Thèse soutenue

Influence des effets non linéaires sur la stabilité des freins aéronautiques

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Auteur / Autrice : Alexy Mercier
Direction : Louis JézéquelSébastien Besset
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie Mécanique
Date : Soutenance le 07/12/2020
Etablissement(s) : Lyon
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École Centrale de Lyon (1857-....)
Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)
Jury : Président / Présidente : Thouraya N. Baranger
Examinateurs / Examinatrices : Louis Jézéquel, Sébastien Besset, Abdelbasset Hamdi
Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Claude Golinval, Roger Ohayon

Résumé

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Safran Landing Systems (SLS) est le leader mondial dans le domaine des systèmes de freinage aéronautiques et des trains d'atterrissage. Comme pour la plupart des structures, les freins aéronautiques sont soumis à des instabilités vibratoires lors des freinages imposés après atterrissage ou après les taxiages (déplacements de l'avion). Ces vibrations peuvent induire une usure prématurée et un endommagement des pièces constituant la structure. Les normes aéronautiques sont généralement très strictes notamment pour celles relatives aux niveaux vibratoires de la structure. Par conséquent, les ingénieurs concepteurs doivent veiller au respect des spécifications durant les étapes de développement et de qualification des freins. Chez SLS, les campagnes de validation des systèmes de freinage sont réalisées sur des bancs expérimentaux reproduisant le lien existant avec un train d'atterrissage en service. Les inconvénients majeurs de ces campagnes expérimentales vibratoires sont leurs coûts importants provenant du nombre ressources humaines nécessaires au bon déroulement des essais ainsi que des temps d'essais qui sont généralement très importants. Afin de limiter ces coûts, des nombreux travaux de recherche ont été réalisés avec pour objectif principal, la réalisation d'un outil numérique robuste permettant de réaliser des simulations de freinage. L'outil permettrait de prédire avec une certaine précision, l'apparition d'instabilités vibratoires et les niveaux associés. De plus, il permettrait également d'explorer certains phénomènes et de tester des solutions techniques antivibratoires. La modélisation de la dynamique d'un frein doit contenir plusieurs domaines physiques dont les principaux sont la dynamique de la structure, celle du fluide permettant de générer l'effort de freinage, de l'automatique et de la thermique pour l'ensemble des disques. Les précédents travaux ont permis de lister et de tester les phénomènes non-linéaires nécessaires à une bonne corrélation avec les essais. Ces phénomènes sont relatifs aux contacts avec frottements aux principales interfaces de la structure ainsi qu'aux pertes de charges présentes dans le circuit hydraulique du frein. Dans un premier temps, la construction d'un modèle de la structure basée sur les travaux précédents est réalisée en détaillant les hypothèses principales ainsi que toutes les étapes associées. Dans un second temps, la construction d'un modèle du circuit hydraulique est faite puis un couplage fort de ce dernier avec celui de la structure est réalisé. Enfin, des améliorations de la modélisation multiphysique sont apportées en s'appuyant sur un modèle phénoménologique permettant la réalisation de pré-études avant l'implémentation sur le modèle du frein. L'avantage principal de ce modèle phénoménologique réside dans les temps de calcul qui sont faibles en raison du faible nombre de degrés de liberté. Par ailleurs, une partie thermique est également ajoutée à la modélisation dans le but de connaitre les températures en chacune des interfaces des disques de freinage.