Etude du comportement dynamique linéaire et non-linéaire d'un rotor d'hélicoptère : Application au couplage rotor-fuselage

• Auteur / Autrice : Philippe Muzard
• Direction : Louis Jézéquel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 1994
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rotors (hélicoptères)

Mécanique

Mots clés libres

Modélisation

Séries de Volterra

Fuselage

Méthodes d'analyse non-lineaire

Système physique multi-dimensionnel

Résumé

Le développement croissant des moyens de calculs et des méthodes d'optimisation mis a la disposition des ingénieurs conduit à mieux dimensionner les structures. La conséquence immédiate est l'apparition de phénomènes non-lineaires dans le comportement dynamique qui peuvent modifier considérablement la réponse linéaire. Le premier thème abordé dans cette étude concernera donc la prise en compte des non-linéarites dans la dynamique des rotors d'hélicoptères. Nous montrerons que les non-linéarites ne peuvent pas toujours être négligées et conduisent parfois à des comportements chaotiques voire instables. Une analyse spécifique de ces phénomènes nous conduira à appliquer des méthodes classiques - séries de Volterra, théorie de la forme normale - afin d'identifier les principaux paramètres non-linéaires. L'originalité de cette étude réside dans l'application de méthodes d'analyse non-lineaire à un système physique multi-dimensionnel proche de la réalité. Nous traiterons ensuite du couplage entre deux structures linéaires. Dans le cas de l'hélicoptere, la particularité tient au fait que le rotor présente un caractère gyroscopique marqué. La description modale du fuselage sera adoptée pour simplifier l'analyse. Deux approches seront abordées. Un modèle simplifié permet dans un premier temps d'identifier les degrés de liberté qui se couplent. Un second modèle, qui prend en compte de nombreux effets aérodynamiques, sera utilisé comme moyen de conception et de dimensionnement des hélicoptères. Enfin, nous étudierons un phénomène vibratoire de couplage instable entre le rotor et le fuselage par l'intermediaire d'ensembles mécaniques secondaires.

The development of computing power and optimisation methods used by the engineers leads to a better design of structures. It has for first consequence the appearance of non linear phenomena affecting the dynamic behaviour which can modify in a large part the linear response. The first part of this work deals also with the insertion of non linearities in the modelling of helicopter rotor dynamics. We will show that non linearities can't be always neglected and leads sometimes to chaotic behaviour and even instability. A particular analysis of these phenomena is made using well-known methods - Volterra's series, normal form theory - in order to identify the main non linear parameters. The original aspect of this work lies in the application of non linear analysis to a multi-dimensional system which is close to reality. We will study afterwards the coupling between two linear structures. In the case of helicopter, the particularity is that the rotor is strongly gyroscopic. We will use a modal approach of the fuselage to simplify the analysis. Two directions will be explored. A simplified model permits us to identify the coupled degrees of freedom. A second modelling, taking into account numerous aerodynamic effects, will be used as a tool for conception and design of helicopters. At last, we will study an unstable coupling between rotor and fuselage through particular mechanical organs.