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DADS - Aéroélasticité et dynamique des structures

Evaluation et développement technologique de nouveaux concepts structuraux

Cette thématique regroupe deux activités complémentaires :

  • Nouvelles approches pour la conception mécanique et le dimensionnement des structures
  • Développements technologiques liés à la conception prototype de structures actives

Nouvelles approches pour la conception mécanique et le dimensionnement des structures

Ces travaux visent à développer les connaissances, les méthodes et les outils, et à réaliser les études, permettant d’évaluer efficacement la pertinence et les performances structurales globales des avant-projets d’aéronefs futurs, que ce soit au stade industriel ou de recherche prospective. En tant qu’outils d’aide à la décision, ils visent à permettre de vérifier la faisabilité et la viabilité d’un projet, et d’en améliorer la définition macroscopique, à la lumière de l’analyse structurale. Cet objectif ambitieux intègre la prise en compte de la question du couplage des outils et méthodes proposés à des codes d’aérodynamique, de qualité du vol, etc. Les travaux réalisés recouvrent également le développement partiel ou la mise en oeuvre ponctuelle de méthodes d’optimisation (algorithmes génétiques, etc.) ou de prise en compte de caractéristiques mécaniques non déterministes, et leur association aux outils de calcul de structures.

L’activité repose sur  le développement de modèles de calcul de masse et de structures relatifs à des éléments primaires de fuselages ou de voilures aéronautiques. Ces études ont été et sont abordées aussi bien pour des structures d’avion, d’aile volante ou d’hélicoptères, au travers de programmes nationaux et européens.

D’autres travaux de recherche peuvent également être menés dans le cadre des Projets de Recherche Fédérateurs tels CREATION qui vise à développer un outil de prédiction de performance de nouveaux concepts d’aéronefs à voilure tournante, de projets ANR Carnot, tel Albatros, qui vise à étudier l’apport d’une voilure haubanée à un avion classique.

vue du concept d’avion moyen courrier (sans hauban, à gauche) et
de la flexion sous charge (à droite)

Enfin, les équipes de DADS réalisent également la conception préliminaire de structures métalliques ou composites, par exemple de pales de type CROR dans le cadre du projet Carnot CONDOR, ou même de structures de dirigeables.

Vues de la nacelle avec les pales contrarotatives (a) et des déformations des pales avant (b) et arrière (c) en configuration de décollage(le maillage en vert représente les pales non déformées

Référence 

G. Carrier, O. Atinault, JL. Hautrais-Gervois, C. Liauzin, B. Paluch, A.M. Rode, C. Toussaint " Identification of strut-braced wing configuration for future commercial aircraft " ICAS 2012 - Brisbane

Développement technologiques liés à la conception prototype de structures actives

Durant ces 30 dernières années, une importante réflexion a été consacrée à l'amélioration des aéronefs concernant le bruit, les vibrations et les performances.

Pour les hélicoptères, du fait des progrès importants sur les matériaux « intelligents », des nouveaux concepts comme les volets actifs ou la torsion active de pales sont aujourd'hui en cours d'étude à l'Onera. Ainsi, le projet MATRICS, financé par la DGAC et réalisé en partenariat avec Airbus Helicopters  a permis la réalisation d'un rotor quadripale composé de pales à torsion active intégrant des actionneurs pièzo-électriques dans leur structure interne.

Pour les avions, DADS étudie entre autres, au sein d’un Projet de Recherche, les concepts structuraux de winglet actif sur une aile à grand allongement et faible flèche, prenant en compte les systèmes d’actionnement.

Déformation active d’une pale équipée d’actionneurs interne simulée par calculs éléments finis

Prototype de pale d’hélicoptère à volet actif

D’un point de vue plus amont, et à moyen terme, un second axe de travail concerne l’évaluation et la maîtrise des capacités de modélisation des systèmes mécaniques complexes, intégrant par exemple des matériaux et éléments composites et/ou actifs. L’objectif de ces recherches vise par exemple à développer les connaissances et les outils permettant de spécifier, dimensionner mécaniquement,

d’optimiser les actionneurs de puissance dont on pressent une mise en œuvre de plus en plus fréquente dans les structures dites « intelligentes », et d’étudier l’efficacité globale des concepts proposés au travers de calculs de structures 3D.


Actionneurs piezo-électriques à coque composite – Gain de masse obtenu de 50%

Références

A. Dolay " Développement et caractérisation de fibres piézoélectriques à âme métallique pour applications aéronautiques ". Mémoire de thèse

JL. Petitniot, A. Bataille, F. Clayessen " Manufacture and properties of first industrial APA’s actuators using carbone epoxy shells " ACTUATOR 2012 – International Conference and exhibition on New Actuators and Drive Systems.

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