Le train d'atterrissage tricycle est constitué d'un atterrisseur principal avant gauche et d'un atterrisseur principal avant droit disposés sous la voilure ou le fuselage ainsi que d'une roulette de nez (nosewheel en anglais) qui permet de diriger l'avion au sol.
Avantage du train tricycle
Cette disposition facilite grandement la visibilité pour le roulage,le décollage et l'atterrissage. Pendant la phase de décollage l'avion est pratiquement en ligne de vol. Moins sensible au vent de travers et une bonne tenue au freinage. Influence plus faible du couple de l'hélice pendant le décollage.
Inconvénients du train tricycle
Pour améliorer le rendement aérodynamique, il faut caréner les roues et les jambes, d'où une augmentation du poids qui s'ajoute au poids de la roue avant.
Le train tricycle peut être fixe ou rentrant.
Les atterrisseurs principaux sont composés chacun :
- d'un amortisseur Voir Différents types amortisseurs
- d'une ou deux roues Voir Roues et Pneumatiques
- de freins Voir Freins et circuit de freinage
Les atterrisseurs principaux sont en arrière du centre de gravité, mais ils ne devront pas être trop en avant (près du CG) pour ne pas risquer de toucher à l'arrière lors des décollages ou des atterrissages, ni trop en arrière (loin du CG) pour ne pas avoir une charge importante sur la roulette de nez. La charge normale sur la roulette de nez est de l'ordre de 10 à 20 % du poids total de l'avion.
Sur les avions à ailes basses les atterrisseurs principaux sont généralement fixés sur le longeron principal de l'aile. Le carénage des roues et des atterrisseurs permet, malgré une légère augmentation du poids de diminuer la traînée.
Exemple de jambe de train sur avion à aile basse, type Piper PA 28.
Sur les avions à ailes hautes, les atterrisseurs principaux sont en principe fixés sur le fuselage.
Ci-dessous le Cessna 172
Principe de fixation de la jambe du train au fuselage type Cessna 172 avec tube d'acier et carénage.
À noter que sur les anciens Cessna 172, la jambe du train est une lame d'acier. Voir Train classique.
Parfois, les atterrisseurs principaux peuvent être fixés sous les ailes, comme le BN-2 Islander (bimoteur à ailes hautes et train d'atterrissage fixe).
Certains avions peuvent avoir une version hydravion, comme le Cessna R 172 amphibie.
Sur d'autres avions, des skis sont fixés au train d'atterrissage.
Comme pour les amortisseurs principaux, il existe 2 types principaux de train avant selon la position de l'axe vertical de direction (pivot) par rapport à l'axe de la roue.
L'axe du pivot ne passe pas par l'axe de la roue :
La fourche qui maintient la roue est libre par rapport au pivot, et libre en direction. Le pivot est toujours devant l'axe de roue, pour obtenir une position stable de la fourche. La roue est dite "tirée".
Dans ce cas, l'orientation de la roue à l'aide du palonnier est impossible. Le roulage au sol se fera par action différentielle sur les freins.
L'axe du pivot passe par l'axe de la roue :
Deux cas peuvent se présenter :
- le pivot est vertical
- le pivot fait un angle avec la verticale.
Dans ces deux cas, l'orientation de la roue avant à l'aide du palonnier est possible et un amortisseur de shimmy pourra être nécessaire.
Le train avant, appelé également roue avant ou roulette de nez, est le plus souvent orientable au moyen des palonniers auxquels elle est reliée par des câbles ou des tringles de commande. La roue avant du train tricycle est généralement fixée à la structure au moyen d'un amortisseur oléopneumatique. De construction moins robuste que le train principal, la roue avant n'est pas destinée à absorber les chocs à l'atterrissage.
En vol, lorsque l'amortisseur est détendu, la roue avant est désolidarisée du palonnier. Sur certains avions, un dispositif permet de maintenir la roue avant dans l'axe en vol.
Sur Cessna, lorsque l’amortisseur de la roue est détendu, la partie supérieure de la branche du compas entre en contact avec la partie supérieure de l’amortisseur. Le point de contact plat est conçu de façon que, lorsque l’amortisseur se détend, la roue avant reste centrée pendant le vol.
Sur DR400, lorsque la roue avant ne supporte aucun poids, un verrou coulissant le long du fût descend en déplaçant un doigt dans une encoche solidaire du bâti. Le train est alors immobilisé et verrouillé dans l'axe sur son support.
Il existe très peu d'avions à ailes hautes parmi les monomoteurs et les bimoteurs légers (masse inférieure à 5700 Kg).
Ci-dessous, le Cessna 210 Centurion avec une cinématique de train d'atterrissage assez compliquée.
Le Gardan GY 80 "Horizon" a un train d'atterrissage avec sortie et rentrée manuelles. Il suffit de faire effectuer 19 tours à une manivelle pour rentrer ou sortir le train. Il faut signaler que les volets sont conjugués avec le train. Ils sont donc braqués en position train sorti et rentrés en position train escamoté. Il fut conçu dans les années 1960 par Yves Gardan. Quelques exemplaires volent encore. À noter que les roues ne rentrent pas totalement, un tiers environ de leur surface reste sorti.
Ci-dessous, le Beechcraft Baron pendant la rentrée du train d'atterrissage. Le "Baron" comme les Cessna est équipé d'un train d'atterrissage à énergie électrique.
Chaque atterrisseur du train d'atterrissage est relié par des tubes d'entraînement à un boîtier unique situé à l'arrière du siège du pilote.
Le réducteur est entraîné par un moteur électrique fixé au boîtier. Au sol, la rentrée du train accidentelle est empêchée par un interrupteur de sécurité situé sur l'amortisseur gauche. La rentrée du train est impossible tant que l'amortisseur est comprimé par le poids de l'avion. Les trappes du train sont reliées mécaniquement à leur jambe respective.
Le train d'atterrissage peut être abaissé manuellement par une manivelle.
Ensemble moteur et réducteur du train d'atterrissage type Cessna 310
Boitier d'entrainement sans le moteur électrique. À gauche, vue du dessus (entrainement des atterrisseurs principaux), à droite, vue du dessous (entrainement de la roue avant).
En cas de panne, le train d'atterrissage peut être manœuvré manuellement par une manivelle.
Ci-dessous, le boitier d'entraînement de l'avion Bonanza avec sa manivelle pour la sortie manuelle.
Le circuit hydraulique se compose généralement d'un réservoir hydraulique pressurisé par l'air provenant des moteurs.
Une pompe hydraulique entraînée par un moteur électrique fournit la pression nécessaire au circuit.
Chaque atterrisseur du train d'atterrissage a son propre vérin hydraulique pour la sortie et la rentrée. Les trappes sont manœuvrées par cames et tringleries solidaires de l'atterrisseur, mais sur certains avions, des vérins supplémentaires entraînent les trappes de trains pour la fermeture et l'ouverture.
La sortie de secours, suivant le type d'aéronef, peut se faire :
- soit par une pompe à main en ayant pris soin de couper l'alimentation électrique de la pompe,
- soit par un levier qui supprime la pression résiduelle dans le circuit hydraulique, puis libère le verrouillage des atterrisseurs qui descendront et se verrouilleront en position basse par gravité.
Exemple de pack composant le système hydraulique d'un train d'atterrissage pour avion bimoteur léger
Atterrisseur se rétractant dans le fuseau moteur
Dans ce cas, les jambes du train principal rentrent et sortent parallèlement à l'axe de l'avion pour se loger dans des fuseaux derrière les moteurs.
Ci-dessous, mécanisme de l'atterrisseur principal du Beechcraft King Air 200
Atterrisseur se rétractant dans l'aile
Dans ce cas, les jambes du train principal rentrent et sortent perpendiculairement à l'axe de l'avion pour se loger dans les ailes, ou dans le fuselage. L'extension et la rétraction du train se font par un système hydraulique.
Le dessin ci-dessous montre mécanisme de l'atterrisseur principal du Piper Arrow en position verrouillage bas (train sorti).
Atterrisseur se rétractant sous le fuselage
Les atterrisseurs principaux de l'ATR-42 et ATR-72 sont logés pour moitié dans un pod (nacelle) et moitié dans le fuselage.
Ci-dessous, mécanisme de l'atterrisseur principal d'un ATR.
Selon le constructeur, le principe d'orientation de la roue est différent.
Le schéma ci-dessous représente le principe de fonctionnement du Piper Arrow.
Deux galets fixés sur le bras d'orientation sont solidaires de la fourche de la roue avant par l'intermédiaire du cylindre de l'amortisseur. Lorsque la roue avant est sortie et verrouillée, les deux galets sont en contact avec le guignol d'orientation. Celui-ci est relié aux palonniers par deux tringles. En appuyant sur le palonnier gauche, le guignol d'orientation exercera une pression sur le galet droit de manière à faire pivoter la roue avant vers la gauche.
Les trappes du train du Beechcraft King Air 200 serviront de modèle.
Les trappes du train d'atterrissage sont actionnées mécaniquement par le mouvement de l'atterrisseur pendant l'extension et la rétraction.
Pendant la rentrée, un galet entre en contact avec une came. Le mouvement de la came transmet par une tringlerie la fermeture de la porte.
Pour la sortie, le galet renverse le mouvement de la came pour ouvrir la porte. Quand le galet a dépassé la came, un ressort agissant sur la tringlerie maintient la porte ouverte.
Au sol, lors des phases de décollage ou d'atterrissage, la roue avant est soumise à des oscillations latérales, en raison du jeu dans les liaisons. S'il n'y a rien dans le système pour résister ou amortir ce mouvement, les oscillations peuvent augmenter en grandeur et en fréquence, ce qui s'appelle du shimmy. Avec une roue avant neuve et sur une piste parfaitement lisse, aucun shimmy ne devrait se produire, car il existe une résistance mécanique suffisante pour que le mouvement oscillateur dans le système de direction empêche le shimmy de se produire. Malheureusement, en réalité, la surface de la piste n'est pas parfaite et certaines ou toutes les pièces sont assez usées pour permettre au shimmy de se produire. Pour remédier à cela, un amortisseur appelé Anti-shimmy ou Shimmy damper (en anglais) permet de diminuer l'amplitude de ces oscillations, voire de les supprimer. Attention, l'amortisseur de shimmy n'a jamais été conçu pour empêcher le shimmy lorsque les pièces sont excessivement usées.
Sur un avion léger, il s'agit d'un boîtier attaché à la jambe supérieure, qui contient un piston et deux ressorts de compression. Le piston est relié à la jambe orientable par l'intermédiaire d'une tige (voir dessin ci-dessous). Lorsque la roue tourne normalement, la compression sur les deux ressorts est égale. Si la roue commence à osciller latéralement, elle augmente la compression sur l'un des ressorts qui résiste à ce mouvement, ce qui permet de diminuer voire d'annuler ces oscillations.
Pour les avions plus grands, des amortisseurs hydrauliques sont utilisés de manière similaire au dessin ci-dessous. Ce système utilise une tige reliée à un piston. Celui-ci est percé d'orifices tarés qui laissent passer le fluide. Lorsque la jambe commence à osciller, le piston se déplace à travers le fluide, mais comme les orifices limitent la vitesse de transfert du fluide d'un côté du piston à l'autre, l'amortissement se produit, et l'accumulation de pression contre le piston résiste à la force de rotation de l'oscillation.
Si le mouvement est lent, il y aura peu de résistance de la part de l'amortisseur de shimmy car le fluide peut s'écouler à travers l'orifice pour passer d'une chambre à l'autre. Par contre, si le mouvement est rapide, il y a une forte résistance de la part de l'amortisseur shimmy.
Le couplage d'un tel amortisseur avec la commande de direction permet de diriger l'avion au sol.