La voilure de Bourane

La base de la structure de Bourane responsable du vol s'appelle la voilure, elle est constituée des contours aérodynamiques, qui supporte les charges pendant le vol, et comprend les systèmes et les éléments assurant la descente et l'atterrissage. Sa masse, y compris avec ses systèmes, fait près de 40% de la masse de départ de Bourane.
La structure de la voilure (sans le bouclier thermique) assure l'agencement et la protection de l'équipage, de la charge utile et des systèmes divers durant toutes les étapes du vol. La voilure comprend:

• le module hermétique de la cabine pour l'équipage;
• la partie nasale du fuselage, les vitres et la trappe d'entrée;
• la soute dont les battants s'ouvrent, plus les battants de ventilation, les centres de transmission avec Energia;
• la partie de queue du fuselage, avec les accroches de fixations de l'empennage vertical, les centres de transmission avec Energia, le système de propulsion jumelé et les battants de ventilation;
• le balancier de protection;
• les consoles d'asservissement de l'aile avec les organes aérodynamiques (ailerons), le bord d'attaque, et les logements pour les trains d'atterrissage
• l'empennage vertical constitué de la dérive qui a aussi la fonction d'aérofrein;
• les éléments de fixation des appareils, l'équipement, la tuyauterie, les câbles, etc.

Légende:
1-bouclier nasal; 2-partie nasale du fuselage, machines; 3-bloc de propulseurs à gaz; 4-cabine hermétique; 5-aile; 6-bord d'attaque en carbone de l'aile; 7-ailerons; 8-protection des ailerons; 9-partie centrale du fuselage; 10-dérive; 11-gouvernail de direction; 12-queue du fuselage; 13-balancier de protection; 14-portes de la soute avec échangeur thermique; 15-porte du logement du train d'atterrissage; 16-train d'atterrissage; 17-battant de la trappe du train d'atterrissage avant; 18-train d'atterrissage avant; 19-trappe d'entrée

La conception de la voilure prend en compte les forces qui s'exercent sur le bâti, les forces aérodynamique, les forces vibratoire, les forces concentrées et les moments engendrés par la charge utile, les contraintes au niveau des accroches d'ancrage avec Energia, et la poussée des moteurs et les contraintes des trains d'atterrissage. Les éléments suivant servent à rigidifier la structure de la voilure:

• les panneaux renforcés longitudinaux sur tout le pourtour extérieur;
• les poutres longitudinales courbées pour absorber les charges;
• les cadres porteurs;
• les poutres et nervures de l'aile et de l'empennage vertical;

La présence dans la partie centrale du fuselage et au départ des ailes du système de ventilation a demandé l'introduction d'éléments supplémentaires pour rigidifier la structure.

Détail de la structure du fuselage (les réacteurs arrières n'étaient pas installés sur la navette qui a volé):

 

La navette en cour d'assemblage dont les systèmes nécessaires au vol spatial et les équipements représentaient près de 20% de la masse de départ de la navette. Les équipements universels pour le travail avec la charge utile et les sections interchangeables faisaient jusqu'à 11% de la masse. A gauche l'assemblage de la voilure dans l'atelier.

A la création de Bourane, il a été décidé de créer un bouclier thermique relativement "froid" pour les parties intérieurs du planeur (-130 à +160°C), de plus le nez et le bord d'attaque des ailes on été recouvert d'une matière résistante à la chaleur à base de carbone et des barrières thermiques pour les zones de raccordement avec la structure principal ont dues être élaborés.

Par ailleurs des choix techniques ont du être faits au niveau du bruit intense lié à la rigidité de la structure et à sont bouclier thermique pour que le fonctionnement des équipements et la sécurité de l'équipage soit garantie.

Les contraintes extrêmes sur la structure sont observées au départ et aux passages transsoniques. Au départ et pendant la phase initial du vol les vibrations sont générées par les moteurs d'Energia, mais c'est lors de la descente, qui est accompagnée de vitesses transsoniques, que les niveaux sont maximums.

Les élevons de l'aile sont composés de 2 parties (intérieure et extérieure), ils sont fixés par 3 points d'attache à l'arrière de l'aile. Chaque section est contrôlée de manière autonome par un mécanisme situé dans l'aile, assurant aux ailerons un angle de battement de 35° vers le haut et de 20° vers le bas. Un joint élastique vient protéger l'espace entre les ailerons et l'arrière de l'aile pour éviter que le plasma ne s'y engouffre.

Pour que la structure et les éléments de la navette aient la masse la plus faible possible, des simulations dans l'institut TsAGI ont été mises en oeuvre. Ces études numériques ont permis de définir les états contraints et déformés de la structure:

• déformation du fuselage et des portes de la soute sous différentes contraintes;
• évolution de la structure sous des charges concentrées;
• calcul des différents coefficients de dilatation et déformations provoquées par les températures non uniforme des matériaux, etc.

Excepté pour les calculs de charges statiques, les calculs ont été affinés pour:

• la solidité sous des charges dynamiques pendant le départ, le vol, la séparation de Bourane et d'Energia, la trajectoire en orbite,l'entrée dans les couches denses de l'atmosphère et l'atterrissage;
• la stabilité des éléments de la structure soumise aux phénomènes d'aéroélasticité notamment au moment de la sortie de l'orbite et pendant la descente;
• l'impact des vibrations acoustiques pendant le départ, la mise en orbite et la descente;
• les contraintes supplémentaires dues à la non-uniformitée du champ de température, pouvant atteindre jusqu'à 50°C sur des éléments particuliers.