Construction de mes trains d'atterrissage...
Roulette de queue.
La roulette de queue a été achetée chez ULM Technologie et les lames de ressort y ont été adaptées. Un petit test statique de réconfort :
La construction des atterrisseurs principaux ressemble beaucoup à une saga (ou plutôt une sitcom...).
Episode One :
J'ai commencé par le plus simple et le moins cher - des jambes
type poutre cantilever en alliage d'aluminium. Après des heures
passées en surfant sur le Net j'ai "estimé" les dimensions
approximatives qu'il me fallait. Puis j'ai acheté une planche de
1000x200x25 en 7075-T651 que j'ai découpée en utilisant mon
outil préféré - une scie circulaire dont j'ai remplacé
le disque métallique par un disque abrasif.
Ensuite j'ai demandé à un ami de me fabriquer les fusées
pour mes roues. Un autre ami soudeur aéronautique m'a soudé
et cadmié les attaches qui sont en 25CD4 de 3 mm d'épaisseur
:
Et voilà le train assemblé pour se faire une petite idée :
Une vue sur la fusée en inox "structural" :
Episode Two :
Je n'avais même pas monté le train quand j'ai décidé
qu'il ne me convenait pas ! Il était trop lourd ! Il a fallu donc
recommencer. En outre, j'ai pu acheter à un assez bon prix des plus
petites roues mieux adaptées à mon petit biplace.
Je me suis dit qu'un train type "Jodel" serait le meilleur du point
de vue de la traînée. J'ai donc fait quelques calculs rudimentaires,
j'ai acheté des tubes carrés en 4130N chez Wicks et la construction
de mon deuxième train a commencé. Les pièces ont été
d'abord dessinées sur papier développées en 2-D et
ensuite collées sur le métal avant la découpe :
Après le soudage j'ai fait passer toutes mes pièces en 4130 ou 25CD4 au four de normalisation et ensuite tout a été cadmié :
Les pièces soudées se sont vrillées à cause de toutes ces soudures. J'ai tout de même monté le train en espérant qu'un peu de graisse entre le nylon et le métal ferait glisser facilement la jambe mobile. Et voici la première sortie du Centaure :
En fait, le train est devenu inutilisable, même s'il est réparable.
Pour le réparer, il suffirait de refaire les pièces
en nylon un peu plus larges et de les poncer assymétriquement pour
les adapter au vrillage. Oui, mais après il faudrait s'occuper du
parallélisme des roues, etc.
Il était donc plus facile de passer à l'épisode
suivant...
Episode Three :
Les fibres de verre, quel matériau magnifique ! Puisque je fais
un avion dont la plupart des surfaces aérodynamiques sont en fibres
de verre, il est évident de passer sur un train en composites.
Cette fois-ci, j'ai décidé de tout recommencer, de A
à Z. J'ai trouvé quelques formules à partir desquelles
j'ai établi les efforts sur les jambes et ferrures de train. Les
jambes étant des poutres cantilever, il suffit d'appliquer les formules
"vulgaires" de résistance des matériaux. Oui, mais quelles
données utiliser pour les fibres de verre, les propriétés
mécaniques étant en fonction de la qualité du stratifié
?
Avant de m'attaquer à la construction de la "planche" en composite, j'ai fait quelques tests pour établir le module d'élasticité et la charge de rupture des stratifiés faits avec les outils dont je disposais. En général, plus le pourcentage des fibres en volume par rapport à la résine est important, plus la résistance mécanique est élevée. J'ai donc préparé deux types d'éprouvettes :
- pressées à l'aide de serres-joints pour faire sortir
l'excédent de résine
- non pressées pour les comparer aux précédentes.
Le tissu pour les éprouvettes a été découpé le long des fibres :
Les éprouvettes ont été découpées à partir de petites planchettes de 10 couches chacune : de numéro 1 à 10 pour le stratifié manuel et de numéro 11 à 20 pour la planchette pressée. Fabrication des planchettes :
Après le durcissement à la température ambiante,
les planchettes ont été découpées en plusieurs
éprouvettes de 10 et de 20 mm de largeur. La moitié des éprouvettes
a été passée au four à 70°C pendant 4 heures
pour une post-cuisson.
Il ne restait qu'à faire quelques tests, prendre des mesures
de la flèche, etc. et en extraire les résultats. Un exemple
d'essai :
Le poids en-dessous (dans le seau) est de 16 kg et la largeur de l'éprouvette
est de 10 mm pour une épaisseur de 2,7 mm. La charge de rupture
est de 660 MPa ou trois fois plus que la charge maximale élastique
d'une poutre en 6061-T6 ayant les mêmes dimensions ! En outre, le
module d'élasticité obtenu est de l'ordre de 32 GPa (74 GPa
pour l'alu et ses alliages), ce qui est bienvenu pour un train d'atterrissage.
J'ai fait également des éprouvettes avec la composition
60% en 0° et 40% en +/-45° pour l'orientation des fibres. Ceci
m'a permis d'estimer le module d'élasticité et la charge
de rupture de la composition du train d'atterrissage.
J'ai constaté que la charge de rupture des éprouvettes
pressées était très peu supérieure à
celle des éprouvettes non pressées.
Autres caractéristiques mesurées :
- éprouvettes pressées :
module d'élasticité 32 GPa, masse
spécifique 2kg/dm3
- éprouvettes non pressées : module d'élasticité
24 GPa, masse spécifique 1.8kg/dm3
J'ai décidé d'utiliser un stratifié sans utiliser des serres-joints, la charge de rupture étant de 60 % supérieure à la charge d'atterrissage maximale calculée.
J'ai utilisé du tissu satin UD 90/10 de 290g/m² et j'ai calculé qu'il me fallait 78 couches pour fabriquer les jambes de train. Au lieu de préparer des moules séparés pour chaque jambe, j'ai opté pour la fabrication d'une planche en fibres de verre à partir de laquelle les jambes seront découpées. Ceci évite pas mal de travail et également des surprises du genre épaisseur de jambe différente...
La découpe de 78 morceaux de tissu UD en fibres de verre n'est pas une tâche facile :
J'ai commencé la stratification à 20h30 en espérant finir à 2h du matin. J'ai fini à 10h du matin le lendemain, il ne fallait pas s'arrêter...
Sur la photo ci-dessus on voit la composition au milieu de la planche - 14 couches sous + ou - 45° :
Les 78 couches sont appliquées. On attend le durcissement avant de passer la planche entière au four à 75°C pendant 6 h. Ceci pour éviter quelques mauvaises surprises comme retrouver son avion vautré comme un éléphant sous le soleil d'été...
Un petit plaisir de voir ce boulot terminé. Sur la deuxième photo, la planche découpée et les jambes comparées avec la version précedente en 7075-T651 :
Il ne reste à faire que l'installation sur le longeron principal.