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Train d'atterrissage
Train d'atterrissage principal d'un Airbus A330
Train d'atterrissage principal d'un Airbus A330

Les fonctions principales d'un train d'atterrissage consistent à permettre les évolutions au sol jusqu’au décollage (remorquage, taxi…), l’amortissement de l’impact d’atterrissage (L’atterrissage désigne, au sens étymologique, le fait de rejoindre la terre ferme. Le terme recouvre cependant des notions différentes suivant qu'il est employé dans le domaine...), et, grâce à un système de freinage associé, l’arrêt de l’avion (Un avion, selon la définition officielle de l'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI), est un aéronef plus lourd que l'air, entraîné par un organe moteur (dans le...) sur une distance acceptable.

Le train (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de plusieurs voitures (pour transporter des personnes) et/ou de plusieurs...) d'atterrissage peut parfois être équipé de skis ou de flotteurs si l'appareil doit amerrir ou atterrir sur la neige (La neige est une forme de précipitation, constituée de glace cristallisée et agglomérée en flocons pouvant être...).

Durant les phases de vol, si le train d'atterrissage ne replie pas, le train est fixe, sinon, il est rétractable et rentré pour diminuer la résistance à l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il...). Il se loge alors dans la case à train d'atterrissage qui peut se trouver dans le fuselage (Le fuselage désigne l'enveloppe d'un avion qui reçoit généralement la charge transportée, ainsi que l'équipage. Le fuselage d'un avion supporte la voilure, l'empennage (pour la...) ou dans les ailes.

Histoire

Premier train d'atterrissage dessiné par Alphonse Pénaud en 1876
Premier train d'atterrissage dessiné par Alphonse Pénaud en 1876

L'histoire des trains d'atterrissage remonte à 1876. Alphonse Pénaud et Paul Gauchot, deux inventeurs français, brevètent le plan d'un monoplan (Un monoplan est un avion ayant une seule paire d'ailes comme plan de sustentation. Depuis la fin des années 1930, tous les avions classiques sont monoplans.) amphibie biplace révolutionnaire pour son époque. Une des nouveautés de cet aéroplane (L'aéroplane est l'ancêtre de l'avion au XIXe siècle, mot inventé en 1855 par Joseph Pline.) est qu'il possède un train d'atterrissage rétractable avec amortisseurs à air comprimé (L'air comprimé est de l'air ambiant, mis sous pression avec un compresseur, le plus souvent aux alentours de 10 bars mais parfois jusque 300 bars.). Mais ce n'est pas avant 1917 que les premiers appareils dotés de trains d'atterrissage partiellement rétractables feront leur apparition et ils ne deviendront communs qu'à la fin des années 20. À cette époque, les performances des avions s'étaient tellement améliorées que l'avantage aérodynamique (L'aérodynamique est une branche de la dynamique des fluides qui porte sur la compréhension et l'analyse des écoulements d'air, ainsi qu'éventuellement sur leurs effets sur des éléments solides qu’ils...) des trains rétractables justifiait amplement la complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par exemple par Anthony Wilden ou Edgar Morin), en physique, en biologie (par exemple par Henri Atlan), en sociologie, en...) et le surpoids (Le surpoids est l'état d'une personne présentant une corpulence considérée comme légèrement plus importante que la normale ou la moyenne dans une société donnée. Elle...) du système.


Différents types de trains d'atterrissage

Il existe principalement deux types de train d’atterrissage :

  • les trains "classiques", (aussi appelé taildraggers), qui sont composés de 2 trains principaux à l’avant du centre de gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) et d’un train auxiliaire à l’arrière,
  • les trains "tricycles" qui sont composés de 2 trains principaux légèrement à l’arrière du centre de gravité et d’une roulette à l’avant.

La plupart des appareils modernes ont un tricycle (Le tricycle est un cycle à 3 roues.) ou une variante du tricycle. Les appareils à train classique sont considérés comme étant plus difficiles à faire atterrir et décoller et ainsi, requièrent parfois un entrainement spécifique. Parfois, une petite roue (La roue est un organe ou pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par son centre.) de queue ou un ski est ajouté sur les appareils à tricycle au cas où la queue risquerait de toucher (Le toucher, aussi appelé tact ou taction, est l'un des cinq sens de l'homme ou de l'animal, essentiel pour la survie et le développement des êtres vivants,...) le sol au décollage (Le décollage est la phase transitoire pendant laquelle un aéronef passe de l'état statique - au sol - vers le vol.). C'est le cas du Concorde (Le Concorde est un avion de transport supersonique construit par l’association de Sud-Aviation (devenue par la suite l’Aérospatiale après sa fusion avec...)

Avec le poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la...) toujours plus important des appareils, les trains d'atterrissage comptent de plus en plus de roues. L'Airbus A340 (L'Airbus A340 est un avion de ligne quadriréacteur long courrier de grande capacité fabriqué par Airbus Industrie. Il est décliné en plusieurs versions suivant la capacité ou le rayon d'action désiré. Cette famille d'appareil fut conçue avec...) a un troisième train (appelé train central) entre les deux principaux, le Boeing 747 (Le Boeing 747 est un avion de ligne construit par l'avionneur américain Boeing depuis 1968. Doté de quatre turboréacteurs, il offre une capacité maximale d’environ 550 passagers, grâce à une configuration à double pont reprise...) possède cinq trains d'atterrissage : un à l'avant, deux sous les ailes et deux sous le fuselage un peu en arrière, comme l'Airbus A380 (L'Airbus A380 est un avion civil quadriréacteur long-courrier construit par Airbus en Allemagne, Espagne, France et Royaume-Uni et assemblé à Toulouse.), qui possède en tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) 22 roues. Les avions possédant 3 trains d'atterrissage utilisent la roue (La roue est un organe ou pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par son centre.) avant pour se diriger lorsqu'ils sont sur le tarmac (Le tarmac (apocope de "tarmacadam") est la partie de l'aéroport réservée au trafic et au stationnement des avions. Elle comporte les parkings et les voies de circulation, ou taxiways, mais pas la piste...). Le 747 et l'A380 (L'Airbus A380 est un avion civil quadriréacteur long-courrier construit par Airbus en Allemagne, Espagne, France et Royaume-Uni et assemblé à Toulouse.), eux, utilisent également les deux train intérieurs qui peuvent contre-braquer lorsque la roue avant braque, de la même manière que pour les voitures (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport terrestre de personnes ou de marchandises, elle est équipée en...) à 4 roues directrices, les roues se braquent dans la direction opposée à celle des roues avant pour faciliter les virages.

Un dysfonctionnement du train d'atterrissage peut conduire à ce que l'on appelle un cheval (Le cheval (Equus ferus caballus ou equus caballus) est un grand mammifère herbivore et ongulé appartenant à l'une des sept espèces de la famille des équidés. Il a évolué au...) de bois et avoir pour conséquence la destruction de l'avion.

Certains avions utilisent les roues uniquement pour le décollage et les jettent ensuite, pour gagner en poids, en place, puisqu'il n'y a plus besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins primaires, les...) de mécanisme de rétraction et en simplicité. Pour ces avions, l'atterrissage se fait sur des skis, par exemple. Parmi les exemples historiques, citons le Messerschmitt Me 163 (Le Messerschmitt Me 163 Komet (Comète) fut le premier (et dernier) avion-fusée de chasse opérationnel. Il requit un long développement et entra dans la guerre d'une manière très limitée seulement en 1944.) et le Messerschmitt Me 321.

Un autre exemple de train d'atterrissage inhabituel est le train " monotrace " que l'on trouve sur certains avions militaires comme le SO.4050 Vautour (Le terme vautour est un nom vernaculaire désignant certains oiseaux rapaces diurnes présents sur presque tous les continents. Les vautours sont des animaux nécrophages qui se nourrissent principalement de carcasses...) ou le Hawker Siddeley Harrier (Le Hawker-Siddeley Harrier est un avion d'attaque au sol anglais apparu dans la seconde moitié des années 1960. Utilisé par plusieurs pays, il a été construit à environ 800 exemplaires et décliné en version...). Sur ces avions, le train d'atterrissage se compose de deux roues principales alignées sous le fuselage (le train est appelé tandem), et d'une petite roue près de l'extrémité de chaque aile. Un train à tandems multiples a été utilisé sur certains jets militaires dans les années 1950, comme le Myasishchev M-4, le Yakovlev Yak-25 (),le Yak-28 et le Boeing B-47 Stratojet (Le Boeing B-47 Stratojet est le premier bombardier à ailes en flèche construit en grande série au monde. Apparu à la fin des années 1940 et offrant des performances remarquables pour l'époque, il a été...), car il permet une grande capacité d'emport entre les roues principales. Une autre variation de ce tandem est utilisée sur le Boeing B-52 Stratofortress (Le Boeing B-52 Stratofortress est un bombardier stratégique mis en service en 1955, sous l'égide de la Strategic Air Command de l'US Air Force. 744 exemplaires furent construit entre 1954 et 1962, dont 90 sont...) qui a 4 boggies principales sous le fuselage, et une petite roue supportant chaque aile. Le train du B-52 est unique également grâce au fait que chacune des quatre boggies est directionnelle. Cela facilite grandement l'atterrissage en cas de vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus ont lieu sur Neptune et sur Saturne. Il est essentiel à tous les phénomènes...) de travers (en utilisant la technique dite de l'atterrissage en crabe).

Comme la plupart des avions utilisent leurs réacteurs pour se déplacer au sol, la société WheelTug étudie un train d'atterrissage muni de moteurs (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique...) électriques mieux adaptés. Ses concepteurs y voient une source d'économie de kérosène (Le kérosène est un mélange d'hydrocarbures contenant des alcanes (CnH2n+2) de formule chimique allant de C10H22 à C14H30. Issu du...) non négligeable.

Principe d'un train d'atterrissage existant

Les principaux éléments structuraux (voir schéma):

Le caisson (barrel) constitue le " corps " de l’atterrisseur (Un atterrisseur (lander en anglais) désigne en dans le domaine de l'astronautique un engin spatial embarqué dans un véhicule spatial destiné...). Il contient l’amortisseur (Un amortisseur est un système destiné à limiter voire supprimer les oscillations d'un objet ou à isoler un objet de vibrations par dissipation d'énergie. Les vibrations libres ou forcées correspondent...) et assure la transmission des efforts principaux vers la structure avion.

La contrefiche principale (drag strut assy) permet de transmettre les efforts axiaux venant du centre roue à la structure de l’avion.

Le compas (torque link assy), sur les trains principaux, permet d’empêcher la rotation de la tige (La tige est chez les plantes à fleurs, l'axe, généralement aérien, qui prolonge la racine et porte les bourgeons et les feuilles. La tige se ramifie généralement en branches et rameaux formant l'appareil caulinaire.) coulissante par rapport au caisson. Sur le train avant, il permet de transmettre le couple de rotation entre le système de direction (steering) et la tige coulissante.

L’amortisseur (shock absorber) permet d’absorber l’énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) de l’impact d’atterrissage et supporte les évolutions au sol tout en assurant un maximum de confort pour l’équipage et les passagers. Les amortisseurs sont généralement de type oléopneumatique. Il existe des amortisseurs simple chambre ou double chambre.

Le système d’extension/rétraction

La séquence d’extension/rétraction des trains est conditionnée par la position du levier de commande (Commande : terme utilisé dans de nombreux domaines, généralement il désigne un ordre ou un souhait impératif.) " rentrée/sortie " 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, l’extension du train, le verrouillage du train en position basse, puis la fermeture (Le terme fermeture renvoie à :) des trappes principales (et inversement lors de la rétraction). Les trappes arrières sont commandées directement par l’atterrisseur.

En mode normal, la sortie de l’atterrisseur est assurée par l’action du vérin de manœuvre (actuating cylinder) qui sert en même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) d’amortisseur de fin de course (Course : Ce mot a plusieurs sens, ayant tous un rapport avec le mouvement.) afin d’éviter un verrouillage bas trop violent, tandis que le vérin de déverrouillage presse la contre-fiche secondaire (lock link) sur ses butées pour l’arc-bouter. En mode secours (dit " Free Fall "), la sortie du train se fait par gravité, aidée par les efforts aérodynamiques. 2 ressorts de traction (lock springs) assurent et maintiennent le verrouillage de l’atterrisseur en position basse, en bloquant arc-boutés les 2 bras de la contrefiche secondaire et par conséquence celle de la contrefiche principale (drag strut).

Lors de la rétraction du train, les flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus...) hydrauliques alimentant les actionneurs sont inversés. La rétraction est déclenchée par l’action du vérin de déverrouillage qui brise l’arc-boutement de la contrefiche secondaire 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 l’aide du vérin de manœuvre. Des boîtiers d’accrochage (uplock assembly) permettent de verrouiller les trains et les trappes en position haute.

Le système de direction (Nose Wheel Steering)

L’action du pilote sur la commande de direction est transmise au vérin de direction (steering actuator) par l’intermédiaire d’un calculateur (BSCU) et d’un système hydraulique (L'hydraulique désigne la branche de la physique qui étudie les liquides. En tant que telle, les champs d'investigation qu'elle propose regroupent plusieurs domaines :). Le vérin est équipé d’une crémaillère en prise avec le pignon du tube tournant. La rotation du tube tournant est transmise à l’essieu (Dans un véhicule à roues, un essieu est un arbre placé transversalement sous la caisse et supportant par l'intermédiaire des fusées les roues situées à ses extrémités. Un essieu peut être...) par l’intermédiaire du compas. Dans d’autres cas, et pour réduire l’encombrement, le système pignon/crémaillère est remplacé par un concept utilisant 2 vérins (dit " push/pull ") agissant directement sur le tube tournant.

Les Roues et le système de freinage

La jante assure le support du pneu ainsi que le logement du système de freinage. Le système de freinage est constitué de disques multiples (généralement en carbone) et d’étriers à pistons. Le freinage d’un avion lors d’une phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) d’atterrissage ou lors de l’interruption d’une procédure de décollage (Rejected Take Off), nécessite la dispersion (La dispersion, en mécanique ondulatoire, est le phénomène affectant une onde dans un milieu dispersif, c'est-à-dire dans lequel les différentes fréquences constituant l'onde ne se...) d’une très grande quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe de choses.) d’énergie. Le système de freinage constitue dans cette phase un puits de chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !). Les roues sont donc soumises à d’importantes contraintes.


Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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