Mise en place d’un dispositif de validation expérimentale

Généralités

Afin de valider expérimentalement l’approche bond graph, il a été choisi d’utiliser un banc d’essai du système rotor/SARIB/fuselage à une échelle d’environ ½. Le facteur d’échelle a été défini par la réutilisation d’un banc d’essai réalisé en 2004 sans dispositif SARIB pour l’étude de la liaison rotor/fuselage pour Eurocopter. Les batteurs SARIB ont été rajoutés dans le cadre des études réalisées à partir de 2012 sur le dispositif SARIB. En plus de la validation du modèle bond graph développé dans le cadre de cette thèse, le banc permettra, dans de futurs travaux, de reproduire le comportement de la liaison avec différents types de sollicitations appliquées à la BTP et d’expérimenter l’influence de différentes lois de commandes appliquées aux masses mobiles sur la transmission des vibrations au fuselage. Différents agencements de pots vibrants permettront de simuler des excitations vibratoires de type pompage, roulis ou tangage. Ces différentes configurations permettront ainsi de reproduire les sollicitations observées dans certaines configurations de vol telles que le vol en palier, le vol en virage, etc.

Description des éléments du banc

Le banc d’essai a été réalisé en conservant l’architecture d’un appareil réel (voir Figure 5.34). Les correspondances entre les différents éléments mécaniques entre un hélicoptère et le banc d’essai vont être détaillées dans la suite de ce paragraphe.

Le fuselage a été remplacé par une masse indéformable (marbre métallique). L’arbre du rotor principal et la BTP ont été remplacés par une pièce unique, la rotation ayant été supprimée.

Modélisation multi-bond graph de la liaison BTP-fuselage d’un hélicoptère

Figure 5.34 – Photo du banc d'essai ENSAM

Pour reproduire les effets de portance du rotor, l’ensemble {BTP-liaison-fuselage} a été suspendu à un bâti (voir Figure 5.35). Cette liaison ayant pour unique fonction de reprendre l’ensemble du poids suspendu par analogie à l’effort statique de portance, celle-ci a été réalisée par l’utilisation de composants pneumatiques (Airspring). Ceux- ci ont été dimensionnés pour que la fréquence propre induite par la raideur globale soit en dessous de 2Hz.

5.3 Validation et analyse L’ensemble {arbre rotor-BTP} a été remplacé par un arbre équipé d’un plateau encastré dans ce dernier (Figure 5.36). Sur ce plateau, il y a la possibilité de modifier, par le biais d’un ensemble de trous, la position des ferrures d’attache des barres BTP.

Figure 5.36 – Système équivalent à l’ensemble {Arbre rotor-BTP}

Comme évoqué précédemment, le fuselage est représenté par un marbre métallique qui a été choisi rainuré. Les rainures permettent d’insérer les ferrures d’attache des batteurs SARIB et de modifier selon le besoin les positions d’attache des batteurs.

La liaison globale entre la masse fuselage et le système équivalent à l’ensemble {Arbre rotor-BTP} est constitué de quatre barres BTP, de quatre batteurs SARIB semi-actif et d’un système représentant la membrane habituellement existante sur l’hélicoptère.

Les barres BTP sont constituées de tiges filetées ayant à chaque extrémité une rotule sans jeu. Le système a été conçu tel que l’on puisse faire varier la longueur des barres de l’ordre de 10%.

Chaque batteur est en liaison pivot avec les ferrures, elles-mêmes bridées sur le marbre comme le montre la Figure 5.37. Chaque batteur est équipé d’une masse mobile (voir Figure 5.38) en liaison glissière suivant sa longueur avec le batteur. La translation peut être pilotée par l’intermédiaire d’un système vis-écrou et d’un moteur à courant continu.

Modélisation multi-bond graph de la liaison BTP-fuselage d’un hélicoptère

Figure 5.37 –Dispositions des attaches (ou ferrures)

Figure 5.38 - Liaison pivot entre un batteur et une attache fixée au marbre

La liaison, permettant de représenter la membrane, doit conserver les caractéristiques d’être souple en pompage, roulis et tangage, mais très rigide en lacet, tamis longitudinal et latéral. Pour cela, il a été conservé le système initial de la maquette qui, par le biais de biellettes et de lames flexibles, permet d’obtenir ces propriétés.

5.3 Validation et analyse

Figure 5.39 – Membrane souple

Dispositifs d’actionnements

Les différents types d’excitations sont réalisés à l’aide d’un ou plusieurs pots vibrants. Ceux-ci peuvent être montés horizontalement ou verticalement afin de simuler des excitations de pompage ou de roulis en tête rotor. Les pots vibrants sont alors suspendus au bâti.

Par ailleurs, l’actionnement des masses mobiles sur les batteurs se fait par l’intermédiaire de motoréducteurs.

Figure 5.40 – Différents agencements possibles de pots vibrants

Dispositifs d’acquisition et d’instrumentation La chaîne d’acquisition utilisée a été la suivante :

Figure 5.41 – Chaîne d’acquisition

Les capteurs de vibrations choisis sont des accéléromètres piézoélectriques triaxes. Un est positionné au centre du fuselage sur le marbre métallique pour la mise en œuvre

Modélisation multi-bond graph de la liaison BTP-fuselage d’un hélicoptère de l’algorithme du système semi-actif. D’autres sont positionnés sur un batteur ou le rotor pour vérification et recalage du modèle. Un conditionneur permet de transformer les signaux mesurés en grandeurs électriques permettant le traitement. Le dispositif d’acquisition est constitué d’un boiter composé de cartes de mesures accéléromètriques, ainsi que d’acquisition du signal d’excitation des pots. Ces mesures sont envoyées depuis l’ensemble vers le PC via un câble USB. Le traitement des signaux se fait depuis le PC.

5.3.2. Validation avec le logiciel multicorps LMS Virtual Lab