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PIKA et RESCOLL industrialisent, fabriquent et certifient une aile caisson composite démontable pour avions

4 décembre 2017

Contexte

La recherche d’un plus faible impact environnemental tout le long de la durée de vie d’un avion couplé à une exigence de plus en plus forte dans la sécurité des passagers motivent des recherches très poussées dans la conception des nouveaux modèles d’avions.

Dans le cadre du projet E-Fan, premier avion de voltige 100% électrique et tout composite, les partenaires RESCOLL et Institut Pprime ISAE-ENSMA avaient conçu et suivi la réalisation de la voilure. Cette aile composite, d’architecture Colomban dite classique, a été validée par la Direction Général de l’Aviation Civile (DGAC) et a permis de démontrer qu’il était possible de créer un avion de tourisme électrique, premier pas vers des futurs gros porteurs utilisant potentiellement cette technologie.

Le projet NEOFAC

Dans le prolongement du projet E-Fan, la SRC Rescoll (Bordeaux – Rochefort) et l’Institut Pprime (ISAE-ENSMA – Poitiers) décident en 2015 de poursuivre leurs recherches sur le développement de structures innovantes aéronautiques. Ce partenariat composé à 100% d’acteurs de la Nouvelle Aquitaine est à l’origine du projet NEOFAC, partiellement financé par les fonds européens de développement régional (FEDER) à hauteur de 50% sur un budget global proche des 500 K€. Une collaboration à laquelle auquel s’est jointe en 2017 la société Pika pour assurer l’industrialisation et la fabrication du prototype et de la pièce de validation.

« Le projet NEOFAC a consisté à concevoir, fabriquer et tester un prototype à l’échelle 1 d’une aile caisson démontable en matériaux composites pour un avion de tourisme (réglementation aéronautique FAR 23). RESCOLL et l’ISAE ENSMA ont effectué des simulations prédictives qui ont permis de dimensionner la structure et réaliser une optimisation allant au-delà des exigences initiales pour des avions de tourisme et permettant de supporter les 12g imposés pour obtenir une certification de la DGAC en voltige. Des essais mécaniques sur des semi-structures ont été utilisés pour fiabiliser les modèles numériques les rendre prédictifs et réaliser un optimisation virtuelle fiable », explique Anne-Sophie Andreani, responsable du projet chez Rescoll à Rochefort.

Si l’aile caisson composite est une structure connue depuis les années 90, elle était essentiellement utilisée dans les avions de chasse avec des procédés de fabrication de très haute technologie.

« Une aile démontable avec une architecture caisson est, quant à elle, moins courante et il a fallu s’adapter à des moyens de fabrication standards pour transférer cette architecture aux avions de tourisme », précise Anne- Sophie Andreani. La société bayonnaise PIKA a relevé ce défi dans le cadre du programme NEOFAC en réalisant un démonstrateur pour le salon du Bourget et la pièce d’essai en l’espace de 5 mois.

L’aile caisson composite est constituée d’une unique pièce sous forme d’un caisson creux compartimenté avec des voiles ou longerons sur la totalité de l’envergure. Cette nouvelle architecture a été réalisée one-shot en autoclave. L’avantage est de réduire le nombre d’étapes de fabrication, le nombre d’outillages, les consommables, et donc le coût de fabrication.

La voilure caisson doit supporter l’ensemble des efforts extérieurs qui s’exercent sur elle. Par rapport à une aile d’architecture classique, les efforts ne passent donc plus dans un longeron mais sont repris en intégralité dans la peau et les voiles. En réduisant le nombre de pièces (nervures, longeron), les zones de collage sont réduites, ce qui permet d’optimiser les performances mécaniques de l’aile. L’épaisseur évolutive des peaux en sandwich nida apporte également une meilleure résistance au flambage sans gain de masse. En définitive, l’aile caisson possède une rigidité supplémentaire (23%) en flexion sans phénomène de torsion en bout d’aile et une perte de masse de 10% par rapport à l’aile composite d’architecture classique.

1 Le g (« g » étant l’initiale de « gravité ») est une unité d’accélération correspondant approximativement à l’accélération de la pesanteur à la surface de la Terre. Cette valeur est principalement utilisée en aéronautique

L’industrialisation

Les calculs de dimensionnement et d’optimisation réalisés par Rescoll et Pprime ont débouché sur une carte multi-matériaux de répartition complexe que Pika a dû échantillonner et mettre en données pour initier la phase d’industrialisation.

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