Des lanceurs légers et économiques
Les directives SP-8007 de la NASA, pour la conception de structures sensibles aux imperfections, ont été rédigées dans les années 1960. Elles ne tiennent pas compte des progrès dans les matériaux composites légers. De plus, elles ne répondent pas à la demande du secteur spatial pour des lanceurs légers et moins coûteux, ni à l'augmentation continue de la charge utile. Plusieurs approches ont été adoptées ces dernières années pour prévoir la charge maximale des structures d'un lanceur. L'utilisation de modèles linéaires par éléments finis a conduit à un bon accord avec les résultats expérimentaux. Cependant, le coût en calculs lors de la phase de conception est trop élevé lorsqu'il faut disposer d'outils plus rapides et plus exacts. Les chercheurs du projet DESICOS (New robust design guideline for imperfection sensitive composite launcher structures) ont développé plus avant une méthodologie déterministe. Nommée SPLA (Single perturbation load approach), elle utilise le profil radial d'une charge appliquée comme indication de la sensibilité de la structure aux imperfections. Malgré ses avantages, cette méthode a encore besoin de ressources notables pour calculer le facteur de rupture. Pour des structures en composites, ce facteur sert à tenir compte des imperfections, qui réduisent la charge que ces structures peuvent supporter à une valeur bien plus faible que celle du flambage d'une structure parfaite. L'équipe de DESICOS a donc cherché comment associer l'approche SPLA avec des techniques semi-analytiques. Le but était d'appliquer cette association lors de la conception préliminaire des structures de lanceurs, et l'équipe a validé son idée via des tests approfondis de structures faites de matériaux composites. Elle a constaté qu'un cylindre non précontraint, chargé dans l'axe et soumis à une charge unique de perturbation suffisamment importante, supportait une charge de flambage 45 % supérieure à celle prévue par les directives en cours. Les chercheurs ont utilisé quelques études de cas pour démontrer que la nouvelle méthodologie peut augmenter la charge utile, et réduire la durée du développement et les coûts de fabrication. Les résultats de DESICOS ont été décrits dans plus de 30 articles révisés par des pairs, et résumés dans un manuel dédié à la conception de structures de lanceurs en matériaux composites.
Mots‑clés
Lanceurs, sensible aux imperfections, NASA, matériaux composites, DESICOS, perturbation à charge unique