Modéliser la charge dynamique d'un avion
Les normes actuelles de conception, basées sur une marge prudente de charge statique, conduisent souvent à un poids plus élevé et superflu. Et si la conception ne tient pas compte de manière adéquate des charges dynamiques, à défaut de bien les comprendre, elle risque de ne pas être sûre. Le projet DAEDALOS («Dynamics in aircraft engineering design and analysis for light optimized structures») a donc caractérisé les charges dynamiques pendant le fonctionnement de l'avion. Il a intégré les effets de l'amortissement matériel, du flambage dynamique et de l'hystérésis mécanique, pour éliminer les incertitudes et le conservatisme des procédures actuelles de certification des avions. La méthode classique de conception considère le fuselage comme une poutre qui subit une charge statique. Ce modèle extrêmement simplifié suppose que les parties longerons, châssis et enveloppe n'absorbent aucune énergie du fuselage. Il suppose donc que la charge totale se propage le long du fuselage sans atténuation et sans amortissement par la structure. En réalité, ce n'est pas le cas. En outre, le flambage dynamique peut être bien plus élevé que le flambage statique, signifiant que le fuselage pourrait en théorie absorber plus d'énergie sans se rompre, sous une charge supérieure à celle prévue par le cas statique. Toutes ces simplifications et suppositions conduisent à une conception plus lourde, et qui pourrait ne pas gérer les conditions réelles d'une charge dynamique. Pour conduire son analyse, le projet DAEDALOS a conçu un modèle de jet d'affaires de taille moyenne. L'équipe a conçu des modèles mixtes et complets par éléments finis, à diverses échelles. Elle a conçu et appliqué diverses méthodes pour évaluer la dissipation de l'énergie via un amortissement par la structure. Il s'agissait d'une méthode d'énergie des déformations ainsi que de modèles d'amortissement pour des matériaux viscoélastiques quasi-linéaires et pour des matériaux visqueux de type Maxwell généralisé. Une campagne rigoureuse de tests expérimentaux a soutenu la conception des modèles. Les chercheurs ont évalué l'amortissement des matériaux pour un alliage d'aluminium et pour deux composites époxy-carbone, au niveau de l'éprouvette. Ils ont aussi testé des panneaux et coffrages représentatifs de composants typiques, sous des charges dynamiques et statiques. Ils ont également évalué le gain de poids apporté par les composants. Avec ses modèles, ses outils de simulation et ses bases de données, le projet DAEDALOS a mis en place la base scientifique pour de nouveaux concepts d'avions et normes de certification, tenant compte de l'énergie dissipée sous des charges dynamiques. L'analyse dynamique fait partie du processus de conception dans de nombreux secteurs, et les résultats de DAEDALOS pourraient donc convenir à une large gamme d'applications et de domaines.
Mots‑clés
Charge dynamique, avion, amortissement, concept d'ingénierie, structures optimisées
