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<strong>LE MC-21 SE VEUT LE RIVAL DES A320 ET B737</strong>

<strong>SORTIE D'USINE</strong>

LE BIRÉACTEUR RUSSE MC-21 VIENT DE FAIRE SA SORTIE D'USINE À IRKOUTSK, EN RUSSIE. SON CONSTRUCTEUR, IRKUT CORPORATION, AMBITIONNE DE CONCURRENCER AIRBUS ET BOEING EN AMÉRIQUE DU SUD, EN ASIE ET EN AFRIQUE… ET PEUT-ÊTRE MÊME EN EUROPE.Le 8 juin, à Irkoutsk, sur le lac Baïkal, le nouveau et premier avion de ligne MC-21-300 a été présenté dans le hangar de l'usine d'IAZ (Irkutsk Aircraft Plant). Avec cet appareil, Irkut Corporation espère bien damer le pion aux Airbus A320 et Boeing 737. Le MC-21-300, qui offre 163 places assises, est la version de base d'une future famille d'appareils. L'avion devrait, selon le calendrier établi, effectuer son premier vol au début de l'année prochaine.

Le Premier ministre Dmitri Medvedev a pris part à la cérémonie, ce qui met l'accent sur IRKUT les espoirs que place le gouvernement russe sur cet appareil. « Le MC-21 est l'avion de ligne du XXIe siècle. Nous sommes extrêmement fiers qu'il ait été conçu dans notre pays. » Le MC-21 devrait être un avion innovant. Les Russes ont bien compris qu'un appareil si-milaire aux Airbus A320 et Boeing 737 (sans parler du nouveau C919 chinois) n'aurait aucune chance de succès. Le MC-21 doit être meilleur que ses rivaux pour être vendu. Même la désignation de l'appareil est liée à de grandes ambitions : MC-21 signifie en russe Magistralnii Samoliot 21 vieka, ou principal appareil du XXIe siècle.

DES COÛTS D'EXPLOITATION RÉDUITS.L'objectif a été précisément spécifié : les coûts d'exploitation du MC-21 doivent être inférieurs de 12 à 15 % à ceux « des meilleurs avions de transport de cette gamme » (l'Airbus A320 servant d'exemple), ce qui inclut la consommation en carburant, qui doit être de 24 % plus basse. En comparaison avec un A320neo remotorisé, sur un vol de 1000 nautiques typique (1852 km), le MC-21 devra brûler 8 % de kérosène en moins et ses coûts d'exploitation devront être inférieurs de 5 %. Ces objectifs et pourcentages « 12-15 % » ont été affichés dans les déclarations d'Irkut lorsque le coût du brut était deux fois plus élevé, ce qui lève certains doutes. Avec un coût du pétrole réduit, la différence en termes de coûts d'exploitation entre les appareils actuels et ceux de prochaine génération devraient également diminuer.

Durant la cérémonie à Irkoutsk, le président d'United Aircraft Corporation (UAC), Youri Slyusar a déclaré que « la rivalité avec Airbus et Boeing sera dure, mais nous pensons que notre appareil est le plus compétitif de cette gamme ». Juste après la sortie d'usine dans le même hangar, la compagnie azerbaïdjanaise Azal Azerbaijan Airlines a signé un protocole avec International Finance Corporation (IFC) pour la possible location de dix MC-21.

UNE VOILURE COMPOSITE À FORT ALLONGEMENT. La réduction de la consommation de carburant se fera par le biais d'une voilure entièrement nouvelle à l'aérodynamique sophistiquée. Cette aile est d'un allongement de 11,5 et donc d'une finesse élevée. A Mach 0,78, sa finesse est supérieure de 5,1 % à celle de l'A320 et de 6 % à celle du 737NG. A Mach 0,8, cette différence est même plus élevée, de 6 et 7 % respectivement.

La fabrication d'une telle voilure par le biais d'une technologie conventionnelle employant les alliages serait impossible, car l'aile serait extrêmement lourde.

Elle a donc été réalisée en matériaux composites, lesquels représentent par ailleurs entre 35 à 37 % de la masse de la cellule du MC-21. Grâce à leur emploi, Irkut déclare que la masse de l'appareil à vide par passager est allégée de 5 % par rapport à l'A320. Le MC-21 affiche même un gain de masse de 8 % par rapport à un A320neo (mais il aurait un handicap de 2 % de masse supplémentaire par rapport à un 737). Voici bien des années, lorsque le programme MC-21 n'en était alors qu'à ses débuts, le président d'Irkut Corporation, Oleg Demchenko avait déclaré que le MC-21 ferait face à deux défis technologiques majeurs : les matériaux composites et la motorisation. Les matériaux composites employés au niveau des capotages, trappes, gouvernes et autres systèmes hypersustentateurs sont communs depuis plusieurs dizaines d'années.

Mais l'emploi de ces mêmes composites au niveau des éléments principaux, des structures porteuses d'un appareil, est une nouveauté qui remonte à quelques années seulement. Cette avancée technologique a été réalisée avec le Boeing 787 Dreamliner, qui est virtuellement réalisé tout en com-Avec l'aide des Autrichiens Lorsque le programme du Boeing 787 débuta, les Américains constatèrent que la technologie d'infusion de résine liquide était encore trop immature pour être utilisée dans le cadre de la construction de grands éléments. Quelques années plus tard, les Russes constatèrent que seul son emploi leur permettrait de réaliser un bond technologique. Les partenaires avec lesquels les Russes ont réussi à maîtriser puis perfectionner les technologies composites pour le MC-21 sont Fisher Advanced Composite Components (FACC) et Diamond Aircraft, deux sociétés autrichiennes. En mai 2011, FACC a réalisé le premier prototype à échelle réduite de caisson de voilure, de 10,2 m de long par 2,9 de large pour AeroComposit Oulianovsk.

La pièce a fait l'objet d'essais de résistance au TsAGI à Joukovski, après quoi cette structure fut modifiée pour éliminer les concentrations de contraintes. Quelque temps plus tard, en décembre 2011, Diamond Aircraft livra son premier prototype d'aile du MC-21 à Oulianovsk.

posites, tout comme l'A350. Le Bombardier CSeries, de dimensions plus modestes, dispose d'une voilure en composites, tout comme le MC-21.

La voilure en composites du MC-21 est réalisée par le biais de la nouvelle technique dite d'infusion sous vide, qui n'a jusqu'à présent jamais été utilisée dans le domaine de l'industrie aéronautique pour la réalisation de pièces de telles dimensions Le système de pressurisation P. BUTOWSKI (les pales des éoliennes sont construites par ce procédé comme les coques de bateaux).

INFUSION SOUS VIDE.Jusqu'alors, la construction composite employait la technologie autoclave, dans laquelle les fibres composites préimprégnées sont appliquées par couches successives dans un moule puis mises sous pression dans un autoclave.

L'infusion sous vide utilisée pour la voilure du MC-21 emploie des fibres de carbone sèches disposées en couches réparties sous différents angles dans la préforme du futur élément. Après pose du réseau d'infusion, l'élément fait l'objet d'un passage au Tiac (Thermo Infusion Automated Center) où la résine époxy liquide est infusée dans l'élément « sec » opéré simultanément au traitement thermique en four.

Le principal avantage de la technologie d'infusion sous vide repose sur la possibilité de réaliser de grandes structures ou grands éléments monolithiques, comme par exemple le panneau d'aile du permet une pression équivalente MC-21 de 18 m de long par 3 m de large, en un seul cycle. D'autre part, l'outillage de production nécessaire est bien moins coûteux que celui utilisé dans le cas de l'autoclave et cette différence s'accroît avec les dimensions de l'élément produit.

Le coût des matériaux employés est également moindre. Il y a toutefois un risque, comme dans tout ce qui est réalisé pour la première fois. Le choix des matériaux adéquats, le dosage précis de résine époxy aux endroits spécifiques et le contrôle de la température sont à surveiller de près. Figure également le risque d'un dépla-cement de fibres, d'une couche de fibres à l'état sec au cours du processus d'assemblage. Pour éviter cela, un voile thermoplastique extrêmement fin, qui fonctionne comme un liant, est ajouté.

AEROCOMPOSIT. Le 2 décembre 2008, dans le but de développer et de produire les éléments en composites du MC-21,UAC a créé AeroComposit Company. La principale usine à une altitude de 6 000 pieds.

de cette société est AeroComposit Oulianovsk, la seule qui utilise le procédé d'infusion sous vide et qui produit des éléments structuraux du MC-21 parmi lesquels figurent le caisson de voilure, le caisson central de voilure et les panneaux de voilure. La construction de cette toute nouvelle usine à Oulianovsk a commencé en novembre 2011. L'objectif à terme est de pouvoir produire des kits pour cent appareils par an. Avec l'emploi de la même technologie, AeroComposit Oulianovsk fabriquera la voilure composite du drone russe Altair, d'une envergure de 28 m.

Un autre site de production, Kapo-Composit à Kazan, au sein de l'usine aéronautique Kazan, produit les ailerons, les volets et les capotages en plastique armé de fibre de verre. Le site fut cérémonieusement lancé le 6 juillet 2013. Les mêmes éléments seront produits pour le Sukhoï Superjet et le nouvel avion de transport militaire russe.

Une troisième société, PM Technologia d'Obninsk, qui ne fait pas partie d'Aero-Composit, fabrique les caissons de torsion de l'empennage du MC-21. Obninsk est en Russie le principal centre de production de matériaux composites à destination de l'aéronautique depuis plusieurs années et fabrique entre autres des éléments du PAK FA.

SUBSTITUTION. Les sanctions américaines aussi bien qu'européennes n'ont pas encore touché les livraisons de matériaux nécessaires à la production de composites, mais les Russes ont lancé le programme d'« importation de substitution » par précaution, au cas où… Si la voilure du MC-21 est en composites, le fuselage est en revanche de construction totalement conventionnelle, c'est-à-dire métallique. Pour les Russes, la construction d'un fuselage en composites est, au niveau actuel de la technologie, justifié pour des appareils de dimensions tels que le B787 ou l'A350. Dans le cas d'avions de dimensions inférieures, ce qui inclut le MC-21, il vaut mieux conserver la construction métallique pour le fuselage. Mais le MC-21 a un fuselage plus large que celui de ses rivaux, son diamètre externe est de 4,06 m, soit 15 cm de plus que l'A320 et 30 cm de plus que celui du B737.

A l'intérieur, la cabine passagers mesure 3,81 m de large. Le confort des passagers peut être amélioré grâce à des sièges de 18,5 pouces de largeur (46,99 cm), ce qui laisse un espace de 20 pouces (50,8 cm) pour le couloir (en classe économie avec six sièges de front). D'autres sièges de 18 pouces de large (45,72 cm) peuvent être utilisés, avec les couloirs élargis à 22,5 pouces (57,15 cm). Cette option sera préférée par les opérateurs visant à accélérer le temps d'embarquement et de débarquement. Irkut a procédé à une expérience, qui a démontré que l'accroissement de la largeur du couloir de 19 à 22 pouces (48,26 cm à 55,88 cm) permet de diminuer ce temps de 29 à 25,7 minutes, soit de 11 % (pour le MC-21-200 avec 168 passagers à bord). Irkut déclare ainsi que le MC-21 a un temps de rotation qui est de 20 % supérieur à celui de ses rivaux.

AIR CONDITIONNÉ.Le confort des passagers est également accru grâce au nouveau système d'air conditionné fabriqué par la société Teploobmennik. Au cours du vol en croisière à 39000 pieds (11 900 m), il maintient une pression équivalente à une altitude de 6 000 pieds (1 800 m) au lieu des 8000 pieds standards (2500 m). Les hublots sont de plus grandes dimensions que ceux habituellement utilisés.

Une autre solution visant à réduire les coûts d'exploitation repose sur l'utilisation de moteurs figurant parmi les plus avancés technologiquement parlant. A la fin 2009, Irkut a sélectionné pour le MCdeux 21 le Pratt & Whitney PW1400G à soufflante réductée. Le contrat final a été signé en juin 2012. En comparaison avec l'A320 et le 737, la rentabilité est significativement meilleure, mais en comparaison avec l'A320neo et le 737MAX, ce n'est pas le cas. Le PW1400G destiné aux Russes est virtuellement le même moteur que le PW1100G utilisé sur l'A320neo. La première version de l'appareil, soit le MC-21-300, est motorisée par deux turboréacteurs PW1431G d'une poussée de 137,9 kN (31000 livres) au décollage. La version MC-21-200 sera de son côté propulsée par PW1428G qui délivrent 124,5 kN (28000 livres). Trois moteurs ont été livrés à Irkoutsk dont deux ont déjà été installés sur le premier appareil, le dernier étant un moteur de rechange. Pratt & Whitney a certifié le PW1400G aux Etats-Unis début mai 2016, la validation russe de cette certification est attendue pour la fin de cette année. Des 175 MC-21 commandés à l'heure actuelle, 140 seront motorisés par des turboréacteurs Pratt & Whitney. Il n'y a pas de turboréacteur russe de cette gamme de poussée. Lors des études préliminaires de l'appareil, l'utilisation du moteur PS-90A12 fut envisagée, mais s'agissant d'un turboréacteur de la génération précédente, l'appareil n'aurait pas été compétitif. Les Russes ont ensuite lancé leur programme PD-14 en 2008. Le PD-14 (Perspektivnii Dvigatel, soit moteur du futur de 14 tonnes de poussée) motorisera le MC-21-300. La version détarée PD-14A (de 12,5 tonnes de poussée) sera produite pour le MC-21-200.

Par rapport au turboréacteur américain, le PD-14 russe est un turboréacteur double flux conventionnel (donc sans soufflante réductée) double corps avec un taux de dilution de 8,5 à 1 (le PW1400G affiche de son côté 12 à 1). Selon Alexandre Inozemtsev, de la société Aviadvigatel de Perm, qui est en charge du projet, le turboréacteur à soufflante réductée est « une technologie bien trop sophistiquée » et dont les gains paraissent hasardeux sur un moteur de ces dimensions. Les paramètres du PD-14 ont été sélectionnés dans le but d'atteindre des coûts d'exploitation minimaux. Le générateur de gaz dispose d'un compresseur huit étages avec un taux de compression de 17 à 1, une chambre de combustion annulaire et une turbine à deux étages. Les dimensions du générateur de gaz ont été déterminées pour développer une famille de moteurs. Dans l'avenir, sur la base du PD-14 sera développée toute une gamme de moteurs dont la poussée variera de 9 à 18 tonnes. La section froide du PD-14 comprend une soufflante, un compresseur basse pression à trois étages et turbine basse pression à six étages. La nacelle moteur est courte, les matériaux composites la constituent à hauteur de 65 %.

P. BUTOWSKI AUBES CREUSES.La technologie clé employée sur le PD-14 repose sur l'emploi d'aubes de soufflante creuses en titane. Ce même type d'aube est également utilisé sur les six étages de la turbine basse pression. Les aubes creuses ont permis un gain de masse de l'ordre de 500 kg comparé aux aubes traditionnelles, la masse moteur complet est de 3,8 t. L'usine d'Oufa a développé une technologie indigène qui a fait l'objet d'un dépôt de brevet pour la production de ces aubes. Selon Alexandre Inozemtsev, comparé au PW1400G, le moteur russe aura une consommation spécifique d'environ 1 % supérieure, mais « grâce à sa masse et à son diamètre inférieurs sous l'aile du MC-21, notre turboréacteur sera de 0,5 à 0,7 % meilleur ». Le 30 octobre 2015, le prototype du PD-14 a effectué son premier vol sur un Il-76LL banc d'essai volant et a depuis accumulé 22 heures 22 min au cours de seize vols. Actuellement, le moteur est en cours de révision avant une autre série d'essais qui se tiendront à la fin de cet été. Le premier vol du MC-21 avec des moteurs PD-14 est planifié pour juin 2018 (cf. A&C n° 2500). Le groupe de démarrage auxiliaire du MC-21 est fabriqué par American Hamilton Sundstrand, l'option russe est le TA18-200MC fabriqué par la société Aerosila de Stoupino.

P. BUTOWSKI INVESTISSEMENTS. Pour le programme MC-21, les Russes ont effectué de grands investissements dans la modernisation profonde de leurs usines, achetant l'outillage à l'Ouest. La société allemande Dürr Systems GmbH a développé et livré l'assemblage fuselage et la chaîne d'assemblage final à l'usine IAZ à Irkoutsk. La chaîne d'assemblage de l'usine Aviastar-SP à Oulianovsk a été construite par ThyssenKrupp et les machines à riveter ont été livrées par Gemcor, une entreprise américaine. Les autres fournisseurs d'outillage sont Broetje-Automation et Handtmann. Irkut a également acquis une certaine expérience dans le cadre de la production de certains éléments, dont les compartiments de train d'atterrissage pour l'A320. « Ce qui fut une école de production moderne », considère Kirill Budayev, vice-président du marketing chez Irkut.

Le premier prototype du MC-21-300, dévoilé à Irkoutsk le 8 juin devrait voler au début de l'an prochain. La première livraison à Aeroflot est prévue pour le dernier trimestre 2018, avec l'obtention de la certification de type russe. La certification Aesa est attendue dix-huit mois plus tard. Selon Kirill Budayev la cadence de production devrait s'accroître pour atteindre six appareils par mois (72 par an) en 2022. Au total, Irkut estime les futures ventes à hauteur de 1060 appareils dans les vingt prochaines années. Les principaux marchés internationaux sont en Amérique du Sud, en Asie et en Afrique… « Mais nous n'oublions pas pour autant l'Europe », ajoute Kirill Budayev. Le prix catalogue du MC-21-300 est de 91 M$ (81,2 M€), « soit 15 % de moins qu'Airbus ». Kirill Budayev précise que le coût total en termes de R&D est de 4,5 Md$ (4,01 Md€) dont 40 % sont supportés par Irkut et les 60 % restants par l'Etat russe. Jusqu'à présent, Irkut a reçu 175 commandes fermes et plus de 100 options et intentions d'achat.

¦ Piotr Butowski avec Antony Angrand Répartition du travail Le coordinateur du programme MC-21 est Irkut Corporation. L'essentiel du travail de conception est effectué par le centre d'ingénierie Yakovlev de Moscou, qui fait partie d'Irkut.

La conception de la voilure a été confiée à Sukhoï avec l'assistance d'AeroComposit. L'usine IAZ d'Irkoutsk produit cinq sections de fuselage de F1 à F5 (en fait le fuselage entier à l'exception de la queue), assemble le fuselage et effectue l'assemblage final de l'appareil. Aviastar-SP d'Oulianovsk produit les deux sections tout à l'arrière du fuselage (plus exactement celle à laquelle l'empennage est raccordé et le compartiment où est installé le groupe de démarrage auxiliaire), ainsi que l'empennage, dans lequel les caissons de torsion réalisés en matériaux composites et livrés par PM Technologia sont utilisés. Aviastar-SP fabrique toutes les portes. Les ailes sont livrées par AeroComposit d'Oulianovsk. Les mâts réacteurs ainsi que différents carénages dont le plus grand, situé sous la section centrale de voilure, sont fabriqués par l'usine de Voronej. Le train d'atterrissage est livré par la société Gidromash, située à Nijni Novgorod. Il est possible de commander un MC-21 avec un train d'atterrissage renforcé, avec quatre roues sur chaque boogie au lieu de deux. Grâce à cette possibilité, l'appareil sera capable d'opérer depuis 95 % des aéroports russes, pourcentage qui tomberait à 65 % avec le train standard. La cabine fait l'objet d'une entreprise commune entre American C&D et Irkut, la peinture des appareils est confiée à Spectr-Avia, dont les ateliers sont sur l'aéroport d'Oulianovsk.

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