène extrudé de 50 mm d’épaisseur. Les éléments ainsi obtenus sont collés bout à bout pour obtenir une longueur d’environ 4 m qui est ensuite stratifiée de bibiais verre/époxy. L’ensemble est alors collé sur la partie avant des nervures d’aile. C’est ce même procédé qui a été utilisé pour réaliser les BA d’ailerons et de volets ainsi que leur fente respective.
Le revêtement en cp okoumé de 1.5 est collé à l’époxy chargée ou à la Structan sur les nervures. La protection des surfaces internes est réalisée à l’époxy dilué ou avec le vernis G4 parfaitement compatible avec la colle polyuréthane. La face intérieure de l’extrados reçoit 2 couches de verre-époxy entre les 5 premières nervures. Ce renfort permet de marcher sur l’aile pour accéder au cockpit. Extérieurement c’est le
marouflage à l’aide de tissu de verre de 100g + époxy qui fait l’affaire. Bien entendu au final l’ensemble est mastiqué, poncé, apprêté puis peint.

Volets et ailerons comportent un longeron en baguettes de 10x10 mm de spruce (semelles) collées sur 2 CP OK de 2 mm (âmes), de nervures en mousse de PVC ou CP de 6 mm selon leur fonction et d’un revêtement de CP OK1.5 mm. Des renforts locaux sont placés sur les nervures qui reçoivent les ferrures. Pour le revêtement, le procédé est identique à celui de l’aile.

 

Dans le corps de l’aile, entre les nervures AR N20 & N21, un espace est spécialement aménagé pour recevoir le guignol d’aileron et les bielles qui s’y rattachent.

Les ‘’ferrures’’ d’ailerons et volets sont débitées à la scie sauteuse dans une tôle de 2017 de 4 mm finies au lapidaire et après décapage elles sont anodisées. Ensuite elles sont percées et pour certaines garnies de cornières pour leur fixation au longeronnet AR d’aile. Les paliers de rotation sont équipés de rotules de Ø 6 mm.

Des winglets amovibles en verre/époxy sont fixés par vis sur les parties débordantes du revêtement aux extrémités des ailes. Les deux pièces sont fabriquées à partir de moules perdus en polystyrène. Une fois démoulés un raidisseur est collé à l’intérieur de chacun.

De nombreux autres documents photographiques de l’aile, des volets et ailerons sont disponibles à la demande.
En dépit de plusieurs contrôles il se pourrait néanmoins que des erreurs aient échappé à notre vigilance. Si tel était le cas un mail retour est bienvenu.

 

Louis Noblet

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