CONCEPTION D'UN ACTIONNEUR HAUTES PERFORMANCES POUR COMMANDES DE VOLS ELECTRIQUES, ASSISTÉE PAR LA MODÉLISATION BOND-GRAPHS DU SYSTÈME D'ACTIONNEMENT

MODEL-AIDED DESIGN OF A HIGH-PERFORMANCE FLY-BY-WIRE ACTUATOR, BASED ON A GLOBAL MODELLING OF THE ACTUATION SYSTEM USING BOND-GRAPHS

• Auteur / Autrice : Clément Coïc
• Direction : Jean-Charles Maré
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Mécanique, Mécanique des Matériaux
• Date : Soutenance le 01/12/2016
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Mécanique, Energétique, Génie Civil, Procédés
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Clément Ader - Institut Clément Ader / ICA
• Jury : Président / Présidente : Eric Bideaux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Charles Maré, Jean-Romain Bihel, Marc Budinger, Boris Grohmann
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Eric Bideaux, Esteban Codina

Mots clés

Mots clés contrôlés

Graphes de lien

Paliers fluides

Machines électrohydrauliques

Systèmes de commande (vol)

Mots clés libres

Commandes de vol électriques

Electrohydrauliques

Servocommande

Paliers fluides

Modélisation et simulation

Bond-graphs

Fly-by-Wire flight controls

Electrohydraulics

Servoc-Actuators

Fluid Bearings

Modelling and Simulation

Bond-graphs

Résumé

Afin d’introduire de nouvelles fonctions dans les commandes de vol d’hélicoptère, il est nécessaire d’augmenter les bandes passantes de leurs actionneurs. La modélisation réaliste de l’ensemble du système d’actionnement, rendant compte de ses limitations de puissance et de sa consommation énergétique, ainsi que l’amélioration des technologies existantes des dispositifs d’étanchéité et de guidage sont les deux enjeux principaux permettant d’atteindre la durée de vie souhaitée à hautes fréquences. Pour supporter ce nouveau développement, ce travail s’organise en trois parties. Une première partie présente l’état de l’art des commandes de vol de l’hélicoptère. Une architecture générique d’actionneur est proposée ainsi que la terminologie associée. Une deuxième partie porte sur l’élaboration d’un modèle de connaissance détaillé à l’aide du formalisme Bond-graph pour le système d’actionnement. Un effort particulier est porté sur la standardisation des composants et de leurs interfaces dans une démarche orientée objet. La dernière partie traite concerne les dispositifs d’étanchéité et de guidage au niveau des vérins de commande de vol. Compte tenu de l’objectif d’utiliser des paliers fluides, les différentes manières de générer une force normale au sein d’un film fluide sont analysées. Puis, une étude plus approfondie des butées hydrostatiques et des paliers hybrides coniques est ensuite conduite en tenant compte des contraintes propres à l’aéronautique. L’ensemble des connaissances acquises sont appliquées à un cas concret de développement assisté par les modèles d’actionneur hautes fréquences pour le contrôle actif de rotor.

In order to introduce new functions in helicopter flight controls, it is necessary to increase the bandwidths of their actuators. A realistic modelling of the entire actuating system, taking into account its power limitations and its energy consumption, as well as the improvement of the existing sealing and guiding device technologies are the two main challenges to reach the desired high frequency without reducing dramatically the actuator lifespan. To support this new development, this work is organized in three parts. A first part presents the state of the art of the helicopter flight controls. A generic actuator architecture is proposed as well as the associated terminology. A second part deals with the development of a detailed knowledge-model using the Bond-graph formalism for the actuating system. A particular effort is made to standardize the components and their interfaces in an object-oriented approach. The last part deals with the sealing and guiding devices of flight control cylinders. Given the objective of using fluid bearings, the various ways of generating a normal force within a fluid film are analyzed. Then, a more detailed study of the hydrostatic thrust bearings and the conical hybrid bearings is then carried out taking into account the constraints specific to aeronautics. All the knowledge acquired is applied to a concrete case of development, aided by the models, of high frequency actuators for the active control of a rotor.