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Dossier : MC-21, l’avion russe à la voilure composite infusée


Le constructeur aéronautique russe United Aircraft Corporation organisait le 8 juin dernier une cérémonie internationale pour présenter son nouvel appareil, très attendu : l’Irkut MC-21.

Un concurrent pour le duopole Boeing-Airbus ?

Ce moyen-courrier dont le nom signifie « l’avion du 21e siècle » (Magistralny Samolyot 21 veka, ou MS-21) vise le même marché que les Airbus A320neo, Boeing 737 MAX et Comac C919.

Le premier vol est prévu début 2017, et les certifications en 2018–2019, d’après Aviation Week. Trois autres appareils sont en cours d’assemblage, destinés respectivement aux essais statiques, aux essais en vol et aux tests de fatigue.

Les observateurs sont partagés sur le succès commercial à venir de cet avion – lire par exemple les analyses contradictoires d’Aerotime et d’Aviation Week – mais saluent unanimement son utilisation innovante des matériaux composites.

Un moyen-courrier mono-couloir à plus de 40% en composite

La conception préliminaire prévoyait 33 % de composites, avant de passer à 40–45 % de composites lorsqu’une voilure composite a été retenue, d’après Aerotime.

D’après le président d’Irkut Corporation, Oleg Demchenko, cité par Composites Manufacturing Magazine, le MC-21 aurait une « efficacité structurale massique » supérieure de 15 % à celle de l’Airbus A320, ce qui se traduirait par une réduction des coûts d’exploitation de 20 % et par 15 %  de réduction sur la consommation de carburant.

En d’autres unités : le MC-21 est 5 mètres plus long que l’A320neo, pour le même poids.

Ceremonie MC 21 sous l'aile

Voilure infusée hors autoclave : une première

La voilure aux raidisseurs intégrés, le caisson de voilure central, les longerons, sont non seulement réalisés en composite, mais surtout, sont polymérisés hors autoclave. C’est une première pour des aérostructures aussi grandes, complexes et critiques.

D’après Composites World, ces structures sont fabriquées par AeroComposit, filiale comme Irkut d’United Aircraft Corporation. Les matériaux sont fournis par Solvay (Cytec à l’époque où le développement a commencé). Les rubans unidirectionnels de fibres sèches sont déposés en placement automatique (ATL) par des machines de l’espagnol MTorres et le français Coriolis.

Solvay, impliqué dans le projet depuis 2008, a développé un matériau spécifique pour cette application. D’après Lance Parcell, directeur commercial, l’EP2400 est :

« un produit unique, qui est à la fois durci et compatible du procédé d’infusion, sans avoir eu à ajouter des durcissants additionnels sous forme de films ou de fibres polymères.
De plus, la résine supporte une large gamme de paramètres d’infusion, ce qui laisse largement le temps nécessaire pour infuser des structures primaires de grandes dimensions comme les voilures.
La porosité dans la pièce finie est très faible, inférieure ou égale à celle obtenue par autoclave ».

Les raidisseurs et les peaux de la voilure sont co-cuits en une seule structure, ce qui réduit le nombre de pièces à manipuler, facilite l’assemblage, et, au final, réduit les coûts.

Un développement international

Dans un article de 2014, Composites World décrivait en détails le développement de la voilure et du caisson central : AeroComposit a fait appel à des experts du monde entier pour la conception, le choix des matériaux et la mise au point d’un procédé de fabrication reproductible, permettant de respecter le niveau de précision et de qualité souhaités.

Parmi ceux-ci : les fournisseurs de matériaux Hexcel et Cytec, FACC pour le caisson central, Diamond Aircraft pour la voilure, MTorres pour le placement de fibres et l’assemblage automatisé, et Stevik pour l’équipement d’infusion.

C’est ainsi que le fabricant d’équipements automatisés MTorres est devenu un participant clé dans la sélection des matériaux, en réalisant des essais de drapage de fibres sèches avec les différentes options envisagées.

MTorres s’appuyait sur son expérience de dépose de fibres de verre sèches avec le fabricant d’éoliennes Gamesa, mais le passage à la fibre de carbone représentait alors un défi.

Après le placement de fibres, les préformes sont infusées et polymérisées dans le « Centre Automatisé de Thermo Infusion » (Thermo Infusion Automated Center, TIAC), développé par le français Stevic. Le TIAC est un système intégré d’infusion, associé à un four, piloté par un logiciel, où tous les paramètres du procédé sont contrôlés.

La polymérisation de la résine est réalisée à une température standard de 180°C, et le cycle infusion-polymérisation varie de 5 à 30 heures, selon la nature du moule, la taille et la complexité de la structure.

Enfin, les structures sont percées et assemblées à l’aide d’équipements automatisés mis au point également par MTorres, avant d’être expédiées à Irkutsk, où a lieu l’assemblage final du MC-21.

Crédits photos et vidéos : United Aircraft Corporation


A propos de Magalie Castaing

Après 10 ans d’ingénierie mécanique dans le secteur de la défense, j’ai créé une entreprise de développement web : Kasutan. Le Journal du composite est l’intersection de mes différents métiers : ingénierie, langues et internet.