Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

DEVELOPPEMENT D’UN SIMULATEUR DE L’ATTERRISSAGE D’UN AVION Méthode appliquée à

DEVELOPPEMENT D’UN SIMULATEUR DE L’ATTERRISSAGE D’UN AVION Méthode appliquée à un Train d’atterrissage principal d’un avion léger: cas d’un Jet régional (Learjet 45) Mémoire ABDOU BEN ALI TCHEIKH SAID Maitrise en Génie Mécanique Maître ès sciences (M.Sc.) Québec, Canada © Abdou Ben Ali Tcheikh Saïd, 2014 iii Résumé Le train d’atterrissage est une structure assurant le mouvement de l’avion en vol-sol et sol-vol pour laquelle beaucoup de travaux restent encore à compléter afin d’avoir une structure performante, durable et qui demande moins de maintenance. Ce travail de recherche est effectué dans le but de contribuer à la modélisation avancée et au développement d’un outil de simulation dynamique d’un train d’atterrissage à amortissement oléopneumatique. Le développement d’un modèle mathématique est réalisé à cet égard, et ce dernier essaie de reproduire le fonctionnement physique d’un système train d’atterrissage en particulier celui de l’amortisseur. L’amortisseur d’un train d’atterrissage est une structure complexe composée de plusieurs sous-ensembles ayant des rôles complémentaires et qui aide l’avion à amortir les chocs pendant l’atterrissage, le roulage et le décollage de l’avion. La structure d’un amortisseur oléopneumatique est constituée des plusieurs chambres contenant du gaz ou un fluide hydraulique. Cependant la structure interne de l’amortisseur demande beaucoup de connaissances physique et technique afin de bien comprendre sa conception interne et externe. Les pneumatiques sont aussi pris en compte dans le modèle et elles sont caractérisées par deux modèles à savoir un basé sur ADAMS/Aircraft et un autre modèle développé en éléments finis sur ABAQUS. Ces aspects sont réunis dans un code numérique développé dans VBA dans un but de caractériser, modéliser et simuler un train d’atterrissage. v Abstract Although an aircraft landing gear has a well-known role of allowing the aircraft to complete its movement during landing, taxiing and takeoff, some works are still required today in order to obtain an efficient, more reliable and environmentally friendly landing gear structure. The scope of this project is to develop a numerical simulator of an aircraft landing taking into account the dynamic of the landing gear and the internal design of the shock strut. Landing gear design can be affected by phenomena such as sudden temperature variations as well as extreme temperatures. This can change the behavior of the hydraulic fluid of the shock strut. This work will be conducted by developing a mathematical model computer code in VBA that describes the landing gear physical function. The role of a landing gear shock strut is to absorb the kinetic energy during the landing, taxiing and takeoff phases of the aircraft. The landing gear shock strut is an assembly of different chambers that have a well-defined role. These chambers contain a gas and a hydraulic fluid and work together to provide the force required to maintain the system. These aspects are combined in a numerical code developed with VBA. In this project the effect of the tires was taken into account and characterized using two different models (finite elements and analytical model) using two different numerical tools (Abaqus and Adams). The scope is to compare and see how the two models are able to describe the energy absorption process. vii A la communauté aéronautique, aux étudiants du domaine de l’aérospatial, de l’aérienne, au Professeur Augustin Gakwaya et à Dr Nihad Ben Salah qui m’ont fait aimer la science et qui m’ont toutefois montré que la science mathématique et la technologie sont deux choses qui ne se séparent à tout jamais. ix TABLE DES MATIERES Résumé ............................................................................................................... iii Abstract ............................................................................................................... v LISTE DES TABLEAUX ................................................................................ xiii LISTE DES FIGURES ...................................................................................... xv Avant-propos ...................................................................................................... xix 1. Induction du sujet ........................................................................................... 1 1.1 Problématique de recherche ................................................................ 3 1.2 Objectifs de recherche ............................................................................ 4 1.3 Plan du mémoire .................................................................................... 6 1.4 Méthodologie ......................................................................................... 7 2. Analyse des composantes d’un train d’atterrissage ............................................ 9 2.1 Fonction et composantes essentielles ...................................................... 9 2.2 Fonctionnement en mode extension/rétraction ........................................ 10 2.3 Le système de direction ........................................................................ 11 2.4 Les Roues et le système de freinage ...................................................... 11 2.5 Principales classes de trains d’atterrissage ............................................. 12 2.5.2 Modèle Grand porteur ..................................................................... 15 2.5.3 Modèle pour avion léger (cas du LearJet45) .................................... 17 2.6 Différents types d’amortisseurs .............................................................. 18 2.6.2 Amortisseurs oléopneumatiques: objectif et principe de fonctionnement .......................................................................................... 20 2.6.3 Amortisseurs secs: objectif et principe de fonctionnement ............ 23 2.7 Construction et fonctionnement d'un amortisseur oléopneumatique .......... 23 2.7.2 Design et description d’un amortisseur oléopneumatique .............. 24 2.7.3 Chambre d’air ................................................................................. 26 2.7.4 Chambre d’huile ............................................................................. 27 2.7.5 Chambre de détente ....................................................................... 27 2.7.6 Les chambres et les orifices d’un amortisseur oléopneumatique ... 27 2.7.7 Les différents types d’orifice d’un amortisseur ............................... 28 2.7.8 Les orifices à aire variable .............................................................. 28 2.7.9 Les orifices à aire fixe ..................................................................... 30 2.7.10 Circulation de l’hydraulique ........................................................ 32 2.7.11 Déplacement de l’amortisseur .................................................... 33 2.8 L’absorption de l’énergie ....................................................................... 35 2.9 La viscosité de l’hydraulique .................................................................. 37 2.10 La compressibilité de l’huile hydraulique ................................................. 40 2.11 Les effets de la température .................................................................. 41 2.12 Construction et fonctionnement d’un amortisseur sec .............................. 42 2.12.2 La friction sèche ......................................................................... 42 2.12.3 La friction de Coulomb ............................................................... 44 2.12.4 Les modèles d’amortisseurs à frottement sec déjà développés .. 46 2.12.5 Conclusion ................................................................................. 55 x 2.13 Limitation en vitesse d’atterrissage ......................................................... 56 2.14 Masse limite acceptable en atterrissage .................................................. 58 2.15 Conclusion ........................................................................................... 59 3. Introduction à la dynamique d’un système multi-corps rigide-flexible .................. 61 3.1 Modèle dynamique simplifié d’un train d’atterrissage à une dimension. ...... 62 3.1.2 Différentes masses: suspendue et non suspendue ......................... 63 3.1.3 Amortisseurs oléopneumatiques .................................................... 64 3.1.4 Systèmes d’équations différentielles décrivant le comportement dynamique d’un train d’atterrissage ............................................................ 65 3.1.5 L’atterrissage .................................................................................. 66 3.1.6 Adaptation du modèle à une dimension au modèle actuel de train d’atterrissage .............................................................................................. 67 3.1.7 Étude paramétrique du modèle mathématique ................................ 71 3.1.8 Étude de la pression en extension et en compression de l`amortisseur ............................................................................................... 74 3.1.9 Écoulement hydraulique dans l’amortisseur ................................... 79 3.1.10 Expression du débit sans pression (E) ........................................ 83 3.1.11 Pression en compression............................................................ 84 3.1.12 Pression en extension ................................................................. 84 3.1.13 Détermination des coefficients en extension ............................... 85 3.1.14 Détermination des coefficients en Compression ......................... 85 3.1.15 Les Coefficients en extension ..................................................... 86 3.1.16 Les Coefficients en compression ................................................ 86 3.1.17 Définition de la force de friction .................................................. 87 3.1.18 La force de friction totale du modèle de train d’atterrissage ........ 88 3.1.19 Modèle mathématique des efforts dans les chambres en fonction de la pression. ............................................................................................ 89 3.2 La force oléopneumatique...................................................................... 90 3.2.2 Utilisation de la formule Force (Pression) ....................................... 90 3.2.3 Pour les amortisseurs de type 1 et 3 ............................................... 92 3.2.4 Pour l’amortisseur de type 2 ............................................................... 92 3.2.5 Équation de la force oléopneumatique ............................................ 92 3.3 Modèle numérique basé sur un concept de modélisation de Karnopp ........ 93 3.4 Mise en équation du modèle .................................................................. 94 3.4.2 Équilibres des forces qui interagissent dans le système ................. 95 3.5 Conclusion ........................................................................................... 97 4. Modèle de train d’atterrissage principal du Learjet 45 ....................................... 99 4.1 Méthodologie de simulation d’un drop test ............................................. 102 4.1.2 Outils utilisés pour le développement du modèle de Train d’Atterrissage ........................................................................................... 104 4.1.3 Présentation de la méthode numérique utilisée pour la programmation du modèle sur VBA .......................................................... 105 4.1.4 Méthode de champ de direction .................................................... 106 4.1.5 Méthode de RUNGE KUTTA .......................................................... 108 4.1.6 L’algorithme de la méthode de Rung-Kutta d’ordre 4 .................... 109 4.1.7 Pourquoi un pas variable? ............................................................ 110 4.1.8 Présentation d’Adams /Aircraft par rapport au code développé .... 115 xi 4.2 Algorithmique de résolution interactive avec le langage VBA. ................. 118 4.2.2 Mise en œuvre informatique (programmation du modèle mathématique sur VBA). ........................................................................... 121 4.2.3 Sortie des résultats du programme ............................................... 124 4.3 Conclusion ......................................................................................... 125 5. Principe de Modélisation d’un système multi-corps en 3D avec ADAMS/ Aircraft 127 5.1 Étapes de montage de la géométrie ..................................................... 128 5.1.2 Architecture de comparaison de l’interface ADAMS avec l’interface VBA 129 5.1.3 Degrés de libertés et contacts pris en compte dans un cas de drop test. 131 5.1.4 Configuration de l’atterrissage de l’avion ..................................... 133 5.1.5 Représentation dynamique du train d’atterrissage 3d. .................. 142 5.1.6 Simulation dynamique de la réponse d’un Train d’atterrissage en phase d’atterrissage. ................................................................................ 143 5.2 Conclusion ......................................................................................... 145 6. Essais expérimentaux et validation des résultats ........................................... 147 6.1 Description de la plateforme de test ..................................................... 147 6.1.2 Montage expérimental d’un «drop test» ........................................ 148 6.1.3 Méthode de prise de mesures pendant et après l’impact .............. 151 6.2 Traitement des données obtenues durant le drop test ............................ 151 6.2.2 Analyse des données expérimentales ........................................... 151 6.2.3 Influence de l’amortissement du Pneu .......................................... 152 6.3 Modélisation de la raideur de la chambre de gaz ................................... 154 6.3.2 Comparaison des résultats VBA avec les résultats de la simulation Adams. 156 6.4 Conclusion ......................................................................................... 163 7. Conclusions et perspectives ........................................................................ 165 7.1 Conclusions ....................................................................................... 165 7.2 Recommandation pour les travaux futurs .............................................. 167 BIBLIOGRAPHIES ............................................................................................. 169 ANNEXE A .................................................................................................... 175 A.1 MODELE PNEU D’AVION ANALYSÉ PAR ELEMENTS FINIS ............... 175 A.2 Application de la formulation couplée eulérienne-lagrangienne en mécanique des milieux continus. ....................................................................................... 175 A.3 Application de la uploads/Voyage/developpement-d-x27-un-simulateur-de-l-x27-atterrissage-d-x27-un-avion-memoire.pdf