Modélisation des pertes de puissance d’engrenages spiro-coniques lubrifiés par bain d’huile : Application à une boîte de transmission arrière d’hélicoptère

Modelization of the power losses of splash lubricated spiral-bevel gears : application to a helicopter gearbox

• Auteur / Autrice : Romain Quiban
• Direction : Fabrice Ville, Christophe Changenet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance le 25/09/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LaMCoS - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures (Lyon, INSA ; 2007-....) - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures [Villeurbanne] / LaMCoS
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Systèmes Mécaniques et Contacts
• Jury : Président / Présidente : Didier Saury
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Changenet, Didier Saury, Jorge Seabra, Myriam Lazard, Yann Marchesse, Jérôme Belmonte
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jorge Seabra, Myriam Lazard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aéronautique

Mécanique du contact

Engrenages coniques

Transmission (mécanique)

Mots clés libres

Mécanique des contacts

Transmission de puissance

Perte de puissance

Barbotage

Ventilation

Boite de transmission

Engrenage spiro-Conique

Réseaux thermiques

Lubrification de contact

Performance énergétique

Hélicoptère

Aéronautique

Contact mechanics

Power transmission

Mechanical loss

Windage

Transmission dynamics

Spiral bevel gears

Lubrication contact

Energy performance

Aeronautical gears

Résumé

Le contexte environnemental actuel conduit l’industrie aéronautique à considérer de nouveaux critères de développement. D’une part, les gouvernements exigent des réductions d’émissions de polluants et d’autre part, les clients, c’est-à-dire les avionneurs, poussent à réduire les consommations de carburants. Ces deux objectifs peuvent être atteints grâce à l’amélioration des performances énergétiques. A ce titre, il est important de comprendre et de quantifier les pertes générées dans les systèmes de transmission de puissances. L’objectif de l’étude présentée dans ce manuscrit est de modéliser les pertes de puissance d’une boîte de transmission arrière d’hélicoptère. Ces boîtes sont généralement caractérisées par la présence d’un engrenage à renvoi d’angle spiro-conique et d’une lubrification par bain d’huile. Une campagne de tests sur un banc d’essai élémentaire a été effectuée afin de mesurer le couple résistant de roues dentées spiro-coniques en rotation dans un bain d’huile. Un phénomène peu commun sur l’évolution du couple avec la vitesse de rotation a été observé. A partir de ces résultats, un modèle analytique simple a été développé pour le calcul de la perte de puissance. Ce modèle a ensuite été validé sur une application réelle de boîte de transmission d’hélicoptère, pour laquelle des mesures de couple résistant et de températures ont été effectuées.

The current environmental context is driving the aeronautic industry towards new design criteria. On the one hand, governments demand emission reductions of pollutants and on the other hand, customers, i.e. aircraft manufacturers, are pushing to reduce fuel consumption. Both of these goals can be achieved through efficiency improvements. As such, it is important to understand and quantify losses generated in power transmission systems. The objective of this study is to model the power losses of an helicopter tail gearbox. These gearboxes are generally characterized by the presence a spiral bevel gear and oil bath lubrication. A test campaign on an elementary test bench was carried out to measure the resistive torque of spiral-bevel wheels rotating in an oil bath. An uncommon evolution of the torque with the rotational speed was observed. From these results, a simple analytical model has been developed for the calculation of power losses. This model was then validated on a tail helicopter gearbox application, for which resistive torque and temperature measurements were made.