Le problème composite de Boeing

Boeing dit que c'est 787 Dreamliner –un jet de passagers de taille moyenne et économe en carburant qui est actuellement en développement – ​​sera le premier avion commercial dans lequel les principaux éléments structurels sont faits de matériaux composites plutôt que d'alliages d'aluminium. Les changements devraient réduire le poids des composants de 20 pour cent, augmentant considérablement l'efficacité énergétique.

Prière et une aile : Un Boeing 787 de présérie a été dévoilé l'année dernière, mais des parties de son caisson de voilure (ci-dessus) – la structure principale de chaque aile – se sont bouclées lors des tests de résistance. La structure, faite de matériaux composites, mesure plus de 15 mètres sur 5 mètres et pèse 55 000 livres, y compris le matériel de test et les instruments. La société renforce cette version en peaufinant la conception des futurs caissons d'aile.

De tels matériaux composites – des couches de fibres de carbone ultrarésistantes et d'époxyde – sont utilisés depuis longtemps dans les jets militaires, où l'argent est rarement un objet, et dans les jets commerciaux pour des pièces comme les cadres de porte-bagages. Mais Boeing apprend à quel point les composites peuvent être difficiles à analyser efficacement et à construire économiquement pour les structures d'avions commerciaux. La société a dû retarder l'introduction du 787 car des éléments du caisson de voilure en composite - la structure principale à l'intérieur de chaque aile - se sont déformés lors des tests de résistance.

Le caisson de voilure commence à peu près au milieu de l'avion et s'étend sur environ les deux tiers de l'envergure. Cet élément clé de plus de 15 mètres de long et 5 mètres de large a été conçu et construit par Boeing en collaboration avec Mitsubishi Heavy Industries et Fuji Heavy Industries , au Japon. Pat Shanahan , vice-président du programme 787, a déclaré lors d'une conférence téléphonique la semaine dernière que les tests structurels avaient identifié la nécessité de renforcer les éléments dans le caisson central de l'aile.

Le correctif nécessite l'ajout de nouveaux supports et d'autres pièces aux caissons d'aile déjà construits, ainsi que la modification de la conception des caissons non encore construits. Les rénovations des boîtiers existants s'immisceront dans les chemins de câblage, ce qui aggravera les problèmes. Boeing repousse donc la date de livraison du 787 d'environ six mois, du premier au troisième trimestre 2009.

Le problème avec les composites n'est pas qu'ils ne sont pas solides ; c'est qu'ils sont si complexes en interne. Ils sont constitués de couches orientées dans des directions différentes ; ces couches, à leur tour, sont constituées de fibres individuelles dont la composition peut varier quelque peu. Cela rend difficile pour les ingénieurs d'imiter avec précision leurs performances dans des modèles informatiques pour les tests de préfabrication.

Les matériaux composites sont plus difficiles à analyser que les simples métaux homogènes, explique John Hansman , directeur de la Centre international du transport aérien , au MIT. Vous ne modélisez généralement pas chaque fibre de la structure, vous proposez donc des modèles qui ont des simplifications.

De plus, dit-il, les composites permettent aux ingénieurs de créer des formes personnalisées, mais ces formes personnalisées aggravent le problème de modélisation déjà difficile. Vous avez beaucoup plus d'options de conception, ce qui peut être à la fois une force et une faiblesse. Il y a beaucoup d'autres choses que je peux faire avec les matériaux composites - ajouter de la résistance à des endroits spécifiques, l'enlever - mais vous avez alors des combinaisons à la fois de la géométrie et de la superposition particulière des matériaux composites qui sont uniques.

Les tests de résistance mécanique de Boeing commencent par des pièces représentatives (appelées coupons), puis passent à des parties de plus en plus grandes de la structure, et enfin à la structure complète. Boeing place les pièces structurelles dans d'énormes machines hydrauliques qui les plient et les tordent pour imiter les contraintes qui vont bien au-delà des pires conditions attendues dans les vols réels. C'est lors de ces tests que des problèmes sont apparus avec les longerons structurels du caisson de voilure.

Shanahan a déclaré lors de la conférence téléphonique de la semaine dernière que Boeing avait retracé le problème à une erreur dans une analyse de modélisation antérieure, mais il n'a pas expliqué les détails. Nous l'avons découvert. Nous allons revenir en arrière et le corriger, a-t-il dit. Shanahan a ajouté que Boeing n'a pas perdu confiance dans ses décisions d'utiliser plus largement les composites ; 95 pour cent de milliers de tests ont donné des résultats aussi bons ou meilleurs que prévu. Lors d'un de ces tests - du canon de fuselage en composite - les ingénieurs ont dû arrêter le test de peur de casser l'équipement de test, s'est-il vanté.

David Roylance , expert en composites et professeur agrégé en ingénierie des matériaux au MIT, déclare que l'expérience de Boeing avec le 787 montre que l'industrie est toujours en phase d'apprentissage pour utiliser plus largement les composites dans les avions commerciaux. Il y a toute une variété de choses avec les composites qui sont machinables, mais qui sont différentes des métaux, dit-il. Il faut donc du temps pour que les gens se sentent à l'aise avec cela.

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