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 Sujet du message: Longeron CP320 en carbone.
MessagePosté: Mar 28 Juil, 2015 8:58 pm 
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Bonjour à tous,

Ayant passé le week-end du 17 au 19 juillet à Vichy, j'ai eu l'occasion de discuter avec pas mal d'autres passionnés.

A un moment, notre conversation se sont focalisées sur la construction du longeron du CP320 que je compte réaliser.

Et là, l'un de ces passionnés me demande pourquoi je ne le fais pas en carbone. Enfin en partie.
En effet, il me propose donc la réalisation du longeron avec pour chaque semelle, différentes couches de carbone prisent en sandwich entre les deux les lamelles de bois extérieure de la semelle.

Ni une, ni deux, le lendemain on déplie sort les plans et on effectue le calcul des dimensions de ce longeron grâce à une logiciel astucieux.
Je vous passe les méthodes de calcul assez complexes (mais en gros, c'est de la "poutre") et les résultats qui ne vous parleraient peut-être pas.
Mais tout cela me semble bien sérieux.

Cependant, je m’interroge.
Quel serait l’intérêt de fabriquer un tel longeron?

En y réfléchissant un peu, je ne vois qu'un seul avantage :
- le poids (les calculs annoncent 17 kg pour une contrainte dans les semelles avant rupture à 6g de 396 MPA et pour 4g 264 MPA) (Ne me demandez plus ce que veut dire MPA, je ne sais plus. Une unité de mesure empirique que j'indique s'il y a des connaisseurs... bref...)

Pour le reste, je ne vois que des inconvénients:
- construction fastidieuse (bien que l'on me propose de m'aider pour le réaliser)
- vieillissement inconnu
- quid en cas d'atterrissage dur? doit-on contrôler si délaminage il y a?

Ensuite je me dis que le CAP10 s'est vu renforcer son longeron par du carbone pour les raisons que l'on connait.
Alors le CP320 n'est pas destiné au même usage, mais quand même, n'est ce pas gage de sécurité?
Alors, oui, pourquoi ne pas faire de même pour le CP320 qui est globalement construit de la même manière avec un longeron plus épais... et qui , lui, a cassé....

Donc voilà, par le biais de ce forum, je sollicite toutes les bonnes âmes qui voudront bien donner leurs avis argumentés.

Bien cordialement

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 Sujet du message: Re: Longeron CP320 en carbone.
MessagePosté: Mer 29 Juil, 2015 12:43 am 
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Salut

Je connais beaucoup de CP avec longeron bois qui volent encore très bien même après 50 ans :lol: :lol: :lol:

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 Sujet du message: Re: Longeron CP320 en carbone.
MessagePosté: Mer 29 Juil, 2015 7:24 am 
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Bonjour,
Effectivement, a ma connaissance il n'y a jamais eu de probleme sur le longeron bois du CP320.
Alors pourquoi s'embêter a refaire un dossier complet de certification pour un longeron carbone?

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 Sujet du message: Re: Longeron CP320 en carbone.
MessagePosté: Mer 29 Juil, 2015 5:37 pm 
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Bonjour,

Le sujet du longeron « Bois-Carbone » est aussi vieux que la disponibilité du carbone unidirectionnel (pultrudé)...

Louis de Goncourt proposait ce type de modification sur les longerons tout bois. (Voir figure ci-dessous).
L’intégration d’élément Carbone ou Verre dans des structures en bois avait pour but de gagner de masse tout en restant dans la technologie de construction bois, par exemple pour un longeron d’avion de voltige ou de planeur.

Le matériau utilisé doit :
- être compatible à la rupture avec le bois,
- avoir une raideur similaire.

Il apparait que :
- La surface de collage est déterminée par la contrainte de cisaillement,
- Le taux de travail est fixé par la compatibilité d’allongement : (bois : 0,7% ; Carbone 1,3% ; Verre 2,2%)
- Le module d’élasticité de la fibre de verre est trop faible pour l’exploiter efficacement conjointement avec du bois, qui supporterait l’essentiel des efforts appliqués. Le carbone, par contre, a un module d’élasticité acceptable pour un usage conjoint avec du bois.

La solution bois/carbone est donc intéressante car elle permet de supporter les mêmes efforts que le bois avec une section nettement réduite, mais elle pose un certain nombre de problèmes spécifiques:

Réduire la profondeur du longeron diminue la raideur en torsion de l’aile.
Une solution pourrait être le caisson en forme de "D" : Le longeron bois/carbone résistant bien à la flexion est complété par un marouflage du coffrage bois de l'avant de l'aile par un tissu de carbone.

Le faux longeron peut également être renforcé par du carbone, mais il n’est pas forcément souhaitable d’utiliser le carbone pour renforcer le reste de la structure arrière de l'aile : la fibre de carbone est très résistante, mais très raide et le composite qui en résulte ne sollicite pas assez un assez grand volume de colle pour dissiper l’énergie (faible coefficient d'amortissement des vibrations). D’ailleurs la structure classique en bois de l‘aile bois et toile est déjà très légère dans cette zone et ne peut pratiquement être allégée.

Pour les volets et les ailerons, un renfort en carbone de la partie avant par un caisson "D" peut aussi permettre de gagner de la masse et/ou de la raideur.


Mais quand on regarde attentivement la figure comparant les sections des semelles de longerons en bois et en bois/carbone, on remarque une différence :

Dans le cas du longeron en bois, c’est la médiocre résistance du bois en compression qui dimensionne les semelles.
La semelle supérieure est donc plus épaisse que la semelle inférieure car c’est elle qui supporte la compression au facteur de charge le plus élevé (par exemple +6g), la semelle inférieure qui supporte les mêmes efforts, mais en traction, ou des efforts de compression moins importants (en négatif à -3g, par exemple) peut être moins épaisse.

Dans le cas du longeron en bois/carbone, c’est la résistance de la colle en cisaillement dimensionne la surface de collage et donc l’épaisseur des semelles.
La semelle inférieure n’a donc plus de raison d’être moins épaisse que la semelle supérieure. Il en résulte qu’un longeron bois/carbone ayant la même résistance aux facteurs de charge positifs qu’un longeron en bois, est non seulement plus léger, mais il supporte souvent aussi un facteur de charge négatif plus élevé.
Ceci explique que les avions de voltige de compétition internationale, dont les ailes sont « tout carbone » sont calculés pour des facteurs de charge positifs et négatifs égaux ou très proches (+10g, -10g, par exemple).

Pour un nouvel avion, comme le SD4 d'Hervé par exemple (Bonjour), quitte à calculer un nouveau longeron, autant se servir du carbone pour gagner de la masse...


Mais dans le cas d’un CP320, faut-il garder le longeron existant ou bien le remplacer par un longeron bois/carbone ?


La réponse à cette question dépend de l’usage qu’on souhaite faire de l’avion.

Si cet usage est conforme à celui du cahier des charges initial, la solution existante « tout bois » est certainement moins coûteuse et plus facile. Le gain de masse qu’on peut espérer avec un longeron bois/carbone ne me semble pas justifier l’investissement financier et en temps supplémentaire.

Par contre, il est également clair que le CP320 est l’avion CNRA le plus proche du CAP10, et que, pour peu que son aménagement intérieur soit proche de celui du CAP, le pilote de voltige moyen qui s’y sentira « chez lui » aura vraiment beaucoup de mal à ne pas tenter quelques figures de voltiges de plus en plus serrées, jusqu’à dépasser les limites du domaine de vol du Super Émeraude…

Car il faut garder à l’esprit que les facteurs de charge autorisés du CP320 ne sont que de +4,4g/-1,76g à la masse de 660 kg, et +3,8g/-1,52g à la masse de 700 kg. Comparés à ceux du CAP10B +6g/-4.5g à sa création, puis limités à +5g (+4,3g à deux pilotes)/-3.5g depuis la fin des années 1990, c’est très peu. Si à cause d’un usage un peu trop « ferme », on devait appliquer des limitations de vétusté comparables au CP320, on tomberait à +3,15g/-1,37g à la masse de 660 kg, c'est-à-dire vraiment pas grand-chose !

Pour tous les constructeurs-voltigeurs qui se désespèrent de ne pas pouvoir construire un CAP10 en CNRA, la voie du CP320 renforcé est tentante… Mais elle n’a de sens qu’en mettant en œuvre les renforts nécessaires pour le domaine de vol élargi qui est projeté. Parmi les indispensables modifications de renforcement, le longeron bois/carbone aux caractéristiques comparables (ou même supérieures) à celles du longeron du CAP10C s’impose.

On en reviendrait alors au projet de CP350 que j’avais évoqué dans le post sur le CAP10-CNRA.

Bons Vols

Philippe Dejean


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 Sujet du message: Re: Longeron CP320 en carbone.
MessagePosté: Mer 29 Juil, 2015 8:03 pm 
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Inscription: Ven 11 Juil, 2014 3:35 pm
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Merci Philippe pour ce dossier technique qui permet de réfléchir à la question l'esprit un peu plus éclairé.

Cordialement

Pitch

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 Sujet du message: Re: Longeron CP320 en carbone.
MessagePosté: Jeu 30 Juil, 2015 9:53 am 
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Bonjour Pitch,

pitch a écrit:
les calculs annoncent 17 kg pour une contrainte dans les semelles avant rupture à 6g de 396 MPA et pour 4g 264 MPA) (Ne me demandez plus ce que veut dire MPA, je ne sais plus. Une unité de mesure empirique que j'indique s'il y a des connaisseurs... bref...)


Pour éclairer ta lanterne, (mais je pense que tu es loin d'être le seul...) Voici quelques explications...

D'abord, ce n'est pas "MPA" (qui est un groupe politique) mais "MPa"

M, c'est le préfixe "Méga" qui vaut 10 puissance 6, ou 1.000.000,

et Pa c'est l'unité (pas du tout empirique ni arbitraire !) de pression en vigueur : le "Pascal" qui vaut tout simplement 1 Newton par mètre carré.

Un MPa, c'est donc tout simplement un million de Newtons par mètre carré, ou encore un Newton par millimètre carré.

Pour voir à quoi ça correspond, il suffit de se souvenir que la pression atmosphérique au niveau de la mer vaut environ 100.000 pascals, ou 100 kPa ou encore 0,1 MPa...

Un MPa, c'est la pression apportée par une couche d'eau de 100 m d'épaisseur... et donc un plongeur qui est à 90 mètres de profondeur subit 0,9 MPa à cause de l'eau qui est au dessus de lui, plus 0,1 MPa de pression atmosphérique, soit 1 MPa de pression absolue...
Pour un sous-marin à 990m, c'est 10 MPa,
Pour un bathyscaphe à 9990 m, c'est 100 MPa...

Pour un avion chargé à 101,9 kg par mètre carré, en vol horizontal, le différentiel moyen de pression au niveau des ailes est de 1.000 Newtons par mètre carré, soit 1.000 Pascals ou 1 kPa...

En résistance des matériaux, la contrainte (on disait improprement "fatigue" il y a quelques décennies) est une force divisée par la section du matériau qui la subit. La contrainte est donc homogène à une pression, et un MPa c'est environ un dixième (1/9.81) de l'ancienne mesure de l'époque, le kilogramme(-force) par millimètre carré...

Donc pour les "anciens", 396 MPa, c'est 396/9,81 = 40,37 kg/mm²

Si on envisage de charger aussi peu la fibre de carbone qui pourrait supporter théoriquement beaucoup plus, c'est qu'on considère un matériau dans lequel il n'y a pas que du carbone, et que celui-ci doit être collé au bois... (et puis bien sûr, il y a les marges de sécurité !)

Bons vols

Philippe Dejean

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 Sujet du message: Re: Longeron CP320 en carbone.
MessagePosté: Ven 31 Juil, 2015 8:44 pm 
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Inscription: Ven 11 Juil, 2014 3:35 pm
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Toujours aussi instructif

Merci

Pitch

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 Sujet du message: Re: Longeron CP320 en carbone.
MessagePosté: Dim 09 Aoû, 2015 2:29 pm 
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Philippe Dejean a écrit:

Pour un nouvel avion, comme le SD4 d'Hervé par exemple (Bonjour), quitte à calculer un nouveau longeron, autant se servir du carbone pour gagner de la masse...

Bons Vols

Philippe Dejean


Bonjour aussi.

Oups,
Les infos vont commencer à filtrer là ;op


Cdt
Hervé .... qui n'a bien malheureusement pas trop de temps à consacrer à tout ça depuis un an déjà !! :boxed:


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