Caractérisation thermique de l'équipement roue et frein aéronautique hautes performances par voies théorique numérique et expérimentale

Thermal characterization of wheel and brake aeronautical equipment at high performance by theoretical numerical and experimental approaches

• Auteur / Autrice : Nicolas Keruzoré
• Direction : Najib Laraqi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique, génie des procédés
• Date : Soutenance le 06/12/2018
• Etablissement(s) : Paris 10
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Connaissance, langage, modélisation (Nanterre)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Thermique Interfaces Environnement (Université Paris Nanterre)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Groupe Safran
• Jury : Président / Présidente : François Robbe-Valloire
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Najib Laraqi, François Robbe-Valloire, Saïd Abboudi, Philippe Rogéon, Abderrahmane Baïri, Gabriel Bauzin, Ali Hocine, Arnaud Gapin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Saïd Abboudi, Philippe Rogéon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Transfert de chaleur

Freins

Roues

Aéronefs

Mots clés libres

Transferts thermiques

Freins aéronautiques

Modélisation

Méthode inverses

Expérimentation

Heat transfer

Aeronautics braking

Modelling

Inverse methods

Experiments

Résumé

Pour l’équipementier qui développe des roues et des freins d’aéronefs, le comportement thermique de l’équipement constitue un point de design majeur intervenant dans la conception. Cette discipline est aujourd’hui au centre des efforts de progression, car le concepteur est challengé sur la diminution de la masse du système. De ce fait, les limites en températures sont plus fréquemment atteintes, ce qu’il faut désormais anticiper dès l’appel d’offre pour éviter les itérations de conception. Cependant, les conditions dans lesquelles opère le système ainsi que son comportement thermique, sont mal connus et mal maîtrisés. Le caractère prédictif des simulations numériques faites pour dimensionner la structure, dépend directement de la précision du modèle et avec laquelle sont introduites, les conditions aux limites imposées en service à la structure.Aujourd’hui Safran ne dispose pas d’outil, ni de moyen suffisamment fiable pour prédire dès la phase de pré-dimensionnement, le comportement thermique de l’ensemble Roue & Frein. Il est connu que le design du frein et de la roue ont une influence réciproque sur la cinétique thermique de l’ensemble.Savoir prédire le comportement qualitatif du produit, en réponse aux sollicitations demandées par l’avionneur, permet de faire en amont des choix technologiques dont l’impact sur la thermique sera connu. Ainsi, la conception est dé-risquée d’éventuelles itérations de design pouvant retarder de plusieurs années la certification d’un avion.L’objet de cette thèse, est de proposer des solutions pour reproduire qualitativement la thermique Roue & Frein d’un avion, en prenant en compte des paramètres physiques associés aux solutions technologiques employées. Nous illustrons également que ces outils sont aussi un moyen de connaître les conditions dans lesquelles opère le système, lorsque l’on connaît à l’avance sa réponse en température en prenant le problème de manière inverse.

For the equipment manufacturer who develops aircraft wheels and brakes, the thermal behavior of the equipment refers to a major reference design point. This discipline is today at the center of concerns, because the designer is challenged on the system mass improvements. As a result, the temperature limits are more frequently reached, which must now be anticipated as early as possible.The pre-design phase should now also allow avoiding design iterations. However, the conditions under which the system operates and its thermal behavior, are poorly understood and poorly controlled. The predictive nature of the numerical simulations used to design the structure, depends directly on the model’s accuracy and on the in service boundary conditions imposed to the system.Today, Safran does not have any enough reliable tool or means to predict the thermal behavior of the Wheels & Brake assembly right from the pre-design phase. It is known that the design of the brake and the wheel have a reciprocal influence on the thermal kinetics of the system. Knowing how to predict the thermal behavior of the product, in response to stresses requested by the aircraft manufacturer, allows upstream technological choices whose impact on the thermal kinetics will be known. Thus, the design is disregarded of possible design iterations that could delay the aircraft certification by several years.The purpose of this thesis is to propose solutions to qualitatively reproduce the thermal behavior of an aircraft braking system, taking into account physical parameters associated with technological solutions. We also illustrate that these tools are also a way of knowing the conditions under which the system operates, when one knows in advance its temperature response by taking the problem in the opposite way.