Pourquoi l'aluminium porte la cellule
Une cellule commerciale est encore majoritairement constituée d’aluminium en masse. La raison n'est pas une propriété mais une combinaison : une densité d'environ 2,7 g par centimètre cube, des résistances à la traction supérieures à 400 MPa dans les états à résistance plus élevée, une bonne résistance à la fatigue lorsque le spectre de charge est compris et une base de fabrication qui s'appuie sur des décennies d'expérience en formage, usinage et rivetage. Les structures composites occupent une part croissante de la structure primaire, mais l'aluminium continue de dominer le revêtement du fuselage, les longerons, les cadres, les nervures et une grande partie de la structure de l'aile, où les panneaux métalliques raidis sont efficaces et tolèrent les dommages.
Les principales familles d'alliages de cellule
| Alliage | Famille | Caractères typiques | Rôle de la cellule |
|---|---|---|---|
| 2024 | Al-Cu-Mg | T3, T351, T42 | Structure dominée par la peau et la tension du fuselage- |
| 7075 | Al-Zn-Mg-Cu | T6, T73, T7351 | Longerons d'aile, ferrures, éléments à haute résistance |
| 7050 | Al-Zn-Mg-Cu | T7451 | Sections épaisses où la ténacité en profondeur compte |
| 2219 | Al-Cu-Mn | T81, T87 | Structures haute température et soudables |
| 6061 | Al-Mg-Si | T6, T651 | Structure secondaire, supports, ferrures |
Les limites de composition et de propriétés de ces qualités sont publiées dans la norme ASTM B209 pour les tôles et les plaques, les normes 2024 et 7075 étant communément citées à des résistances à la traction minimales d'environ 470 MPa et 570 MPa respectivement dans les états mentionnés ci-dessus. Le compromis entre la résistance et la ténacité et la résistance à la corrosion : le 7075 en T6 est le plus résistant du groupe, tandis que les trempes survieillies T73 et T7451 sacrifient une certaine résistance pour améliorer la résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte et pour augmenter la ténacité.
Température, altitude et comportement cryogénique
Les conditions de croisière placent la cellule à basse température et basse pression, et l'aluminium gère bien les deux. Le coefficient de dilatation thermique de ces alliages est d'environ 23 millionièmes par degré Celsius, ce qui est bien caractérisé et pris en compte dans la conception de l'assemblage et des joints plutôt que d'être un facteur limitant. Les alliages d'aluminium conservent une ténacité utile aux températures cryogéniques, c'est pourquoi ils sont utilisés depuis longtemps pour les réservoirs cryogéniques, et une conductivité thermique comprise entre 120 et 190 watts par mètre -kelvin aide à distribuer la chaleur des zones chaudes vers la structure environnante. Le poids économisé dans la cellule se traduit directement par la consommation de carburant, de sorte que chaque kilogramme retiré de la structure présente un avantage cumulatif sur la durée de vie de l'avion.
Substitution des moteurs, de la chaleur et des matériaux
L'aluminium n'est pas un matériau résistant aux températures élevées. Au-dessus d'environ 120 à 150 degrés Celsius, il commence à perdre de sa résistance et le point de fusion des alliages courants est proche de 660 degrés Celsius. Dans les installations moteurs, l'aluminium apparaît donc dans la partie froide : pales de soufflante sous forme forgée, carters de compresseur, carters de boîte de vitesses et supports d'accessoires, tandis que la partie chaude utilise des alliages de nickel et de titane. Des couvertures thermiques aluminisées et des feuilles réfléchissantes sont utilisées autour des nacelles et des unités de puissance auxiliaires pour réduire la chaleur rayonnante atteignant la structure en aluminium, et les boucliers thermiques utilisent la réflectivité et la conductivité du métal plutôt que sa résistance.
Fatigue, adhésion et-récupération en fin de vie-
La conception en fatigue régit la plupart des travaux de détail de la cellule. Le spectre de charge est défini, les concentrations de contraintes au niveau des trous de fixation sont contrôlées par écrouissage et ajustement serré, et les intervalles d'inspection sont définis à partir des données sur la croissance des fissures plutôt qu'à partir d'une simple limite d'endurance. Le rivetage et le boulonnage restent les méthodes d'assemblage dominantes pour les structures en aluminium, car ils évitent la -zone affectée par la chaleur que le soudage créerait dans un alliage durci par vieillissement à haute résistance-. En fin de vie, la cellule est démontée et la fraction aluminium est séparée et refondue ; les alliages d'aluminium conservent leur valeur d'alliage lors de la refusion, de sorte que le métal de la cellule récupéré est réinjecté dans les alliages secondaires et dans de nouveaux produits corroyés en fonction des pratiques de ségrégation.
Foire aux questions
Q:Pourquoi le 7075 n'est-il pas utilisé pour le revêtement du fuselage ?
R : 7075 est plus solide mais a une ténacité plus faible et une moins bonne résistance à la corrosion sous contrainte dans l'état T6, de sorte que les peaux sont généralement fabriquées à partir d'alliages de type 2024 avec une meilleure tolérance aux dommages.
Q:Que change la trempe du T73 ?
R : Il s'agit d'un traitement de vieillissement appliqué aux alliages 7xxx qui réduit légèrement la résistance mais améliore considérablement la résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte et augmente la ténacité à la rupture.
Q:Les cellules en aluminium sont-elles recyclables ?
R : Oui. L'aluminium conserve sa teneur en alliage lors de la refusion, et les cellules démantelées sont une source reconnue de déchets de grande valeur une fois les revêtements et les matériaux mélangés séparés.
Q:L’aluminium de la cellule peut-il être soudé au lieu d’être riveté ?
R : Certaines qualités soudables telles que le 2219 sont assemblées par soudage, mais les peaux durcies par vieillissement à haute résistance-sont normalement rivetées car le soudage dégrade la zone affectée par la chaleur-.
Q:Pourquoi l’aluminium supporte-t-il si bien les températures froides de croisière ?
R : Ces alliages conservent leur résistance et leur ténacité à basse température, et leur dilatation thermique est bien caractérisée, le trempage à froid est donc une entrée de conception plutôt qu'une limitation du matériau.
Q:Qu'est-ce qui limite l'aluminium dans les applications moteurs ?
R : Température de service. La résistance diminue au-dessus d’environ 150 degrés Celsius, de sorte que l’aluminium est confiné aux sections froides du moteur et à la structure de la cellule.