Caisson de voilure (Wingbox)
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Definition
L'assemblage structural principal porteur au centre d'un avion où les ailes se fixent au fuselage, formant un caisson de torsion de longerons, nervures et panneaux de revêtement.
Qu'est-ce qu'un caisson de voilure ?
Le caisson de voilure (wingbox) est le noyau structural central de la jonction aile-fuselage. C'est un caisson torsionnel fermé formé de longerons avant et arrière en envergure, de panneaux de revêtement d'intrados et d'extrados, et de nervures en corde. Le caisson transmet les énormes moments de flexion et forces de cisaillement générés par la portance au fuselage. Sur la plupart des avions, le caisson central passe sous le plancher de la cabine, et le carburant est stocké dans ses compartiments étanches.
Fonctionnement
En vol, la portance agit vers le haut sur l'aile tandis que la masse de l'avion agit vers le bas par le fuselage. Le caisson agit comme une poutre en flexion : le panneau d'extrados est en compression et celui d'intrados en traction :
- Sélection des matériaux : Alliages d'aluminium haute résistance (série 7000) ou matériaux composites (PRFC).
- Intégration des réservoirs de carburant : Les nervures et revêtements étanches forment des réservoirs intégraux.
- Fixation du mât moteur : Le caisson doit absorber la poussée moteur et les charges gyroscopiques.
- Prévention du flottement : La distribution de rigidité est ajustée pour pousser les fréquences de flottement aéroélastique au-dessus de l'enveloppe de vol.
Applications en aviation
Le caisson de voilure de l'Airbus A350 XWB est entièrement fabriqué en PRFC. Boeing utilise un caisson composite monobloc sur le 787, fabriqué par Mitsubishi Heavy Industries au Japon. Le Boeing 777X introduit des articulations de caisson de voilure repliables pour la compatibilité aéroportuaire.
Développements futurs
La recherche sur les structures de voilure morphing — changeant de forme en vol — explore des revêtements de caisson flexibles. La fabrication additive de pièces de fixation en titane réduit déjà le nombre de pièces et les délais chez plusieurs fournisseurs aéronautiques.
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