Configuration générale d'un aéronef

Un avion peut, d'une manière générale, être décomposé en un nombre limité d'ensembles : cellule, groupe motopropulseur, commandes de vol, servitudes de bord, avionique, emports.

Cellule

La cellule est constituée du fuselage, de la voilure, de l'empennage horizontal et de la dérive, du train d'atterrissage.

Le fuselage 

Le fuselage est une structure rigide aménagée pour transporter la charge utile de l'aéronef (à l'exception des emports) et pour supporter les autres sous-ensembles de la cellule. La section du fuselage est aussi réduite que possible afin de diminuer la traînée, elle est circulaire pour les aéronefs pressurisés afin d'augmenter la résistance. Sur les ULM et sur les anciens avions le fuselage peut se réduire à un treillis.

Article détaillé : Fuselage.

La voilure 

La voilure d'un avion est constituée de deux ailes qui génèrent la portance permettant le vol. La jonction avec le fuselage est faite sur le cadre principal ou sur un caisson qui forment la partie la plus solide de l'aéronef. L'extrémité de l'aile s'appelle le saumon. Sur certains avions, on trouve des dispositifs de bouts d'aile appelés « pennes » ou [winglet|winglets]. Elles servent à diminuer la [trainée induite] qui se produit en bout d'aile. Un « squelette » composé de longerons et de nervures assure la rigidité de la voilure. Le revêtement, initialement en toile puis en bois, est le plus souvent métallique et participe à la rigidité de la structure. Les matériaux composites sont utilisées sur les avions les plus récents. La voilure comporte des parties mobiles : les ailerons généralement en bout d'aile permettent de contrôler le roulis et les dispositifs hypersustentateurs situés sur le bord d'attaque et sur le bord de fuite sont utilisés au décollage et à l'atterrissage pour augmenter la portance.

Article détaillé : Voilure (aéronautique).

Les empennages 

Les empennages sont des surfaces disposées horizontalement et verticalement qui permettent d'assurer la stabilité de l'avion en tangage et en lacet. Leur constitution est identique à celle de la voilure. Ils comportent des parties mobiles, gouvernes de profondeur et de direction permettant de modifier l’attitude de l'avion. La configuration dite classique des empennages consiste à les placer de part et d'autre et au dessus de l'arrière du fuselage mais on trouve de nombreuses variantes.

Articles détaillés : Empennage et Dérive (empennage).

Le train d'atterrissage 

Le train d'atterrissage permet le roulage, le décollage et l'atterrissage. Le train classique (de moins en moins répandu) est composé d'un atterrisseur principal et d'une roulette de queue ; le train tricycle comprend un atterrisseur principal et une roulette de nez. Sur les avion lents et anciens le train est fixe. Le train est rétractable sur les autres avions. Une cinématique souvent complexe permet de le replier dans le fuselage (train monotrace), dans des nacelles situées sur les côtés du fuselage, dans les ailes ou à l'arrière de la nacelle moteur. Le rôle majeur du train principal est d'encaisser l'impact à l'atterrissage ; la roulette de nez ou de queue est utilisée pour diriger l'avion au sol.

Article détaillé : Train d'atterrissage.

Groupe motopropulseur

Le groupe motopropulseur est formé de un ou plusieurs moteurs fournissant une poussée qui équilibre la traînée de l'avion. Cette poussée est générée par une hélice entraînée par un moteur à pistons ou par un réacteur ou directement par réaction. Le nombre de moteurs est fonction de la poussée à générer et de considérations de sécurité en cas de panne. Le diamètre des hélices impose le placement des moteurs dans l'aile, en nombre pair, ou à l'avant du fuselage. Les réacteurs sont disposés le plus souvent en nacelle sous l'aile ou à l'arrière du fuselage, en nombre pair, ils sont intégrés dans le fuselage dans les avions de combat.

Article détaillé : Propulsion des aéronefs.

Commandes de vol

Le poste de pilotage est la partie du fuselage occupée par l'équipage. Il est situé à l'avant afin d'assurer la visibilité sauf dans le cas des monomoteurs ou il se trouve placé derrière ou dans celui des avions de combat où la pointe avant est occupée par le radar.

Le poste de pilotage regroupe les commandes utilisées par le pilote pour actionner les gouvernes, les moteurs et de nombreux autres dispositifs telles que le pas des hélices, les volets hypersustentateurs, les aérofreins, le train d'atterrissage, etc.. Les gouvernes de roulis (ailerons) et de tangage (profondeur) sont le plus souvent associées à un manche ou un volant. La gouverne de lacet (direction) est associée à un palonnier. Chaque moteur est commandé par une manette. Elles sont regroupées à la gauche du siège du pilote ou sur une console centrale pour les avions à deux pilotes.

La liaison entre l'actionneur et la gouverne est assurée par des câbles ou des tringles. Dans les avions « haut de gamme » plus récents les commandes sont électriques.

Articles détaillés : Cockpit, Gouverne, Aileron (aéronautique) et Élevon.

Servitudes de bord

Ensemble des systèmes qui fournissent ou transmettent l'énergie nécessaire au fonctionnement de l'aéronef ainsi que la vie à bord :

• circuit carburant pour l'alimentation des moteurs
• circuit électrique pour l'alimentation de l'avionique et des commandes de vol
• circuit hydraulique pour le fonctionnement des commandes de vol et du train d'atterrissage
• circuit d'air conditionné pour la pressurisation du fuselage et le confort des passagers

Article détaillé : Servitude de bord.

Avionique

Ensemble des systèmes qui permettent :

• la navigation : compas, centrale à inertie, GPS, recepteur VOR-DME, etc.
• le pilotage et le contrôle du vol : indicateurs d'attitude, altimètre, variomètre, paramètres moteurs, etc.
• les communications
• la connaissance de l'environnement du vol : radar météorologique, systèmes anti-collision, etc.

Article détaillé : Instrument de bord (aéronautique).

Interface homme-machine (IHM)

Les commandes de vol et l'avionique sont gérées à partir du poste de pilotage, dans lequel se trouve l'équipage, au travers de panneaux d'instruments et d'actionneurs qui constituent l'interface homme-machine.

Dans les aéronefs anciens et dans les avions légers actuels, l'IHM est directement liée à la commande vol ou à l'avionique, elle peut éventuellement en faire partie. Dans les aéronefs les plus récents, l'IHM tend à prendre la forme d'un écran d'ordinateur et d'un mini-manche qui commandent et contrôlent à distance.

Emport

Les emports, ou charge utile, sont les éléments que l'aéronef emporte et qui sont nécessaires à l'accomplissement de sa mission. La plupart des emports sont contenus dans le fuselage ; c'est le cas des avions de transport de passager ou de fret. Les emports des aéronefs militaires sont constitués par des armes qui sont souvent accrochées sous le fuselage ou sous la voilure. La cellule peut aussi être adaptée à certaines missions très particulières : le fuselage d'un avion de lutte contre l'incendie est constitué d'un réservoir d'eau.

Architecture type d'un aéronef

Il n'y a pas de solution unique pour dessiner un aéronef. Dans tous les cas le concepteur recherche un compromis entre les contraintes et les performances. Certaines solutions sont éprouvées et, pour un type de mission donné, les appareils produits ont un « air de famille ». Ceci n'empêche pas les tentatives de solutions originales.

En dehors des contraintes strictement liées à l'aéronef (capacité à remplir la mission, lois de l'aérodynamique, technologie de construction) les contraintes les plus courantes sont de nature économique (coût de production ou coût d'exploitation), respect des contraintes d'infrastructure (longueur des pistes, pression sur la piste, rayon de virage au sol, taille des bâtiments d'accueil, etc.)

Avion de transport de passagers long-courrier

Le premier vol de l'A380

Un Airbus A330-200 d'Etihad Airways

Un avion de transport de passagers long-courrier peut parcourir des distances de plusieurs milliers de kilomètres (jusqu'à 21 601 km en 2005^[1]) en emportant entre 200 et 400 passagers.

Caractéristiques générales de ce type d'avion :

• Le fuselage est de section cylindrique pour bien résister à la pressurisation en altitude. Le diamètre est fonction de la disposition des sièges : quatre sièges de front et une allée centrale dans les premiers quadrimoteurs à pistons des années 1950, puis six sièges de front dans les quadriréacteurs des années 1960. Les Jumbo jets apparus ensuite permettaient d'avoir huit, neuf et même dix sièges de front avec deux allées. La longueur du fuselage étant limitée par les dimensions des infrastructures au sol, l'Airbus A380 est doté de deux cabines cylindriques superposées (fuselage bi-lobé).
• La voilure est dite « basse » car le longeron principal de l'aile doit passer sous le plancher passagers. Cette disposition a l'inconvénient de couper la soute en deux parties ce qui nécessite d'avoir une porte de chargement du fret à l'avant et à l'arrière.
• Le groupe motopropulseur était constitué de quatre moteurs à pistons dans les années 1950, puis de quatre réacteurs. La fiabilité et la puissance des moteurs sont devenues telles qu'on accepte maintenant de n'avoir que deux réacteurs. En cas de panne d'un moteur au décollage, la puissance installée est suffisante pour poursuivre le décollage et revenir se poser. En cas de panne d'un moteur en croisière, on peut également poursuivre la croisière plusieurs heures (selon le type d'avion) sur un seul moteur. Les moteurs sont placés dans des nacelles disposées sous l'aile (meilleure accessibilité) ou à l'arrière du fuselage (diminution du bruit perçu par les passagers, meilleure aérodynamique de la voilure).
• Le train d'atterrissage est composé d'un train avant à deux roues, qui supporte un faible pourcentage de la masse de l'appareil (environ 5 %) et sert à diriger l'avion au sol, et d'un train principal de 2, 3 ou 4 bogies de 4 à 8 roues placé légèrement en arrière du centre de gravité. Le nombre de roues est imposé par la résistance des pistes d'atterrissage à l'impact (la masse de l'appareil est répartie sur une surface de contact donnée, la charge admissible dimensionnante pour les avions gros porteurs étant la piste de l'aéroport JFK à New York qui est construite sur pilotis). Les avions équipés de moteurs à hélices avaient des jambes de train suffisamment longues pour surélever le cercle de rotation des hélices. Le train se repliait dans la nacelle, en arrière du moteur intérieur (le plus près du fuselage). Sur les avions équipés de réacteurs, les trains principaux « extérieurs » (fixés sous les ailes) se replient latéralement, les roues venant se loger dans un renflement local du fuselage. Les avions les plus lourds présentent un ou deux bogies « intérieurs » supplémentaires (situés sous le fuselage) qui se replient dans le fuselage.

Avion de transport de fret

Beluga Airbus A-300-600ST

Caractéristiques générales de ce type d'avions :

• les avions de transport de fret utilisés par l'industrie civile sont en général des avions de transport de passagers modifiés. Le plancher est renforcé et une porte de chargement est ajoutée sur le côté. Le fret est généralement transporté sous forme de palettes et nécessite d'importants moyens de levage pour être amené dans la soute ou sur le plancher. Ils ne se distinguent d'un avion de transport de passagers que par la dimension des portes de chargement et éventuellement l'occultation des hublots. Certains appareils sont mixtes avec une cabine passagers et une cabine fret au-dessus du plancher.

• le Beluga Airbus A300-600ST d’Airbus représente un cas extrême de modification d'un avion civil. À partir de la cellule d'un A300 le diamètre du fuselage a été agrandi pour pouvoir y loger des tronçons de fuselage d'autres appareils ou d'autres éléments de dimensions hors normes comme les demi-voilures ou la dérive. Cet avion sert à transporter ces tronçons entre les usines de fabrication et l'usine d'assemblage final.

Airbus A400M

• les avions militaires de transport de fret (type Airbus A400M) ont un diamètre et une longueur de fuselage permettant d'accueillir certains éléments des forces de projection (par exemple : 2 chars). Ils sont munis d'une rampe de chargement à l'arrière et parfois d'un nez ouvrant ou basculant pour disposer une seconde rampe de chargement avant. Cette disposition permet le chargement sans moyen de levage, par simple roulement, et éventuellement le déchargement sans faire de marche arrière.

• le fuselage est doté d'une section rectangulaire (Cette forme est imposée par la nature des engins transportés) et arrondie (Le galbe est ajouté pour mieux résister à la différence de pression).

• la voilure est en position haute pour que le longeron principal ne coupe pas la soute et pour permettre au plancher d'être aussi bas que possible. Elle est dotée de dispositifs hypersustentateurs, becs et volets sur toute la longueur de la voilure, pour permettre une vitesse faible à l'atterrissage et l'utilisation de petits terrains aux pistes courtes.

• les empennages sont placés très haut de manière à dégager la rampe de chargement arrière et à dégager l'arrière de l'appareil car ceux-ci sont aussi utilisés pour le parachutage d'hommes ou de matériels.

• le groupe motopropulseur est situé sous la voilure pour une meilleure accessibilité. Les turbopropulseurs sont souvent préférés aux réacteurs car leurs performances d'atterrissage-décollage sont meilleures et que la vitesse de croisière n'est pas un élément primordial.

• le train se replie dans des nacelles accolées au fuselage. Cette disposition permet un train très court et un plancher aussi bas que possible pour faciliter le chargement. Les amortisseurs sont souvent dégonflables afin d'abaisser encore le plancher lorsque l'avion est en cours de chargement.

Avion de transport régional

Un ATR 42 de la Danish Air Transport

Un avion de transport régional est un très court/court courrier qui transporte quelques dizaines de passagers entre un aéroport local et un aéroport international. La capacité moyenne de ces avions est de l'ordre de 30 à 40 passagers, avec une tendance à augmenter vers 60 à 70 passagers.

Caractéristiques générales de ce type d'avions :

• fuselage de section cylindrique permettant d'installer trois à cinq sièges de front avec une seule allée.
• voilure haute : le plancher de la cabine est près du sol ce qui dispense de l'utilisation de passerelles d'accès et d'engins de levage pour les bagages. La voilure est équipée de dispositifs hypersustentateurs, volets de bord de fuite et parfois becs de bord d'attaque, pour permettre une vitesse faible à l'atterrissage et l'utilisation de terrains de moins de 2 kilomètres. Certains appareils utilisent des dispositifs particuliers telles que l'aile soufflée pour leur donner des caractéristiques d'ADAC (avions à décollage et atterrissage courts) leur permettant d'utiliser les petits aéroports situés près des centres-villes.
• groupe motopropulseur constitué de deux turbopropulseurs. Par rapport aux réacteurs, le rendement de propulsion supérieur des hélices rend ces avions beaucoup plus économiques, malgré une vitesse plus faible (environ 450 à 550 km/h). Certains appareils récents sont équipés de turbopropulseurs très puissants qui leur assure une vitesse moyenne de vol quasiment aussi élevée qu'un jet sur petits trajets (moins de 600 km).
• train d'atterrissage fixé aux nacelles moteurs, avec des jambes longues si l'aile est en position haute, ou bien en nacelle sur le côté du fuselage, ce qui permet de réduire les dimensions et la masse du train principal.

Avion militaire d'interception/chasse/bombardement stratégique/reconnaissance

Un Dassault Rafale des forces françaises

La variété des missions des avions militaires (interception, reconnaissance, appui-sol, etc.) impose certaines caractéristiques. Ces avions sont souvent multirôles, c'est-à-dire que l'adaptation à la mission se fait par le changement des emports.

Caractéristiques communes :

En plus des caractéristiques aérodynamiques et de la capacité à remplir une mission donnée l'avion militaire, contrairement à l'avion civil, doit être difficilement détectable (réduction de la signature électromagnétique et infrarouge). Les solutions utilisées que ce soit au niveau des matériaux utilisés comme au niveau de l'architecture sont parfois très différentes de celle d'un avion civil.

• Fuselage : réduit à l'habitacle du pilote, une case à avionique, des réservoirs de carburant et des propulseurs placés à l'arrière du fuselage.
• Voilure : les avions militaires sont les seuls désormais (depuis le retrait du Concorde) à utiliser une aile delta ou une aile à géométrie variable.
• Groupe motopropulseur : dans le fuselage
• Train d'atterrissage : repliable dans les ailes ou dans le fuselage.
• L'une des caractéristiques fondamentales est la manœuvrabilité. La plupart des aéronefs sont dessinés pour être stables, c’est-à-dire retrouver rapidement une position d'équilibre en cas de perturbation. La stabilité assure le confort du pilotage mais s'oppose à la manœuvrabilité, modification rapide de l'attitude et de la trajectoire de l'aéronef. Sur le plan de l'architecture elle se traduit par la réduction, voir la suppression des empennages stabilisateurs ou par l'utilisation d'un dièdre négatif pour la voilure.

Avion d'affaires

Un petit avion d'affaires

Un avion d'affaires permet de transporter quelques passagers, de l'ordre d'une dizaine ou moins. Les conditions de confort sont généralement luxueuses.

Il existe plusieurs type d'utilisation pour cette catégorie d'avion.

• Commerciale : le ou les propriétaire(s) louent leur avion à un client pour un coût fixé à l'heure de vol. Dans ce cas, les règles commerciales s'appliquent, un équipage de deux pilotes est nécessaire ainsi que deux moteurs, etc.
• Privée : le ou les propriétaire(s) ainsi que les membres de leur famille proche peuvent l'utiliser. Ici les règles sont différentes, si le constructeur a certifié l'appareil avec un seul pilote, il peut être piloté par un seul pilote et il peut aussi s'agir d'un appareil monomoteur tel que le Pilatus PC12 ou TBM 700.

Un avion d'affaires peut être vu :

• Comme un avion de transport de passager miniature. L'architecture est alors identique. Le diamètre du fuselage ne permet que de placer deux sièges de front et il n'y a pas de soute. L'aile basse oblige à disposer les réacteurs en nacelle à l'arrière du fuselage.
• Comme un avion de tourisme de catégorie supérieure. L'architecture est identique sauf le recours à deux moteurs afin de satisfaire aux exigences du vol tout temps.

Avion de tourisme

Piper Cub

Cette catégorie recouvre les avions monomoteurs de une à quatre places.

Ils sont utilisés pour le tourisme aérien et ne sont donc pas forcément équipés pour voler par mauvais temps. Les écoles de pilotage ont souvent recours à ce type d'appareil pour la formation initiale des pilotes.

Caractéristiques générales de ce type d'appareil :

• leur structure peut être réalisée en bois/contreplaqué, en tôle d'aluminium ou en composite (stratifié résine et fibre de verre ou de carbone) ;
• le groupe motopropulseur est constitué d'un moteur à piston entraînant une hélice ; dans la très grande majorité des cas il est situé à l'avant du fuselage ;
• le train d'atterrissage est le plus souvent fixe afin de diminuer la masse et la fragilité, l'effet sur les performances n'étant pas très important ; les avions légers sont en très forte majorié équipés de train tricycle : roulette de nez et train principal en arrière du centre de gravité ; les modèles les plus anciens utilisent le train « classique » : train principal en avant du centre de gravité et roulette de queue.

Notes et références

1. ↑ Boeing 777-200LR Sets New World Record for Distance

Voir aussi

• Configuration d'aile