Aéroélasticité et dynamique des structures
Résistance des caissons réservoirs
au coup de bélier hydraulique généré lors de l’impact et de la pénétration d’un projectile à grande vitesse
L’objectif des travaux vise à permettre à l’industriel de limiter la
vulnérabilité des caissons réservoirs des avions aux impacts de
projectiles éventuellement balistiques. En effet, sous certaines
conditions, un projectile peut générer dans un réservoir, un
endommagement catastrophique : le « coup de bélier hydrodynamique ».
Après la traversée de la paroi d’entrée d’un caisson de réservoir, le
projectile trouve, sur sa trajectoire, un espace plus ou moins rempli de
liquide et des parois internes. Il est freiné, voire stoppé par le
fluide qui lui oppose une force de traînée fonction de la cinématique,
de la géométrie et des caractéristiques du projectile et du fluide. Dans
ce processus, l’énergie cinétique de la munition est transférée au
liquide se trouvant au voisinage de la trajectoire. Soit le réservoir
est partiellement empli d’air à proximité de la trajectoire, et le
fluide, chassé par le projectile, y trouve naturellement sa place, soit
il ne l’est pas, et la structure doit alors s’adapter au chargement
hydrodynamique. C’est le phénomène du coup de bélier. Concrètement, plus
le projectile est arrêté brutalement et à proximité d’une paroi, plus la
structure est amenée à se déformer localement, jusqu’à rupture
éventuelle en cascade du réservoir.
La contribution expérimentale de l’unité CRD dans cette activité
concerne la mise en œuvre de campagnes de tirs (en piscine ou sur
différents types de caissons représentatifs de voilures d’avions). Un
banc de test spécifique a par exemple été conçu et développé pour de
telles expérimentations sur structures (figure 1). Les objectifs des
études de caractérisation dynamique sont de fournir les données d’entrée
nécessaires aux simulations numériques : propriétés dynamiques des
matériaux et des assemblages, et, en l’occurrence ici, incidence et
vitesse initiales du projectile, niveau de pression dynamique dans le
réservoir, vitesse en sortie de caisson, champs de déformation des
structures, etc. La multiplicité des mesures dynamiques permet ainsi à
l’Unité CRD d’évaluer la pertinence de nouvelles modélisations pour la
simulation des phénomènes complexes et fortement non-linéaires mis en
jeu (problèmes « multi-physiques », avec notamment dans le cas présent
les interactions fluide/structure).
Fig.1 - Equipements autour du banc de test de tir
La durée particulièrement courte des phénomènes hydrodynamiques étudiés (quelques ms) accroît naturellement la difficulté de l’observation expérimentale.
Fig.2 - Champ de pression dans le milieu fluide (simulation numérique SPH +/- LAG)
Prises de vue video (caisson dassault aviation)
La figure 2, représentant la propagation d’un champ de pression dans un modèle EF fluide sous l’effet d’un projectile académique (première image), et quelques images d’un essai réel (en-dessous), donne un aperçu de l’état de l’art en matière modélisation, et de la complexité des phénomènes réels restant à appréhender.
