Profil général
Histoire et tendances futures
Lorsque Wilbur et Orville Wright ont réussi leur premier vol en 1903, la fabrication d'avions était un métier pratiqué dans les petits ateliers d'expérimentateurs et d'aventuriers. Les contributions modestes mais spectaculaires apportées par les avions militaires pendant la Première Guerre mondiale ont aidé à sortir la fabrication de l'atelier et à la produire en série. Les avions de deuxième génération ont aidé les opérateurs d'après-guerre à percer dans la sphère commerciale, en particulier en tant que transporteurs de courrier et de fret express. Les avions de ligne, cependant, sont restés non pressurisés, mal chauffés et incapables de voler au-dessus des conditions météorologiques. Malgré ces inconvénients, les voyages en passagers ont augmenté de 600% de 1936 à 1941, mais restaient un luxe que relativement peu de gens expérimentaient. Les progrès spectaculaires de la technologie aéronautique et l'utilisation concomitante de la puissance aérienne pendant la Seconde Guerre mondiale ont favorisé la croissance explosive de la capacité de fabrication d'avions qui a survécu à la guerre aux États-Unis, au Royaume-Uni et en Union soviétique. Depuis la Seconde Guerre mondiale, les missiles tactiques et stratégiques, les satellites de reconnaissance et de navigation et les avions pilotés ont pris une importance militaire de plus en plus grande. Les technologies de communication par satellite, de géosurveillance et de suivi météorologique revêtent une importance commerciale croissante. L'introduction d'avions civils à turboréacteurs à la fin des années 1950 a rendu les voyages aériens plus rapides et plus confortables et a commencé une croissance spectaculaire des voyages aériens commerciaux. En 1993, plus de 1.25 billion de passagers-milles étaient parcourus chaque année dans le monde. Ce chiffre devrait presque tripler d'ici 2013.
Modèles d'emploi
L'emploi dans les industries aérospatiales est hautement cyclique. L'emploi direct dans l'aérospatiale dans l'Union européenne, en Amérique du Nord et au Japon a culminé à 1,770,000 1989 1,300,000 en 1995 avant de redescendre à 100 100 18,000 en 1978, une grande partie de la perte d'emplois ayant eu lieu aux États-Unis et au Royaume-Uni. La grande industrie aérospatiale de la Confédération des États indépendants a été considérablement perturbée à la suite de l'éclatement de l'Union soviétique. Des capacités de fabrication modestes mais en croissance rapide existent en Inde et en Chine. La fabrication de missiles intercontinentaux et spatiaux et de bombardiers à longue portée a été largement limitée aux États-Unis et à l'ex-Union soviétique, la France ayant développé des capacités commerciales de lancement spatial. Les missiles stratégiques à plus courte portée, les missiles tactiques et les bombardiers, les fusées commerciales et les avions de combat sont plus largement fabriqués. Les gros avions commerciaux (ceux d'une capacité de 1,000 sièges ou plus) sont construits par ou en coopération avec des constructeurs basés aux États-Unis et en Europe. La fabrication d'avions régionaux (moins de 1992 sièges) et de jets d'affaires est plus dispersée. La fabrication d'avions pour pilotes privés, basée principalement aux États-Unis, est passée de près de XNUMX XNUMX appareils en XNUMX à moins de XNUMX XNUMX en XNUMX avant de rebondir.
L'emploi est réparti à parts à peu près égales entre la fabrication d'avions militaires, d'avions commerciaux, de missiles et de véhicules spatiaux et d'équipements connexes. Au sein des entreprises individuelles, les postes d'ingénierie, de fabrication et d'administration représentent chacun environ un tiers de la population active. Les hommes représentent environ 80 % de la main-d'œuvre de l'ingénierie et de la production aérospatiale, l'écrasante majorité des artisans, ingénieurs et directeurs de production hautement qualifiés étant des hommes.
Divisions de l'industrie
Les besoins et les pratiques nettement différents des clients gouvernementaux et civils entraînent généralement la segmentation des fabricants aérospatiaux en sociétés de défense et commerciales, ou en divisions de grandes entreprises. Les cellules, les moteurs (également appelés groupes motopropulseurs) et l'avionique (équipements électroniques de navigation, de communication et de commande de vol) sont généralement fournis par des fabricants distincts. Les moteurs et l'avionique peuvent chacun représenter un quart du coût final d'un avion de ligne. La fabrication aérospatiale nécessite la conception, la fabrication et l'assemblage, l'inspection et les essais d'une vaste gamme de composants. Les constructeurs ont constitué des réseaux interconnectés de sous-traitants et de fournisseurs externes et internes de composants pour répondre à leurs besoins. Les exigences économiques, technologiques, marketing et politiques ont conduit à une mondialisation croissante de la fabrication des composants et sous-ensembles aéronautiques.
Matériaux, installations et processus de fabrication
Matériaux
Les cellules étaient à l'origine fabriquées à partir de bois et de tissu, puis ont évolué vers des composants structurels métalliques. Les alliages d'aluminium ont été largement utilisés en raison de leur résistance et de leur légèreté. Des alliages de béryllium, de titane et de magnésium sont également utilisés, notamment dans les avions à hautes performances. Les matériaux composites avancés (réseaux de fibres incorporées dans des matrices plastiques) sont une famille de substituts solides et durables pour les composants métalliques. Les matériaux composites offrent une résistance égale ou supérieure, un poids inférieur et une plus grande résistance à la chaleur que les métaux actuellement utilisés et présentent l'avantage supplémentaire dans les avions militaires de réduire considérablement le profil radar de la cellule. Les systèmes de résine époxy sont les composites les plus couramment utilisés dans l'aérospatiale, représentant environ 65 % des matériaux utilisés. Les systèmes de résine polyimide sont utilisés lorsqu'une résistance à haute température est requise. D'autres systèmes de résine utilisés comprennent les phénoliques, les polyesters et les silicones. Les amines aliphatiques sont souvent utilisées comme agents de durcissement. Les fibres de support comprennent le graphite, le Kevlar et la fibre de verre. Les stabilisants, les catalyseurs, les accélérateurs, les antioxydants et les plastifiants agissent comme des accessoires pour produire la consistance souhaitée. Des systèmes de résine supplémentaires comprennent des polyesters saturés et insaturés, des polyuréthanes et des polymères contenant du vinyle, de l'acrylique, de l'urée et du fluor.
Les peintures d'apprêt, de laque et d'émail protègent les surfaces vulnérables des températures extrêmes et des conditions corrosives. La peinture d'apprêt la plus courante est composée de résines synthétiques pigmentées de chromate de zinc et de pigment étendu. Il sèche très rapidement, améliore l'adhérence des couches de finition et prévient la corrosion de l'aluminium, de l'acier et de leurs alliages. Les émaux et les laques sont appliqués sur des surfaces apprêtées comme revêtements et finitions protecteurs extérieurs et à des fins de coloration. Les émaux pour avions sont composés d'huiles siccatives, de résines naturelles et synthétiques, de pigments et de solvants appropriés. Selon leur application, les laques peuvent contenir des résines, des plastifiants, des esters de cellulose, du chromate de zinc, des pigments, des diluants et des solvants appropriés. Les mélanges de caoutchouc sont couramment utilisés dans les peintures, les matériaux de revêtement des piles à combustible, les lubrifiants et les conservateurs, les supports de moteur, les vêtements de protection, les tuyaux, les joints et les joints. Les huiles naturelles et synthétiques sont utilisées pour refroidir, lubrifier et réduire la friction dans les moteurs, les systèmes hydrauliques et les machines-outils. L'essence d'aviation et le carburéacteur sont dérivés d'hydrocarbures à base de pétrole. Les combustibles liquides et solides à haute énergie ont des applications dans les vols spatiaux et contiennent des matériaux aux propriétés physiques et chimiques intrinsèquement dangereuses ; ces matériaux comprennent l'oxygène liquide, l'hydrazine, les peroxydes et le fluor.
De nombreux matériaux sont utilisés dans le processus de fabrication qui ne font pas partie de la cellule finale. Les fabricants peuvent avoir des dizaines de milliers de produits individuels approuvés pour utilisation, bien que beaucoup moins soient utilisés à tout moment. Une grande quantité et une grande variété de solvants sont utilisés, des variantes nocives pour l'environnement telles que la méthyléthylcétone et le fréon étant remplacées par des solvants plus respectueux de l'environnement. Les alliages d'acier contenant du chrome et du nickel sont utilisés dans l'outillage, et les mèches en métal dur contenant du cobalt et du carbure de tungstène sont utilisées dans les outils de coupe. Le plomb, autrefois utilisé dans les procédés de formage des métaux, est maintenant rarement utilisé, ayant été remplacé par le kirksite.
Au total, l'industrie aérospatiale utilise plus de 5,000 XNUMX produits chimiques et mélanges de composés chimiques, la plupart avec plusieurs fournisseurs, et avec de nombreux composés contenant entre cinq et dix ingrédients. La composition exacte de certains produits est exclusive ou un secret commercial, ce qui ajoute à la complexité de ce groupe hétérogène.
Installations et procédés de fabrication
La fabrication des cellules est généralement effectuée dans de grandes usines intégrées. Les usines plus récentes ont souvent des systèmes de ventilation par aspiration à grand volume avec air d'appoint contrôlé. Des systèmes d'échappement locaux peuvent être ajoutés pour des fonctions spécifiques. Le broyage chimique et la peinture de grands composants sont désormais effectués de manière routinière dans des rangées ou des cabines fermées et automatisées qui contiennent des vapeurs ou des brouillards fugitifs. Les installations de fabrication plus anciennes peuvent fournir un contrôle beaucoup plus faible des risques environnementaux.
Un large groupe d'ingénieurs hautement qualifiés développe et affine les caractéristiques structurelles de l'avion ou du véhicule spatial. Des ingénieurs supplémentaires caractérisent la résistance et la durabilité des matériaux des composants et développent des processus de fabrication efficaces. Les ordinateurs ont pris en charge une grande partie du travail de calcul et de dessin qui était auparavant effectué par les ingénieurs, les dessinateurs et les techniciens. Les systèmes informatiques intégrés peuvent désormais être utilisés pour concevoir des avions sans l'aide de dessins sur papier ou de maquettes structurelles.
La fabrication commence par la fabrication : la fabrication de pièces à partir de matériaux de stock. La fabrication comprend la fabrication d'outils et de gabarits, le travail de la tôle, l'usinage, le travail du plastique et des composites et les activités de soutien. Les outils sont construits comme des modèles et des surfaces de travail sur lesquels construire des pièces métalliques ou composites. Les gabarits guident la coupe, le perçage et l'assemblage. Les sous-sections de fuselage, les panneaux de porte et les revêtements d'aile et de queue (surfaces extérieures) sont généralement formés à partir de feuilles d'aluminium qui sont façonnées, coupées et traitées chimiquement avec précision. Les opérations de la machine sont souvent contrôlées par ordinateur. D'énormes laminoirs montés sur rails usinent des longerons d'aile à partir de pièces forgées en aluminium. Les petites pièces sont coupées et façonnées avec précision sur des moulins, des tours et des meuleuses. Les conduits sont constitués de tôles ou de matériaux composites. Les composants intérieurs, y compris les revêtements de sol, sont généralement formés à partir de composites ou de stratifiés de couches externes minces mais rigides sur un intérieur en nid d'abeille. Les matériaux composites sont disposés (mis en couches superposées soigneusement disposées et façonnées) à la main ou à la machine, puis durcis dans un four ou un autoclave.
L'assemblage commence par la constitution de composants en sous-ensembles. Les principaux sous-ensembles comprennent les ailes, les stabilisateurs, les sections de fuselage, le train d'atterrissage, les portes et les composants intérieurs. L'assemblage des ailes est particulièrement intensif, nécessitant un grand nombre de trous à percer avec précision et à fraiser dans les peaux, à travers lesquels des rivets sont ensuite enfoncés. L'aile finie est nettoyée et scellée de l'intérieur pour assurer un compartiment de carburant étanche. L'assemblage final a lieu dans d'immenses halls d'assemblage, dont certains comptent parmi les plus grands bâtiments de fabrication au monde. La chaîne de montage comprend plusieurs positions séquentielles où la cellule reste pendant plusieurs jours à plus d'une semaine pendant que des fonctions prédéterminées sont exécutées. De nombreuses opérations d'assemblage ont lieu simultanément à chaque position, créant un risque d'exposition croisée aux produits chimiques. Les pièces et sous-ensembles sont déplacés sur des chariots, des transporteurs sur mesure et par un pont roulant jusqu'à la position appropriée. La cellule est déplacée entre les positions par un pont roulant jusqu'à ce que l'atterrissage et le train avant soient installés. Les déplacements ultérieurs se font par remorquage.
Lors de l'assemblage final, les tronçons de fuselage sont rivetés autour d'une structure porteuse. Les poutres de plancher et les longerons sont installés et l'intérieur est recouvert d'un composé anticorrosion. Les sections avant et arrière du fuselage sont reliées aux ailes et au moignon d'aile (une structure en forme de boîte qui sert de réservoir de carburant principal et de centre structurel de l'avion). L'intérieur du fuselage est recouvert de couvertures d'isolation en fibre de verre, le câblage électrique et les conduits d'air sont installés et les surfaces intérieures sont recouvertes de panneaux décoratifs. Des bacs de stockage, généralement avec des éclairages intégrés pour les passagers et des réserves d'oxygène d'urgence, sont ensuite installés. Les sièges, les cuisines et les toilettes pré-assemblés sont déplacés à la main et fixés aux rails au sol, permettant la reconfiguration rapide de la cabine passagers pour se conformer aux besoins des transporteurs aériens. Les groupes motopropulseurs et le train d'atterrissage et de nez sont montés et les composants avioniques sont installés. Le fonctionnement de tous les composants est soigneusement testé avant de remorquer l'avion terminé vers un support de peinture séparé et bien ventilé, où une couche d'apprêt protectrice (normalement à base de chromate de zinc) est appliquée, suivie d'une couche de finition décorative en uréthane ou époxy. Peinture. Avant la livraison, l'avion est soumis à une série rigoureuse d'essais au sol et en vol.
En plus des travailleurs engagés dans les processus d'ingénierie et de fabrication proprement dits, de nombreux employés sont engagés dans la planification, le suivi et l'inspection des travaux et l'accélération du mouvement des pièces et des outils. Les artisans entretiennent les outils électriques et rectifient les outils de coupe. Un personnel important est nécessaire pour l'entretien des bâtiments, les services de conciergerie et l'exploitation des véhicules terrestres.