CHAPITRE 4 : Optimisation passive des trains d'atterrissage
4.1.3. Proposition d’une méthode d’optimisation passive
Comme nous l’avons vu dans la partie précédente, l’amortissement s’effectue par laminage d’huile. Le fluide circule au travers d’un orifice calibré. Cette restriction hydraulique engendre une perte de charge ou différentiel de pression. L’effort d’amortissement est égal au produit de cette perte de charge par la section solide du piston de l’amortisseur sur laquelle vient s’exercer le différentiel de pression entre les deux chambres hydrauliques d’un amortisseur. Si nous reprenons l’expression de l’effort d’amortissement proposé par Lalanne [LAL 99b] et présentée précédemment au cours du chapitre 2, nous avons :
piston
amort susp susp piston
d lam S ² 1 F v v S 2 c ² S ² ρ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ (4.4) Avec : lam
S , section de l’orifice de laminage. piston
S , section solide du piston de l’amortisseur.
d
c , coefficient expérimental fonction de la température de l’huile, de la géométrie de l’orifice et du nombre de Reynolds. Rittweger et al spécifient que ce coefficient est usuellement fixé entre 0,6-0,64 [RIT 02].
susp
v , vitesse de la suspension.
ρ , masse volumique du fluide.
Cette expression montre la dépendance directe de l’effort d’amortissement de plusieurs paramètres qui permettent d’ajuster la loi d’amortissement. Parmi ces paramètres, certains d’entre eux ne peuvent être modifiés ou ont peu d’influence. En effet compte tenu des normes en vigueur pour la certification des hélicoptères, l’huile doit vérifier certaines propriétés fixées par des normes. La section du piston n’est pas un paramètre modifiable. Seule la section de l’orifice de laminage peut être modifiée. Ainsi dans la suite de cette étude, notre démarche d’optimisation passive sera basée sur le réglage passif de la section des orifices de laminage afin d’adapter la loi d’amortissement pour l’optimisation de l’effort transmis par le train d’atterrissage en vue de la minimisation de l’accélération de la masse poutre de queue (mq).
L’effort transmis par les trains d’atterrissage lors de l’impact, comporte une double bosse. Nous avons vu dans la partie précédente que l’amplitude de la première et de la seconde de ces bosses étaient modulées respectivement par l’amortissement et la raideur. D’autre part, nous avons la présence d’une zone de diminution d’effort entre ces deux bosses. Cette zone de diminution d’effort est due à la diminution de la vitesse d’enfoncement du train d’atterrissage,
conduisant ainsi à une diminution de l’effort d’amortissement et de dissipation d’énergie d’impact.
Nous cherchons à minimiser l’effort transmis à la structure. En effet en minimisant celui- ci, l’excitation de la structure est plus faible et ainsi l’on minimise les accélérations de celle- ci. Selon les vitesses d’atterrissage et le coefficient d’amortissement fixé, la première ou la deuxième des bosses possède l’amplitude la plus élevée. En effet pour un coefficient d’amortissement faible, la deuxième bosse possède une amplitude supérieure à celle de la première bosse. Cela se justifie par le fait qu’en diminuant l’effort d’amortissement, on augmente la course sur le train d’atterrissage conduisant ainsi à une augmentation de l’effort de raideur qui module l’amplitude de la seconde bosse. Une diminution du coefficient d’amortissement permet de minimiser la première bosse de l’effort transmis à la structure, toutefois on augmente la deuxième bosse et on conserve le creux de perte de dissipation d’énergie de l’impact. Le but de l’optimisation de l’effort transmis est de pouvoir optimiser la dissipation de l’énergie. Pour ce faire, il est nécessaire de pouvoir supprimer ce creux de perte de dissipation d’énergie. Cela revient à égaliser le niveau d’amplitude des deux bosses, comme nous pouvons le voir sur la Figure 38 suivante :
Figure 38 : Tendance d'optimisation de l'effort
La courbe rouge traduit la forme d’un effort optimal qui permettrait de minimiser les amplitudes des deux bosses par un niveau constant de dissipation de l’énergie. Afin de parvenir à cela il s’agit de conserver un effort d’amortissement constant. La vitesse diminuant, il s’agit de faire évoluer l’effort d’amortissement non seulement en fonction de la vitesse mais aussi en fonction de la course de l’amortisseur.
Ainsi afin de minimiser la première bosse de l’effort lors de l’atterrissage, il s’agit tout d’abord de diminuer le coefficient d’amortissement en vitesse en augmentant la section de l’orifice de laminage. Puis la vitesse d’enfoncement diminuant, il s’agit d’augmenter le coefficient d’amortissement au fur et à mesure de l’augmentation de la course du train d’atterrissage en diminuant la section de l’orifice de laminage. D’autre part afin d’optimiser la dissipation de l’énergie et d’assurer le niveau minimum d’accélération transmis à la structure, il s’agit d’utiliser le maximum de la course totale possible de l’amortisseur quelles que soient les vitesses d’atterrissages [LOP 07b].
Technologiquement cette méthode ne peut être applicable par un simple orifice calibré comme nous l’avons vu précédemment (cf. partie 4.1.2). Cette méthode nécessite un dispositif particulier qui permet de faire varier la section de laminage en fonction de la course de l’amortisseur. Certains constructeurs de trains d’atterrissage utilisent un système de variation de la section de laminage. Ce dispositif consiste en un trou calibré de laminage que l’on vient obturer à l’aide d’une aiguille de section variable montée sur le piston de l’amortisseur. Ce dispositif implanté sur des trains d’atterrissage d’avions ne permet pas de dissocier la loi d’amortissement effort/vitesse et la loi d’amortissement effort/course. L’amortisseur utilisé sur le puits de chute développé lors de cette étude dispose d’un dispositif de réglage de la loi d’amortissement effort/vitesse et d’un dispositif de réglage de la loi d’amortissement effort/course. Cette capacité de réglage des lois d’amortissement nous permettra de tester expérimentalement la méthode d’optimisation passive proposée.
Dans notre étude, nous cherchons à minimiser l’accélération de la poutre de queue lors de l’impact. La première bosse sur l’effort transmis par le train d’atterrissage est la principale responsable du pic d’accélération que la poutre de queue subit. Ainsi dans la suite de cette étude, nous nous concentrerons sur la minimisation de la première bosse sur l’effort transmis par le train d’atterrissage. La méthode d’optimisation de dissipation de l’énergie d’impact sera mise en œuvre dans une application industrielle de nouveaux trains d’atterrissages qui sera brièvement exposée dans la suite de ce document.
Nous venons d’étudier et de proposer une stratégie d’optimisation passive pour les trains d’atterrissage. Il s’agit maintenant de l’analyser et de la valider expérimentalement sur le démonstrateur décrit précédemment au chapitre 3.