Conception et évaluation des performances des systèmes

Anibal
Protocoles d'essais

Essais au sol

Ces essais ont eu pour objectif la vérification de la tenue mécanique des hélices produites. Trois types d'essais ont été pratiqués :

• des essais statiques d'analyse de comportement des pales en flexion et de résistance à la force centrifuge (réalisés chez Duc-Hélices à Lentilly); 
• des essais de caractérisation dynamique de l'hélice visant à démontrer qu'elle ne présente pas d'instabilités (réalisés sur le banc BRAVO de l'Onera Châtillon);
• des essais dynamiques d'endurance, ils ont été réalisés au SEFA de Castelnaudary en novembre 2007 sur un moteur de banc du même type que celui équipant le DR400 remorqueur.

Essais statiques d'analyse de comportement des pales

Ces essais ont consisté à faire des mesures à l’aide de 11 ponts de jauges de déformations collés sur le pied de pale et en d'autre sections. Ces ponts ont été implantés de manière à mesurer les efforts, statiques et/ou dynamiques selon trois directions principales : flexion hors plan, flexion dans le plan, torsion. Les ponts ont bine sûr été câblés de manière à s’affranchir de l’influence des efforts centrifuges.

Les ponts ont été étalonnés en laboratoire par application de chargements suivant les trois directions au moyen d'un montage spécifique permettant de fixer l’hélice sur un d’essai disponible dans le département Aéroélasticité et Dynamique des Structures (DADS) et pour appliquer les chargements (utilisation de poulies et de palonniers).

Essais de caractérisation dynamique

DADS utilise de manière courante la méthode SPA (Strain Pattern Analysis) développée par l’Onera depuis de nombreuses années, notamment pour la mesure de la déformée de pales d’hélicoptère (nombreuses campagnes dans la grande soufflerie S1MA à Modane ). Cette méthode est basée sur l’utilisation d’un réseau de ponts de jauge de déformations répartis sur une pale. Ces ponts sont répartis suivant l’envergure de la pale et suivant les trois directions principales de mesure (voir ci-dessus).

L’étalonnage des jauges SPA consiste a faire vibrer la pale équipée selon ses premiers modes propres et à enregistrer pour chacun des modes la déformée modale associée (par double intégration d’accéléromètres, par intégration d’un vélocimètre laser) et les réponses des jauges.

Lors des essais, les réponses des jauges sont enregistré et projetées sur la base modale acquise en laboratoire. Ceci fournit des coordonnées généralisées qui sont ensuite combinées avec les déformées modale acquises en laboratoire pour obtenir les déformées statiques et/ou dynamiques en rotation.

Transmission des données

Les mesures des jauges se font dans le repère tournant, il faut ensuite transmettre ces mesures dans le repère fixe. Deux méthodes peuvent être mise en œuvre :

• Par télémesure : un module d’émission est implanté avec une batterie interne dans le cône de l’hélice et transmet en repère fixe les signaux issus des jauges. Ce module assure le conditionnement des jauges (alimentation), voire une préamplification des signaux.
  
• Par collecteur tournant : cette implantation nécessiterait des modifications importante sur le banc moteur

L’Onera a donc retenu la méthode "télémesure".

Essais d'endurance

Ces essais ont permis de démontrer a tenue mécanique satisfaisante de l'hélice H1 pendant 50 heures de fonctionnement au régime nominal du moteur (2700 tr/min). Après cet essai, l’hélice a été contrôlée de façon à déceler toute crique ou amorce de rupture.

L’hélice H2 prévue pour les essais en vol a ensuite subi un test d’intégrité de 50 heures au régime nominal du moteur.

Essais en vol

Les essais en vol ont été réalisés sur l'aérodrome d'Aire sur l'Adour du 13 au 17 octobre 2008. L’avion DR400 fourni par la FFVV était piloté par Daniel Serre, pilote d’essais tandis que les planeurs (un Pégase et un Janus) ont été pilotés par Alain Poulet.

Ces essais ont permis :

• une étude comparative du bruit perçu au sol pour un avion configuré avec le prototype d’hélice silencieuse d’une part et avec l’hélice standard d’autre part.
  
• une évaluation des performances au décollage, en montée et en palier de l’avion équipé de ces hélices lors de vols de remorquage de planeur et de vols libres.

L’acquisition des paramètres été faite par le STAC (DGAC) et la Société CGTM interlocuteur habituel du STAC pour les vols de mesure de bruit.

Le protocole d’essai a été élaboré par l’Onera en coopération avec le STAC et la CGTM. Il précisait la nature et l’objectif des vols ainsi que l’organisation de leur préparation, de leur déroulement et du dépouillement des paramètres acquis.

Le programme de vol pratiqué a été le suivant :

• Hélice de référence (Sensenich 58 pouces) et ANIBAL au calage 19°
  • DR400 à masse maximale au décollage (1000 kg) 
    • Performance : 3 décollages 
    • Acoustique (800 ft): 
      • 8 montées 
      • Vols en palier (4 à 2700 tr/min , 2 à 2500 tr/min, 2 à 2100 tr/min et 2 à 130 km/h) 
  • DR400 à masse 900 kg 
    • Performance : 3 décollages avec Janus C (620 kg) 
    • Acoustique (800 ft) : 1 montée avec Janus C (620 kg)        
• Hélice ANIBAL 19° et ANIBAL 20° 
  • DR400 masse 900 kg + ANIBAL 20º    
    • Performances : 1 décollage
    • Ouverture du domaine de vol (décrochage, VNE, ..)  
  • DR400 masse 900 kg + ANIBAL 19º
    • Performance : 3 décollages avec Pégase (220 kg)

Les paramètres de vols ont été acquis et enregistrés à bord pendant les essais :

• vitesse indiquée
• régime moteur
• pression d’admission

A cet effet, l’aéronef était équipé d’une instrumentation de mesure embarquée fournie et installée par la CGTM. Cette instrumentation permettait le piquage de la pression statique PS, du régime de rotation du moteur RPM, de la pression d’admission Pa, de la température T0, du débit de carburant, de l’assiette et du gîte. Cette installation très complète a permis une restitution précise des performances de l’avion.

CGTM a en outre assuré une aide à l’installation du système de trajectographie fourni par le STAC (GPS, antenne GPS et écran de visualisation installé au-dessus du tableau de bord, PC portable).

Evaluation des performances et synthèse.

• le niveau sonore qui semble accessible pour des hélices d’avions légers;
• le compromis performances/bruit/coût en fonction du type d’hélices retenu ;
• l’ordre de grandeur du prix série des hélices à niveau de bruit réduit.

Mis à jour le 8 décembre 2008 - © ONERA 2009 - Crédits et conditions d'utilisation