Aspects mécaniques

Le puits de chute se compose d’une partie fixe et d’une partie mobile. La partie fixe est constituée d’une potence réalisée en mécano soudé fixée sur un bloc de marbre réalisant le bâti du puits de chute. L’impact vertical au sol est assuré par un rail de guidage à chariots à billes fixé sur la partie frontale de la potence. Les chariots à billes sont fixés sur chaque

platine (masse). Un treuil assure le levage de la partie mobile. Le système de lâcher se compose d’un doigt mécanique sur lequel vient reposer la masse suspendue (ms). Le doigt mécanique est actionné par un électroaimant, provoquant la chute de la partie mobile.

La partie mobile comprend un système équivalent à un train d’atterrissage, une masse suspendue (ms) et un système mécaniquement équivalent à une poutre de queue d’un hélicoptère.

Figure 19 : Maquette numérique du puits de chute - dimensions et désignation des masses

Le système équivalent à un train d’atterrissage est composé d’une roue fixe, d’une masse non suspendue (mns) et d’une suspension. La roue est une roue de véhicule industriel de manutention capable de supporter des efforts importants et dont les dimensions réduites satisfont les contraintes dimensionnelles du puits de chute. La masse non suspendue (mns) correspond à la jambe d’un train d’atterrissage. Un train d’atterrissage classique comprend une raideur et un dispositif d’amortissement. La raideur est assurée par des chambres de gaz, généralement de l’azote. L’amortissement est assuré par un amortisseur hydraulique (par laminage d’huile) [CUR 88]. La raideur a pour rôle d’assurer la position statique de l’appareil, mais aussi d’emmagasiner puis de restituer l’énergie de l’atterrissage en vue de sa dissipation par l’amortisseur. Sur le puits de chute, afin de simplifier les procédures expérimentales et d’assurer le découplage physique entre la raideur et l’amortissement, des ressorts hélicoïdaux de compression assurant la raideur de la suspension, sont montés en parallèle d’un amortisseur hydraulique. Celui-ci d’une course totale de 300 mm possède par défaut deux chambres de gaz modélisées dans le chapitre 2. Une première chambre de gaz de pression initiale (p0cc) égale à 5 bars, est située dans la partie inférieure de l’amortisseur et constitue une chambre de compensation du volume de tige de l’amortisseur. La seconde

chambre de gaz de pression initiale (p0rd) égale à 1 bar, est située dans la tige de l’amortisseur et permet d’éviter les phénomènes de cavitation lors de la détente.

D’autre part, l’amortisseur possède des dispositifs mécaniques de réglage qui permettent d’ajuster les lois d’amortissements en effort/vitesse et en effort/déplacement pour les phases de compression et les phases de détente de l’amortisseur pour les basses et hautes vitesses.

Figure 20 : Amortisseur hydraulique réglable

Le réglage des lois d’amortissement en effort/vitesse s’effectue grâce à un dispositif présenté sur la Figure 20. Ce dispositif se compose de deux systèmes de réglage coaxiaux. Une vis pointeau permet de régler la loi d’amortissement en basse vitesse (vitesse de tige comprise entre 0 et 0,3 m/s) par obturation de l’orifice de laminage. Les réglages en haute vitesse s’effectue par le vissage d’une molette qui précontraint le ressort de rappel d’un clapet hydraulique. L’amortisseur possède deux de ces dispositifs de réglage. Un premier dispositif est situé sur la partie extérieure du fût de l’amortisseur pour les réglages en compression (cf. Figure 20). Un second dispositif est localisé dans la tige de l’amortisseur pour les réglages en détente.

Les simulations d’un modèle numérique de l’amortisseur contenant les paramètres de réglage exposés précédemment, permettent de tracer les courbes des lois d’amortissement effort/vitesse en fonction de la hauteur de soulèvement du pointeau (dévissage de la vis) et la valeur de la précontrainte du ressort de rappel du clapet hydraulique (vissage de la molette).

Les courbes des lois d’amortissement effort/vitesse pour les différents réglages en basses et hautes vitesses en compression et en détente sont présentées sur les figures suivantes (cf. Figure 21 et Figure 22).

−3 −2 −1 0 1 2 3 −1500 −1000 −500 0 500 1000 Vitesse [m/s] Effort [daN]

Effort − Vitesse (Réglage basse vitesse compression: pointeau Reservoir)

0.0 mm 0.5 mm 1.0 mm 1.5 mm 2.0 mm −3 −2 −1 0 1 2 3 −1500 −1000 −500 0 500 1000 1500 Vitesse [m/s] Effort [daN]

Effort − Vitesse (Réglage haute vitesse compression: pré charge Compression)

0.0 mm 0.5 mm 1.0 mm 1.5 mm 2.0 mm 2.5 mm 3.0 mm 3.5 mm 4.0 mm

Figure 21 : Lois d'amortissement effort/vitesse - réglages basses et hautes vitesses en compression

Pour les réglages en basses vitesses, lorsque le soulèvement de la vis pointeau est nul, l’orifice de laminage est fermé. Le coefficient d’amortissement en basse vitesse, augmente avec la diminution de la hauteur de soulèvement.

Pour les réglages en hautes vitesses, lorsque l’écrasement du ressort du clapet hydraulique est nul, le clapet s’ouvre facilement. Le coefficient d’amortissement en haute vitesse, augmente avec l’augmentation de la précharge du ressort du clapet hydraulique.

−3 −2 −1 0 1 2 3 −1500 −1000 −500 0 500 1000 Vitesse [m/s] Effort [daN]

Effort − Vitesse (Réglage basse vitesse détente: pointeau Piston)

0.0 mm 0.5 mm 1.0 mm 1.5 mm 2.0 mm 2.5 mm −3 −2 −1 0 1 2 3 −2000 −1500 −1000 −500 0 500 1000 Vitesse [m/s] Effort [daN]

Effort − Vitesse (Réglage haute vitesse détente: pré charge Détente)

0.0 mm 0.5 mm 1.0 mm 1.5 mm 2.0 mm 2.5 mm 3.0 mm 3.5 mm 4.0 mm

Figure 22 : Lois d'amortissement effort/vitesse - réglages basses et hautes vitesses en détente

Le réglage des lois d’amortissement en effort/déplacement s’effectue grâce à un dispositif présenté sur la Figure 20. Ce dispositif est une restriction proportionnelle au déplacement du piston de l’amortisseur. Cette restriction possède huit positions sélectionnées par l’intermédiaire d’une molette percée. En fonction de la position de la restriction, on vient agir sur la montée en perte de charge de l’amortisseur. Les courbes caractéristiques d’amortissement effort/déplacement sont présentées sur la Figure 23.

Figure 23 : Lois d'amortissement effort/déplacement - dispositif de butée hydraulique

Contrairement aux amortisseurs classiques réglables principalement en fonction de la vitesse, cet amortisseur permet d’adapter l’effort d’amortissement en fonction de la vitesse mais aussi en fonction de la position du piston. Cette flexibilité technologique permet de valider expérimentalement une méthode d’optimisation passive des trains d’atterrissage qui sera exposée dans la suite de ce mémoire (cf. chapitre 4).

La suspension précédemment décrite supporte une masse suspendue (ms) qui représente la masse cabine d’un hélicoptère. De plus, un système masse ressort situé sur la masse suspendue, représente la poutre de queue. En outre, de par ses caractéristiques mécaniques (masse et raideur du ressort), celui-ci a été dimensionné de sorte que sa fréquence propre soit identique à celle de la poutre de queue d’un appareil réel considéré pour cette étude.

Les principales caractéristiques du puits de chute sont synthétisées dans le tableau suivant :

Masse mns 70 kg

Masse mq 7,3 kg

Masse ms 200 kg

Raideur globale de la suspension (ks) 20000 N/m Raideur ressort du système poutre de queue (kq) 15130 N/m

Tableau 1 : Caractéristiques du puits de chute

Nous venons de présenter les différents constituants mécaniques composant le puits de chute. Il s’agit maintenant de connaître les dispositifs d’acquisition et d’instrumentation mis en œuvre sur le puits de chute.