Avions : principaux composants (fuselage, ailes, empennage, train d'atterrissage, groupe motopropulseur)

Bien que les avions soient conçus à des fins diverses, la plupart d'entre eux ont les mêmes composants principaux. Les caractéristiques globales sont largement déterminées par les objectifs de conception d'origine. La plupart des structures d'avion comprennent un fuselage, des ailes, un empennage, un train d'atterrissage et un groupe motopropulseur. 

Fuselage

Le fuselage est le corps central d'un avion et est conçu pour accueillir l'équipage, les passagers et le fret. Il fournit également la connexion structurelle pour les ailes et l'empennage. Les types d'avions plus anciens utilisaient une structure en treillis ouverte construite en bois, en acier ou en tubes d'aluminium. Les types les plus populaires de structures de fuselage utilisées dans les avions d'aujourd'hui sont la monocoque (français pour « coque unique ») et semi-monocoque. 

Ailes

Les ailes sont des profils aérodynamiques attachés de chaque côté du fuselage et sont les principales surfaces portantes qui supportent l'avion en vol. Il existe de nombreuses conceptions, tailles et formes d'ailes utilisées par les différents fabricants. Chacun répond à un certain besoin en ce qui concerne les performances attendues pour l'avion en question.

Les ailes peuvent être fixées en haut, au milieu ou en bas du fuselage. Ces conceptions sont appelées respectivement aile haute, moyenne et aile basse. Le nombre d'ailes peut également varier. Les avions avec un seul ensemble d'ailes sont appelés monoplans, tandis que ceux avec deux ensembles sont appelés biplans. 

De nombreux avions à ailes hautes ont des entretoises externes ou des entretoises d'aile qui transmettent les charges de vol et d'atterrissage à travers les entretoises à la structure principale du fuselage. Étant donné que les haubans d'aile sont généralement fixés à peu près à mi-chemin sur l'aile, ce type de structure d'aile est appelé semi-porte-à-faux. Quelques avions à ailes hautes et la plupart des avions à ailes basses ont une aile entièrement en porte-à-faux conçue pour supporter les charges sans entretoises externes.

Les principales parties structurelles de l'aile sont les longerons, les nervures et les longerons. Ceux-ci sont renforcés par des fermes, des poutres en I, des tubes ou d'autres dispositifs, y compris la peau. Les nervures de l'aile déterminent la forme et l'épaisseur de l'aile (profil aérodynamique). Dans la plupart des avions modernes, les réservoirs de carburant font soit partie intégrante de la structure de l'aile, soit sont constitués de conteneurs flexibles montés à l'intérieur de l'aile.  

Fixés à l'arrière ou aux bords de fuite des ailes se trouvent deux types de gouvernes appelées ailerons et volets. Les ailerons s'étendent d'environ le milieu de chaque aile vers l'extérieur vers l'extrémité et se déplacent dans des directions opposées pour créer des forces aérodynamiques qui font rouler l'avion. Les volets s'étendent vers l'extérieur du fuselage jusqu'à près du milieu de chaque aile. Les volets sont normalement au ras de la surface de l'aile pendant le vol de croisière. Lorsqu'ils sont sortis, les volets se déplacent simultanément vers le bas pour augmenter la force de portance de l'aile pour les décollages et les atterrissages.

Autres types d'ailes

On trouve souvent d'autres types d'ailes sur les avions. La forme et la conception d'une aile dépendent du type d'opération pour laquelle un aéronef est destiné et sont adaptées à des types de vol spécifiques. Ces variations de conception sont abordées au chapitre 5, Aérodynamique du vol, qui fournit des informations sur l'effet des commandes sur les surfaces de levage des ailes traditionnelles aux ailes qui utilisent à la fois la flexion (due au gonflement) et le déplacement (par le changement du CG de l'avion). Par exemple, l'aile de l'avion de contrôle du transfert de poids est fortement balayée dans le but de réduire la traînée et de permettre le transfert de poids pour fournir un vol contrôlé.

Empennage

L'empennage comprend l'ensemble du groupe de queue et se compose de surfaces fixes, telles que le stabilisateur vertical et le stabilisateur horizontal. Les surfaces mobiles comprennent le gouvernail, la gouverne de profondeur et un ou plusieurs volets compensateurs.

Le gouvernail est fixé à l'arrière du stabilisateur vertical. Pendant le vol, il est utilisé pour déplacer le nez de l'avion vers la gauche et vers la droite. La gouverne de profondeur, qui est fixée à l'arrière du stabilisateur horizontal, est utilisée pour déplacer le nez de l'avion de haut en bas pendant le vol. Les volets compensateurs sont de petites parties mobiles du bord de fuite de la surface de contrôle. Ces volets compensateurs mobiles, qui sont commandés depuis le poste de pilotage, réduisent les pressions de commande. Des volets compensateurs peuvent être installés sur les ailerons, la gouverne de direction et/ou la gouverne de profondeur.

Un deuxième type de conception d'empennage ne nécessite pas d'ascenseur. Au lieu de cela, il intègre un stabilisateur horizontal monobloc qui pivote à partir d'un point d'articulation central. Ce type de conception s'appelle un stabilisateur et est déplacé à l'aide de la molette de commande, tout comme l'ascenseur est déplacé. Par exemple, lorsqu'un pilote tire sur le volant, le stabilisateur pivote pour que le bord de fuite remonte. Cela augmente la charge aérodynamique de la queue et fait monter le nez de l'avion. Les stabilisateurs ont une languette antiservo s'étendant sur leur bord de fuite.

La languette antiservo se déplace dans la même direction que le bord de fuite du stabilisateur et contribue à rendre le stabilisateur moins sensible. Le tab antiservo fonctionne également comme un tab compensateur pour soulager les pressions de commande et aide à maintenir le stabilisateur dans la position souhaitée. 

Train d'atterrissage 

Le train d'atterrissage est le support principal de l'avion lorsqu'il est stationné, roule, décolle ou atterrit. Le type de train d'atterrissage le plus courant est constitué de roues, mais les avions peuvent également être équipés de flotteurs pour les opérations nautiques ou de skis pour l'atterrissage sur la neige.

Le train d'atterrissage à roues se compose de trois roues - deux roues principales et une troisième roue positionnées à l'avant ou à l'arrière de l'avion. Le train d'atterrissage avec une roue montée à l'arrière est appelé train d'atterrissage conventionnel. 

Les avions équipés d'un train d'atterrissage conventionnel sont parfois appelés avions à roue arrière. Lorsque la troisième roue est située sur le nez, elle est appelée roue avant et la conception est appelée engrenage de tricycle. Une roue avant ou une roue arrière orientable permet de contrôler l'avion tout au long de toutes les opérations au sol. La plupart des avions sont dirigés en déplaçant les pédales de gouvernail, qu'il s'agisse de la roue avant ou de la roue arrière. De plus, certains aéronefs sont dirigés par freinage différentiel. 

La centrale électrique

Le groupe motopropulseur comprend généralement à la fois le moteur et l'hélice. La fonction principale du moteur est de fournir la puissance nécessaire pour faire tourner l'hélice. Il génère également de l'énergie électrique, fournit une source de vide pour certains instruments de vol et, dans la plupart des avions monomoteurs, fournit une source de chaleur pour le pilote et les passagers. Le moteur est recouvert d'un capotage, ou d'une nacelle, qui sont les deux types de capotage. Le capot ou la nacelle a pour but de rationaliser le flux d'air autour du moteur et d'aider à refroidir le moteur en canalisant l'air autour des cylindres.  

L'hélice, montée à l'avant du moteur, traduit la force de rotation du moteur en poussée, une force agissant vers l'avant qui aide à déplacer l'avion dans les airs. Une hélice est un profil aérodynamique rotatif qui produit une poussée par action aérodynamique. Une zone à haute pression est formée à l'arrière du profil aérodynamique de l'hélice et une basse pression est produite sur la face de l'hélice, de la même manière que la portance est générée par un profil aérodynamique utilisé comme surface de levage ou aile. Cette différence de pression développe la poussée de l'hélice, qui à son tour tire l'avion vers l'avant. Les moteurs peuvent être retournés pour être des pousseurs avec l'hélice à l'arrière.

Il y a deux facteurs importants impliqués dans la conception d'une hélice qui ont un impact sur son efficacité. L'angle d'une pale d'hélice, mesuré par rapport au moyeu de l'hélice, maintient l'angle d'attaque (AOA) (voir la définition dans le glossaire) relativement constant le long de la portée de la pale d'hélice, réduisant ou éliminant la possibilité d'un décrochage. La quantité de portance produite par l'hélice est directement liée à l'angle d'attaque, qui est l'angle auquel le vent relatif rencontre la pale. L'angle d'attaque change continuellement pendant le vol en fonction de la direction de l'avion. 

Le pas est défini comme la distance qu'une hélice parcourrait en un tour si elle tournait dans un solide. Ces deux facteurs se combinent pour permettre une mesure du rendement de l'hélice. Les hélices sont généralement adaptées à une combinaison avion/groupe motopropulseur spécifique pour obtenir le meilleur rendement à un réglage de puissance particulier, et elles tirent ou poussent selon la façon dont le moteur est monté. 

Sous-composants 

Les sous-composants d'un avion comprennent la cellule, le système électrique, les commandes de vol et les freins.

La cellule est la structure de base d'un aéronef et est conçue pour résister à toutes les forces aérodynamiques, ainsi qu'aux contraintes imposées par le poids du carburant, de l'équipage et de la charge utile. 

La fonction principale d'un système électrique d'aéronef est de générer, de réguler et de distribuer de l'énergie électrique dans tout l'aéronef. Il existe plusieurs sources d'alimentation différentes sur les aéronefs pour alimenter les systèmes électriques de l'aéronef. Ces sources d'alimentation comprennent : les générateurs de courant alternatif (CA) entraînés par moteur, les groupes auxiliaires de puissance (APU) et l'alimentation externe. Le système d'alimentation électrique de l'avion est utilisé pour faire fonctionner les instruments de vol, les systèmes essentiels, tels que l'antigivrage, et les services aux passagers, tels que l'éclairage de la cabine. 

Les commandes de vol sont les dispositifs et systèmes qui régissent l'attitude d'un aéronef et, par conséquent, la trajectoire de vol suivie par l'aéronef. Dans le cas de nombreux avions conventionnels, les commandes de vol principales utilisent des surfaces de bord de fuite articulées appelées ascenseurs pour le tangage, les ailerons pour le roulis et le gouvernail pour le lacet. Ces surfaces sont actionnées par le pilote dans le poste de pilotage ou par un pilote automatique. 

Dans le cas de la plupart des avions modernes, les freins d'avion se composent de plusieurs plaquettes (appelées plaquettes d'étrier) qui sont pressées hydrauliquement les unes vers les autres avec un disque rotatif (appelé rotor) entre elles. Les patins exercent une pression sur le rotor qui tourne avec les roues. En raison de la friction accrue sur le rotor, les roues ralentissent et arrêtent de tourner. Les disques et les plaquettes de frein sont fabriqués soit en acier, comme ceux d'une voiture, soit en un matériau en carbone qui pèse moins et peut absorber plus d'énergie. Parce que les freins des avions sont utilisés principalement lors des atterrissages et doivent absorber d'énormes quantités d'énergie, leur durée de vie se mesure en atterrissages plutôt qu'en miles.