Analyse des chargements aérodynamiques

Analyse des chargements aérodynamiques

Conception primaire de la structure interne de l’aile

La conception primaire permet de définir un point de départ au développement de la structure. Un des objectifs principaux est de fixer la position du centre de gravité. Ceci est nécessaire au calcul du couple de torsion engendré par la force de portance et le bras de levier qui est créé par la distance entre le centre de portance et le centre de gravité. Ainsi, les chargements utiles aux calculs de dimensionnement de la structure seront obtenus. Une conception plus avancée menant au dimensionnement final des parois pourra alors être effectuée. La définition de la géométrie de la structure de l’aile est principalement effectuée en fonction de la fabrication et de l’assemblage par collage. L’objectif est de concevoir une structure divisée en pièces qui se fabriquent relativement facilement par VARTM. Pour y arriver, les surfaces planes sont favorisées par rapport aux géométries à courbures agressives. Une attention doit aussi être portée à l’installation future de l’extrados adaptatif sur la structure actuellement en conception. Cette section adaptative couvre une zone de l’extrados sur une distance allant de 3 % à 70 % de la corde. Pour compléter la zone réservée au déplacement de l’extrados, la zone supérieure est délimitée par le déplacement vertical maximal de l’extrados, qui est de 8 mm . Finalement, la zone inférieure est déterminée de, façon à permettre l’installation des bielles reliant la peau aux actionneurs

Définition de la géométrie des longerons

Jusqu’à présent, les longerons ont été modélisés par deux surfaces planes reliant l’extrados à l’intrados. Les géométries généralement utilisées en industrie sont des profilés en « C » ou en « I ». Dans le cas présent, un profilé mitoyen nommé « J » est employé. Ce dernier est sélectionné pour sa facilité de fabrication et pour la section plus massive pouvant être positionnée dans les zones en compression. La section plane de l’extrados permet l’utilisation de ce profil par l’absence de géométrie aiguë ce qui aurait rendu impossible le démoulage. Le longeron est assemblé à partir d’une section en « C » et d’une plus petite section en « L ».
Les deux géométries peuvent ainsi être mises en forme à partir du même moule. Finalement, des rayons de coins de 5 mm sont ajoutés afin de permettre le démoulage et de diminuer les  concentrations de contraintes. Cette valeur est le minimum suggéré par la littérature .

Définition de la géométrie des nervures

Ce qui amène à huit le nombre de nervures. Chacune des nervures est sous-divisée en trois sections. Soit, la section du BA, la section du centre et la section du BF. Afin de minimiser la quantité de travail, les nervures sont constituées d’une seule bordure sur tout le périmètre pour le collage ce qui réduit la fabrication de moules à un. Comme les longerons, les rayons entre la bordure et la section de profil sont fixés à 5 mm . Les rayons de coins sont quant à eux fixés à 10 mm pour éviter l’interférence avec les rayons des longerons . Pour le modèle EF, les nervures sont modélisées comme des surfaces simples reliant l’extrados, l’intrados et les longerons. Ceci a comme objectif de simplifier la modélisation.

Ajout des angles de démoulage

Les angles de démoulage permettent l’extraction des pièces du moule sans endommager les surfaces. Un angle de 2 à 5° est suggéré. L’ajout d’un angle de démoulage aux surfaces de collage de l’intrados et de l’intrados entraîne une perte de parallélisme entre les surfaces collées. C’est pourquoi, afin de minimiser cet effet qu’une valeur de 2° est imposée aux parois précédemment verticales des deux composantes. Les longerons de par leur positionnement présentent naturellement un angle de démoulage de plus de 5° pour un des côtés, ce qui assure le démoulage de ces pièces. Finalement, aucun angle de démoulage n’est imposé aux bordures de ces pièces. Leur présence nuirait grandement à la qualité des jonctions entre l’intrados et l’extrados. Pour contrevenir à la difficulté de démoulage possible, le moule des nervures sera construit pour endurer les chargements assez sévères produits par l’extraction des nervures sans angle de démoulage.

Adaptation en vue de la validation expérimentale

La dernière étape avant la modélisation par EF de la structure consiste à développer la méthodologie de tests. Il est ainsi possible de prévoir des ajustements spécifiques aux tests expérimentaux et de les inclure dans le modèle EF.
Afin de valider expérimentalement les modèles sans avoir recourt à une installation trop complexe, une série de chargements facilement applicable en laboratoire sont imposés aux modèles réels et EF. Il est alors possible de comparer numériquement et expérimentalement les déplacements en bout d’ailes pour des conditions de chargements identiques.
Pour y arriver, des extrusions en aluminium sont positionnées sur la surface plane de l’extrados et centrées par rapport aux lignes d’applications des chargements. Des crochets sont vissés à égale distance sur ces extrusions. Le prototype est ensuite fixé en porte à faux et avec l’extrados vers le sol. Finalement, des sacs de sables pesant environ 10 kg chacun sont préparés de façon à pouvoir être suspendu aux crochets, ce qui permet d’appliquer environ 100 N par point d’attache. Un total de 10 crochets par lignes de force permet d’appliquer une force verticale totale et relativement uniformément répartie de 4000 N ce qui environne la valeur maximale calculée à partir des profils de pressions.

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 DESCRIPTION ET CARACTÉRISATION DES MATÉRIAUX ET DU PROCÉDÉ DE FABRICATION 
1.1 Choix du type de matériaux
1.2 Description des matériaux de base
1.3 Choix du procédé de fabrication
1.4 Description du procédé de fabrication
1.5 Analyse du procédé de fabrication
1.5.1 Description des échantillons
1.5.2 Présentation et analyse des résultats
1.6 Caractérisation mécanique
1.6.1 Fabrication des éprouvettes
1.6.2 Description et analyse des tests
1.6.3 Présentations des résultats
1.6.4 Ajustement de la valeur de rigidité transversale
1.6.5 Définition des propriétés mécaniques manquantes
1.6.6 Présentation de l’ensemble des propriétés mécaniques
1.7 Conclusion
CHAPITRE 2 CONCEPTION DES STRATIFIÉS ET DE LA STRUCTURE
2.1 Modifications apportées au concept de l’extrados adaptatif
2.2 Conception primaire de la structure interne de l’aile
2.3 Analyse des modèles simples
2.3.1 Descriptions des modèles simples
2.3.2 Description des tests expérimentaux effectués sur les modèles simples
2.3.3 Analyse des modèles simples par E.F
2.3.4 Présentation des résultats
2.4 Définition de la position des longerons
2.5 Analyse des chargements aérodynamiques
2.6 Conception des stratifiés
2.6.1 Analyse préliminaire
2.6.2 Sélection finale des stratifiés par analyse EF
2.7 Analyse de flambage de l’extrados
2.8 Conception finale de la structure
2.8.1 Définition de la géométrie des longerons
2.8.2 Définition de la géométrie des nervures
2.8.3 Création des joints de collage du BA et du BF
2.8.4 Ajout des rayons de coins
2.8.5 Ajout des angles de démoulage
2.8.6 Présentation de la géométrie finale
2.9 Adaptation en vue de la validation expérimentale
2.10 Analyse par EF final de la structure
2.11 Conclusion
CHAPITRE 3 FABRICATION ET ASSEMBLAGE DE LA STRUCTURE
3.1 Conception et fabrication de l’outillage de mise en forme
3.1.1 Contre-formes
3.1.2 Fabrication des moules
3.1.3 Fabrication des gabarits d’assemblage
3.2 Fabrication du gabarit de test
3.3 Fabrication et assemblage de la structure en composite
3.4 Collage du gabarit de test et des lignes d’application des chargements
3.5 Présentation du prototype de la structure de l’aile
3.6 Conclusion
CHAPITRE 4 VALIDATION EXPÉRIMENTALE DU MODÈLE EF
4.1 Tests expérimentaux
4.2 Comparaison des résultats expérimentaux et numériques
4.3 Conclusion
CONCLUSION

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