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15 avril 2013 1 15 /04 /avril /2013 23:00

For an English version please see below

 

Wing with one spar

 

L’âme, cette chose indéfinissable, impalpable et pourtant si essentielle. Elle nous porte et nous guide au quotidien.

 

Rassurez-vous, je ne verse pas dans le prosélytisme religieux. Les avions aussi ont une âme essentielle à leur fonctionnement. Sans elle, ils seraient tellement fragiles que la moindre turbulence les détruiraient. Mais de quoi s’agit-il ?

 

Les connaisseurs et passionnés l’auront certainement déjà compris, je souhaite vous parler du longeron.

 

Définition aéronautique:

Le longeron d'un avion est une poutre qui part de l'emplanture de l'aile et qui va jusqu'à son extrémité. C'est cette pièce qui supporte les charges aérodynamiques qui s'appliquent sur la voilure.

Le longeron peut être fabriqué en une seule pièce, de métal, de carbone, ou composé de deux « joues » de contreplaqué fin qui enserrent deux « semelles » horizontales. Ce sont ces « semelles » qui vont supporter 99 % des forces dynamiques qui vont affecter l'aile.

Une aile peut comporter deux longerons, un principal, vers le centre de gravité de l'aile, un secondaire, plus en arrière. Le longeron principal peut même être situé dans le bord d'attaque, « formant » ce bord d'attaque. Le longeron principal peut être aussi construit afin de constituer le réservoir de carburant.

 

On pourrait se contenter de cette simple définition technique et se dire qu’on a tout compris. Mais cela ne suffit pas.

 

Le longeron est essentiel pour la solidité et la sécurité du vol on l’a compris. Mais il va apporter une chose recherchée par tout pilote, et passager, le caractère. Les matériaux employés, la technique de construction, sa forme, son degré de rigidité feront que l’avion aura une plus ou moins grande souplesse. Cette souplesse est d’abord fonction du rôle recherché pour l’avion. Du planeur à l’avion de ligne en passant par l’avion de tourisme et celui de chasse, la multiplicité des rôles impose une approche différente dans la définition de l’aile et la construction de son longeron.

 

aile

 

Les constructeurs d’avions n’ont absolument aucun humour lorsqu’ils abordent la construction de cette pièce maitresse. La sécurité des équipages et des passagers y est tellement lié que la plupart des constructeurs d’avions de lignes testent leurs avions jusqu’à la rupture de l’aile pour s’assurer que les contraintes calculées se vérifient bien dans la réalité. En recherchant les sites de vidéos populaires vous trouverez assez facilement les film de tests de ruptures d’ailes chez Airbus où Boeing. C’est très impressionnant.

 

Certains avions Robin ont été concernés par une consigne de navigabilité il y a quelques années car un défaut de collage du longeron en bois avait été identifié comme une cause d’un accident. L’ensemble des avions ayant le même longeron ont été soumis à une obligation d’inspection et de renforts. Travail lourd, cher et impactant pour l’ensemble des utilisateurs mais sans équivoque en terme de sécurité. On ne rigole pas avec ça je vous dis !

 

Toutes les ailes d’avion sont conçues dès l’origine pour avoir une certaine souplesse, plus ou moins grande selon leur mission. La conception du longeron sera primordiale pour atteindre cet objectif. L’inconscient collectif imagine l’aile comme un objet d’une rigidité absolue, preuve de sa force. Au contraire. Si l’aile était parfaitement rigide elle ne résisterait pas longtemps aux conditions d’utilisations les plus extrêmes. C’est la souplesse qui donnera sa force à l’aile et non l’inverse. Pour illustration, je vous conseille, si vous en avez l’occasion un jour, de visiter le dernier étage de la Hancock Tower de Chicago. Vous y verrez un énorme bloc de béton qui a pour fonction de bouger à l’inverse des oscillations de la tour elle-même, pour équilibrer les efforts structurels. Ce qu’il faut en retenir c’est que la tour bouge, et les jours de grands vents elle bouge beaucoup. C’est cette capacité de mouvements qui fait sa force. Faute de quoi elle se romprait. L’aile de l’avion va fonctionner de la même manière. Un des exemples le plus frappant est l’aile de l’avion expérimental Solar Impulse.

 

Au sol, l’aile a un fléchissement vers le bas clairement visible et des roulettes de bouts d’ailes sont nécessaires pour la soutenir et éviter un trop gros effort sur le longeron lorsque l’avion est à l’arrêt. En vol, c’est l’inverse. Selon le vent relatif qu’elle subit, l’aile va avoir une inflexion vers le haut très importante. Ce fut très visible lors des vols télévisés et particulièrement lors de celui au Maroc. Ce mouvement impressionnant d’extrême bas à extrême haut est la caractéristique incontournable pour que l’avion puisse assurer sa mission.

 

Sans aller jusqu’à cet avion magnifique, il suffit de voyager sur un Airbus A380 de ligne pour être témoin du même phénomène. Si vous avez un fauteuil au niveau de l’aile vous pourrez constater exactement la même souplesse. Rassurez-vous, c’est normal et souhaitable. Rappelez-vous la fable de La Fontaine !

 

Le longeron est donc bien un élément capital de l’avion. Il est invisible à l’œil, il ne fait pas de bruit, il ne se commande pas. Il correspond bien à la définition suivante : « ce qui donne à quelque chose son originalité, ce qui l’anime et fait qu’il touche la sensibilité ».

 

Nous sommes bien dans la définition de l’âme … de l’avion.

 

http://fr.wikipedia.org/wiki/Longeron

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Airbus-wing

The soul, this undefinable, impalpable thing and nevertheless so essential. It carries us and guides us on a daily basis.

Feel reassured, I do not intend to ramble into religious proselytism. Planes also have a soul, essential to their very existence. Without it, they would be so fragile that the slightest turbulence would destroy them. But what is this all about?

The connoisseurs and the enthusiasts will certainly have already understood what I’m getting to, I wish to speak to you about the wing spar.

Aeronautical definition:
In a fixed-wing aircraft, the spar is often the main structural member of the wing, running spanwise at right angles (or thereabouts depending on wing sweep) to the fuselage. The spar carries flight loads and the weight of the wings while on the ground. Other structural and forming members such as ribs may be attached to the spar or spars, with stressed skin construction also sharing the loads where it is used. There may be more than one spar in a wing or none at all. However, where a single spar carries the majority of the forces on it, it is known as the main spar.

We could content ourselves with this simple technical definition and say we understand everything. But it is not enough.

The spar is essential for the solidity of the wing and the safety of the flight, this we understood. But it will also bring a thing looked for by every pilot, and passenger, character. The materials used, the construction method, its shape, its degree of rigidity will give the plane more or less flexibility. This flexibility is function at first of the role intended for the plane. From a glider to an airliner by way of the light aircraft and even fighters, the multiplicity of roles imposes a different approach in the definition of the wing and the construction of its main spar.

Plane manufacturers have absolutely no humor when it comes to the construction of this essential part. The safety of crews and passengers is so connected to it that most airliner manufacturers test their planes beyond the breaking point of the wing to make sure that the calculated constraints stand true well in the reality. If you look through some of the most popular video sites you will find movies of wing breaking tests from  Airbus or Boeing. They are very impressive.

Airplane-Wing-PartSome of the Robin planes were concerned by an airworthiness directive a few years ago because a defect in the gluing of the wooden spar had been identified as a cause in an accident. All the planes having the same spar were subjected to an inspection and reinforcement obligation. Heavy, expensive and time consuming work, impacting all the owners but without ambiguity in terms of safety. I told you we don’t fool around with this !



All wings are designed from the start to have a certain flexibility, more or less depending on their mission. The design of the spar will be essential to reach this goal. Most people, unknowledgeable of technical constraints, imagine wings as absolutely rigid, a proof of their strength. On the contrary. If the wing was perfectly stiff it would not resist for very long time, mostly if it has to fly in extreme conditions. Flexibility is what will give strength to the wing and not the opposite.

As an illustration, I recommend, if you have the opportunity some day, you visit the last floor of Hancock Tower of Chicago. You will see an enormous block of concrete, the function of which is to move contrary to the oscillations of the tower, to balance the structural efforts. What I’m getting to is that the tower moves, and on windy days it moves a lot. The capacity to move gives the tower it’s strength. Otherwise it would break. The wing of the plane is going to work in much the same way. One of the most striking examples is the wing of the experimental plane Solar Impulse.

On the ground the wings bend downward is clearly visible and castors at each end of the wings are necessary to support the them and avoid too big an effort on the spar when the plane is at a standstill. During flight, it is the opposite. Depending on the relative wind which it undergoes, the wing is going to have a very important upward inflection. It was very visible during television coverage of its flights and even more noticeable during the Moroccan flight. This impressive movement from low to high extremes is a major characteristic for the plane to carry on its mission.

You don’t have to see Solar Impulse to witness this phenomenon. It can be easily done as a passenger on an Airbus A380. If you have a wing side seat you can notice the same flexibility. Feel reassured, it is normal and desirable. Do you remember La Fontaine’s fable ?

The wing spar is thus a major element of the plane. It is invisible to the eye, it does not make noise, it is not controlled or operated. It corresponds well to the following definition: " what gives something its originality, what gives drive and sensitivity ".

This truly is a definition of the soul … of a plane.

http://en.wikipedia.org/wiki/Spar_(aviation)

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Published by Qualified Quail's Blog - dans ESSAIS
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commentaires

more information 25/07/2014 14:37

I am doing final year aviation from Paris. I found this article very useful for my project submission. I want to know more about these designs. I am using this for images for my next week PPT presentation class, thank you.

Patrick Milward 25/07/2014 14:57

I'm happy to be useful. If you have any questions just ask.

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  • : Le ciel est, pour moi, une inspiration constante. La joie que je retrouve à chaque fois que je vole, que ce soit aux commandes ou non, me comble et me soulage. Dans le ciel je trouve parfois les solutions à mes problèmes, mais quasiment toujours le calme et la sérénité. Je souhaite simplement partager avec vous quelques fruits de mes réflexions.
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