Mise en situation

L’environnement de la demande du client

La société « Mât de Cocagne » développe une nouvelle génération de mât de réacteur. (Figure 1)

Le mât réacteur, appelé également pylône (pylon en anglais), est la pièce maîtresse de la structure de l’avion qui sert à fixer les réacteurs sous la voilure de l’avion (Figure 2). Le mât de réacteur est fixé à la voilure de l’aéronef qui soutient le réacteur pour transmettre les charges et la puissance des réacteurs à l’avion.

Le mât assure deux principales fonctions :

• Passage des efforts y compris en cas de situation accidentelle (rupture d’une pièce de structure, feu, rupture de pale de fan réacteur, etc.),
• Liaison des systèmes (hydraulique, électrique, air et fuel).

Sa conception doit tenir compte des contraintes principales suivantes :

• Niveaux de chargement très élevés (jusqu’à 175000 daN sur certains axes),
• Amplitude de températures importante (-50°C à 450°C),
• Milieu vibratoire,
• Zones feu (flammes standards et flammes torches),
• Interchangeabilité du mât complet (interfaces communes d’un mât à l’autre),
• Normes aéronautiques européennes (JAR) et américaines (FAR).

Cette pièce complexe sert également d’interface pour les équipements hydrauliques, électriques, les circuits de conditionnement d’air, de carburant, le système de chauffage et les systèmes d’alarme moteur (Figure 3).

Le mât résulte de l’assemblage d’une multitude de pièces usinées ou formées à partir de métaux durs tels que les aciers spéciaux ou le titane (Figure 4). Ces matériaux offrent de grandes qualités de résistance de leurs caractéristiques mécaniques et peuvent supporter de très hautes températures sans variation notable de leurs caractéristiques mécaniques.

Extrêmement sollicitée par les vibrations aérodynamiques, la pièce abrite en son centre tous les circuits électriques, hydrauliques et carburant qui alimentent le réacteur (Figure 5).

La structure du mât-réacteur est fixée aux longerons avant et principal pour répartir la charge créée par les réacteurs sur l'aile. Lorsque les réacteurs dépassent les longerons avant, leurs masses produisent un moment de torsion vers le bas.

Léger et résistant à des températures allant de - 50° à + 600° C, c’est en titane que cette partie de l’appareil est fabriquée.

Monté sous chaque aile ou sur le fuselage (Figure 6 et Figure 7) son rôle est :

- de supporter le moteur,
- de transmettre les charges au caisson de l'aile ou du fuselage,
- de soutenir et acheminer les systèmes hydrauliques, électriques, air, fuel, etc...

Une fois assemblés, testés, et qualifiés, les mâts réacteurs sont expédiés vers les lignes d’assemblages finales des avionneurs, pour être montés sous les voilures des avions avant de recevoir les réacteurs.

La demande du client

Lors de la conception d’un nouveau mât de réacteur (Figure 8), la société "Mât de Cocagne", a été contrainte de concevoir une nouvelle attache moteur arrière, différente de l’ancienne attache moteur visible sur la figure 8.

La pièce est un support de moteur d'avion. Sa fonction est de supporter le poids du capot pendant l'entretien du moteur. Il ne doit pas se casser ou se déformer lors des différentes manipulations du moteur.

Il reste toujours sur le moteur. Il ne joue aucun rôle actif lors du fonctionnement du moteur. Le support n'est utilisé que périodiquement. La réduction du poids de tout composant de l'avion a un impact sur la consommation de carburant et les niveaux d'émissions de gaz à effet de serre.

C’est pourquoi la société « Mât de Cocagne » consulte une entreprise de forge et de matriçage. Elle attend en réponse une étude de faisabilité qui se traduira à terme par un devis pour l’attache moteur (Figure 9).

Objet de l’étude

L’épreuve porte sur :

- La définition géométrique de la pièce adaptée au matriçage sur presse à vis ;
- La détermination de la machine de matriçage optimale dans le but son acquisition ;
- L’établissement d’une gamme de matriçage prévisionnelle.

Travail demandé

Le sujet comporte 4 parties :

PARTIE 1 : Sélection du matériau adapté à la pièce à matricer.
PARTIE 2 : Adaptation de la pièce au matriçage.
PARTIE 3 : Vérification de la capacité des machines pour le forgeage.
PARTIE 4 : Rédaction de la gamme prévisionnelle de forgeage.