Méthodes et outils d'aide à l'estimation des efforts sur les ensembles mécaniques en phase d'architecture. Application aux hélicoptères.

by Damien Guivarch

Doctoral thesis in Genie mecanique, mecanique des materiaux

Under the supervision of Marc Sartor.

defended on 12-02-2019

in Toulouse, INSA , under the authority of École Doctorale Mécanique, Énergétique, Génie civil et Procédés (Toulouse) , in a partnership with ICA - INSTITUT CLEMENT ADER (laboratoire) and Institut Clément Ader / ICA (laboratoire) .

Thesis committee members: Hervé Wargnier, Emmanuel Mermoz, Marie-Laetitia Pastor.

Examiners: Jean-Marc Linares, Peter Mitrouchev.

keywords

• Multibody dynamics
• Helicopter dynamic systems
• Kinematics
• Joints loads

Alternative Title

Methods and tools for estimating loads in mechanical assemblies in the architecture phase. Applications to helicopter

Abstract

New software tools are used to simulate the transient dynamic behaviour of multi-body mechanical systems. Could they provide a good forecast of loads applied on helicopter rotary wing system? The work developed in this thesis provides some answers to this question, knowing that the context considered presents many difficulties: flexible bodies, complex mechanical links, hyperstatisms… The stakes are high because the development cycle of these mechanical assemblies would be greatly reduced by a correct estimation of loads during the first steps of the design of a new architecture. In this context, a new level of modeling is introduced, focusing on the dynamic systems studied. Since this level is part of a multi-scale approach, it is necessary to feed it with simplified models of the subassemblies that form the studied system, and this leads to so-called local studies. The presentation of this work is based on the rotary wing system of H160 helicopter, currently in industrialization phase at Airbus Helicopters, which includes the blades, the main rotor and the hydraulic control actuators. Three major developments are detailed: modelling of a swashplates sub-assembly, blades and the rotary wing system.The new modelling framework thus created allows the loads estimation at the level of the mechanical links of these systems and the monitoring of their evolution over time.

keywords

• Dynamique multi-corps
• Systèmes dynamiques d’hélicoptère
• Cinématique
• Efforts aux liaisons
• Hélicoptères
• Cinématique

Abstract

Les nouveaux outils logiciels permettent de simuler le comportement dynamique transitoire des systèmes mécaniques multi-corps. Pourraient-ils produire une bonne prévision des efforts qui prennent place dans les systèmes de voilures tournantes des hélicoptères? Les travaux développés dans cette thèse apportent des éléments de réponse à cette question, sachant que le contexte considéré est porteur de nombreuses difficultés : flexibilités des corps, liaisons mécaniques complexes, hyperstatismes…L’enjeu est important car le cycle de développement de ces ensembles mécaniques serait fortement réduit par une bonne estimation d’efforts dès les premières étapes de la conception d’une nouvelle architecture. Dans ce cadre, un nouveau niveau de modélisation est introduit, centré sur les systèmes dynamiques à l’étude. La présentation de l’approche multi-échelle proposée implique le recours à des modèles locaux simplifiés. L’étude s’appuie sur le système de voilure tournante de l’hélicoptère H160 actuellement en phase d’industrialisation chez Airbus Helicopters et qui comprend les pales, le rotor principal et les actionneurs de commande hydrauliques. Trois développements majeurs sont détaillés : modélisations d’un sous-ensemble plateaux cycliques, des pales et du système de voilure tournante. Le nouveau cadre de modélisation ainsi constitué permet d’estimer les interefforts au niveau des liaisons mécaniques du système, et de suivre leurs évolutions au cours du temps.