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Un train d'atterrissage est l'ensemble des composants participant aux fonctions d'atterrissage, de roulage, dorientation, de freinage et de décollage de l'avion.
Si la mission d'un avion est de voler, plusieurs phases de son cycle opératoire se déroulent sur le sol. Ainsi, à lissue du vol, l'avion doit pouvoir se poser et ralentir sur la piste d'atterrissage de son lieu de destination, avant de sacheminer vers son point de stationnement. Il doit ensuite pouvoir en repartir pour se diriger vers la piste de décollage, s'y élancer et prendre son envol vers une nouvelle destination.
Laccomplissement de toutes ces opérations par le train d'atterrissage requiert lintervention d'une variété de matériels embarqués dont les multiples missions englobent la transmission des efforts, labsorption d'énergie cinétique (verticale et horizontale), la manuvrabilité sur le sol, lescamotage en vol de ce matériel, ainsi que la commande et le contrôle de certaines de ces opérations.
Il se compose des atterrisseurs auxiliaires et principaux fixe, sortant/rentrant. Sy rattachent également les éléments hydrauliques nécessaires, pompes, vérins, distributeurs, composants de circuits hydrauliques.
- Les atterrisseurs principaux sont généralement situés près du centre de gravité de l'avion. Ils absorbent l'énergie cinétique due à la composante verticale de la vitesse de l'avion lors du contact avec le sol, supportent l'essentiel du poids de l'avion et assurent la suspension de l'avion lors de la phase de roulage. Lécart entre les atterrisseurs s'appelle une voie et celui entre les principaux et lauxiliaire est nommé empattement.
- Latterrisseur auxiliaire est positionné sous le nez de l'avion. Il est appelé alors, atterrisseur avant. Son rôle est dassurer l'équilibre longitudinal de l'avion au sol, statiquement et dynamiquement. Il sert aussi à manoeuvrer l'avion avec le palonnier. Les trains avant sont équipés souvent de 2 roues portées par un axe (la fusée) l'ensemble se nomme un diabolo.
Les efforts subis par les trains d'atterrissage :
- Compression causé par le poids de l'avion.
- Flexion avant causé par linclin'aison de la jambe de train.
- Flexion arrière causé par le roulage et le freinage.
- Flexion latérale ou torsion causé par un atterrissage ripé ou roue en porte à faux.
Il existe principalement deux types de train d'atterrissage :
Train classique qui comporte deux éléments de roulement principaux placés en avant du centre de gravité et un élément porteur placé à la queue de l'appareil.
Au roulage l'avion ne doit pas bascule vers lavant, car rien n'est là pour arrêter ce mouvement et lhélice toucherait le sol. Donc il ne faut pas faire de freinage brusque, mais bien maintenir la profondeur et veiller d'où vient le vent. Dautre part, du fait de l'angle très cabré du fuselage avec le sol, le capot moteur masque une partie de la vue du pilote vers lavant. Sur certains avions, il faut avancer en zigzag, en faisant des S afin de voir où lon va en regardant par les côtés de l'avion.
Au décollage on lève l'arrière de l'avion, la roulette de queue ne touche plus le sol et la prise de vitesse se fait en roulant sur les deux roues du train principal. Leffet gyroscopique dû à la rotation de lhélice se fait plus sentir que sur les avions à train tricycle et l'avion est alors également plus sensible au vent de travers. Une fois la vitesse de rotation atteinte, une très légère assiette à cabrer est suffisante pour décoller.
A l'atterrissage plusieurs solutions existent après larrondi :
- toucher les trois roues en même temps.
- toucher la piste avec les deux roues du train principal et une fois la vitesse diminuée, la roulette de queue se pose au sol.
- toucher sur une des roues du train principal, celle au vent, puis la deuxième et enfin la roulette de queue.
Train tricycle qui comporte deux éléments de roulement placés en arrière du centre de gravité et d'une roue, parfois plus petite, à lavant du fuselage.
Au roulage la roue avant permet de bien maintenir l'avion dans la direction qu'on veut lui donner.
Au décollage maintenir l'avion au sol sur ses trois roues jusqu'à ce que la vitesse de rotation soit atteinte.
A l'atterrissage le train principal qui doit toucher le premier est conçu pour amortir de plus gros chocs que la roulette avant qui est fragile. Une fois la vitesse diminuée la roulette avant peut être posée.
Un atterrissage trop dur sur la roulette peut entraîner sa rupture, c'est le capotage et au mieux l'avion sen tire avec le train avant et lhélice à changer, bien que souvent le moteur souffre aussi. Mais l'avion peut également se retourner, ce qui est beaucoup plus grave et très dangereux.
Un atterrisseur est composé de :
- un caisson ou fût qui est lenveloppe de lamortisseur t qui reçoit les efforts verticaux.
- une jambe qui est un amortisseur généralement du type oléopneumatique mais il peut être aussi (à rondelles de caoutchouc, à ressorts, à air).
- un vérin de manuvre qui permet de faire rentrer ou sortir le train dans sa cage.
- une contrefiche principale qui subit des efforts suivant son axe et encaisse les efforts de ripage et dérapage.
- une contrefiche second'aire qui permet le maintien en position ouverte de la contrefiche principale.
- un compas qui permet dempêcher la rotation de la tige coulissante par rapport au caisson.
- un balancier qui est en liaison pivot avec la tige de lamortisseur en son centre cela permet aux roues d'être en contact avec le sol quelque soit le sol. Cela permet aussi de pouvoir donner un léger angle de chasse à latterrisseur pour mieux encaisser les efforts de freinage.
- un amortisseur de tangage qui absorbe les vibrations du balancier au sol et permet en vol sont maintient par rapport à la jambe.
- d'un pneu qui assure la liaison entre le sol et l'avion.
- d'une jante qui agit comme une enveloppe mince sur laquelle la charge de l'avion est repartie via lazote contenu dans le pneu.
- une fusée qui est larbre qui supporte les roues.
- d'un système de freinage qui exerce une force qui comprime l'ensemble (rotors/stators), les rotors étant des disques et les stratos des plaquettes en carbone, engendre un frottement entre plusieurs surfaces qui conduit au freinage de l'avion.
- une barre de réaction au freinage qui permet de mettre en relation le couple du freinage de chaque bloc de frein avec la jambe.
- un ressort de verrouillage qui permet de maintenir la contrefiche de verrouillage lorsque le train est sortie en mode secours.
- une trappe pantalon et second'aire qui est solid'aire à a la jambe du train permettant ainsi de garder le profil de laile.
Une jante est composé de :
- de roulement à roul'eaux qui supportent les efforts axiaux et radiaux importants.
- de rondelles, décrous de fixation et boulons destiné à l'assemblage des pièces.
- de joint détanchéité pour éviter les fuites de fluide.
- de bouchons fusible qui assurent la dépressurisation du pneu en cas de température trop importante.
- de valves de gonflage fixée sur la jante qui permet de gonfler ou de dégonfler le pneu.
- d'un ensemble de freinage à pistons constitué de disques fixes et mobiles.
- d'un bouclier thermique qui évite la propagation de la chaleur vers le pneu.
Pneu et hydroplanage
Les avions utilisent des pneumatiques dits sans chambre ou tubeless, car la chambre n'est pas un élément indépendant mais fait entièrement partie de la carcasse. Cette chambre est un revêtement étanche collé à l'intérieur du pneu permettant d'augmenter la sécurité. Tous les pneumatiques sont gonflé à lazote.
- La carcasse qui est enveloppe du pneu est constitué d'un certains nombre de plis proportionnels aux charges que le pneu doit encaisser.
- Les talons assurent la prise du pneu sur la jante et comportent un anneau constitué de fils dacier tressés autour duquel viennent senrouler les plis.
- Les frettes protègent et renforcent la carcasse, lorsqu'ils apparaissent le pneu est à changer.
Les paramètres influents
La vitesse de roulage, qui produit des efforts centrifuges sur la bande de roulement.
Laplatissement du pneumatique, qui provoque un échauffement des flancs et une usure anormale.
La chaleur, qui diminue les caractéristiques de larmature et du caoutchouc limitant la résistance à la fatigue du pneu.
La charge admissible, qui augmente avec la pression de gonflage du pneu.
La pression de gonflage, qui définit le taux daffaissement du pneu en fonction de la charge statique. La pression maximum de gonflage ne doit pas dépasser le quart de la pression déclatement. Cette pression est vérifier par léquipe au sol une fois par jour quand le pneu est froid.
Usure des pneumatiques
La limite dusure normale est atteinte quand la rainure centrale ou les rainures adjacentes au centre ont disparu. On peut faire encore quelques atterrissage mais il faudra une dépose impérative dès la première frette.
Aquaplanage
Lorsque le pneumatique roule sur une surface mouillé (eau), une pression hydrodynamique se forme dans la zone de contact du pneu et de la surface de roulement, ce qui a pour effet d'augmenter la distance de freinage. Une vitesse lié à la pression du pneumatique apparaît, c'est la vitesse dhydro-planage. Si cette vitesse augmente le pneu décolle et n'est plus supporté par le fluide (eau), ainsi l'avion peut faire une sortie de piste à la moindre force latérale (vent traversier), c'est lhydro-planage totale.
- Hydro-planage dynamique ou totale est une perte totale dadhérence au dessus de la vitesse critique dhydroplanage ou lorsque le niveau de l'eau est trop important (Fortes pluie)
- Hydro-planage par viscosité lorsque la couche d'eau est très mince, comme si on roulait sur un lubrifiant avec des dépôts de caoutchouc ou de poussière la piste peut être très glissante.
- Hydro-planage par dé vulcanisation lorsque la couche d'eau est portée à ébullition lors d'un patinage.
Fonctionnement de latterrisseur avant ou roulette de nez
Laction du pilote sur la commande de direction est transmise au vérin de direction par lintermédiaire d'un calculateur et d'un système hydraulique. Le vérin est équipé d'une crémaillère en prise avec le pignon du tube tournant. La rotation du tube tournant est transmise à lessieu par lintermédiaire du compas. Dans d'autres cas, et pour réduire lencombrement, le système pignon/crémaillère est remplacé par un concept utilisant deux vérins agissant directement sur le tube tournant.
Fonctionnement de latterrisseur principale
A l'impact, labsorption de l'énergie doit se faire rapidement pour éviter des charges trop importantes sur la structure.
Le pneu touche le sol en premier, c'est lui qui est en contact direct avec la route et qui subit des variations brutales et extrêmes de températures qui sont dû à la vitesse de roulage, laplatissement du pneu, la chaleur, la charge admissible et la pression de gonflage. Les pneumatique sont dit "sans chambre" ou "tubeless" c'est à dire que la chambre à air est un revêtement étanche collé à l'intérieur du pneu.
La jante qui lentoure en son centre est réalisée en deux parties appelées demi-roues. La demi-roue coté frein est faite dans un alliage qui résiste à des températures élevées. Lautre demi-roue est elle réalisée dans un alliage qui résiste moins à la température mais qui a de meilleurs caractéristiques mécaniques. La demi-roue coté frein est plus volumineuse et donc accueille le frein. La jante est assemblée par une ceinture de boulons extrêmement résistant pour supporter des charges verticales et latérales importantes.
Lors du freinage, les plaquettes sont poussées sur le disque via des pistons entraînés en translation grâce à un système hydraulique. Le frottement des plaquettes sur le disque engendre le freinage de l'avion.
Afin d'augmenter le nombre de roues et mieux répartir la charge de l'avion on utilise un balancier qui permet daccueillir de part et d'autre de ses extrémités deux trains de deux roues.
Lamortisseur fait appel à un gaz pour assurer la fonction élasticité et à un liquide très faiblement compressible (liquide hydraulique) pour assurer la fonction amortissement. Il est constitué par un cylindre (caisson de la jambe) dans lequel un piston solid'aire de la roue (tige de lamortisseur) oblige le fluide hydraulique comprimé entre un piston et un diaphragme à traverser celui-ci, en passant par des orifices calibrés dont l'ouverture est provoquée par la pression dhuile. Situé entre le balancier et lamortisseur, le compas permet dempêcher la rotation de la tige coulissante par rapport au caisson. La contrefiche permet de reprendre les efforts latéraux de la tige dus à la trajectoire en lacet de l'avion, à la résistance au roulement des pneumatiques et au freinage.
La compression terminée, sous l'effet de l'énergie de pression emmagasinée par le gaz, lamortissement se détend. Pour éviter les oscillations, cette détente doit se faire lentement.
Fonctionnement de lextraction rétraction
La sortie/rentrée des trains est conditionnée par la position du levier de commande (landing gear) des trains et par la réponse des détecteurs de positions du train et des trappes. Elle commande successivement l'ouverture des trappes, le déverrouillage du train, lextension du train, le verrouillage du train en position basse, puis la fermeture des trappes principales (et inversement lors de la rétraction). Les trappes arrières sont commandées directement par latterrisseur.
En mode normal, la sortie de latterrisseur est assurée par l'action du vérin de manuvre qui sert en même temps damortisseur de fin de course afin déviter un verrouillage bas trop violent, tandis que le vérin de déverrouillage presse la contre-fiche second'aire sur ses butées pour larc-bouter.
En mode secours , la sortie du train se fait par gravité, aidée par les efforts aérodynamiques. Deux ressorts de traction assurent et maintiennent le verrouillage de latterrisseur en position basse, en bloquant arc-boutés les deux bras de la contrefiche second'aire et par conséquence celle de la contrefiche principale.
Lors de la rétraction du train, les flux hydrauliques alimentant les actionneurs sont inversés. La rétraction est déclenchée par l'action du vérin de déverrouillage qui brise larc-boutement de la contrefiche second'aire et par conséquent celui de la contrefiche principale à laquelle elle est connectée. Le système ainsi déverrouillé est remonté dans la case de train à laide du vérin de manuvre. Des boîtiers daccrochage permettent de verrouiller les trains et les trappes en position haute.
Fonctionnement du freinage automatique de la rétraction
La plupart des avions sont équipé de ce dispositif qui consiste à freiner les roues des trains principaux avant la manuvre de rentrée, pour éviter les couples gyroscopiques. Ce dispositif est activé par la position UP du levier de train et ainsi les roues sont freinées pendant la manuvre douverture des trappes.
Vidéos du leader mondiale des trains d'atterrissage "Messier-Bugatti-Dowt'y" et d'un modèle réduit en papier de "Luca Iaconi-Stewart" :
https://www.youtube.com/watch?v=ZD0nt'yJbfWQ
https://www.youtube.com/watch?v=54D0_rr-7Dk
http://www.youtube.com/watch?v=zwwi6_r42_U
) et cela implique inévitablement moins de bruits.