École Nationale Supérieure de
Techniques Avancées

Résumé

Sollicité par son environnement dynamique, lors d’un vol, l’avion est susceptible de vibrer ou de se déformer ce qui nuit au pilotage et contrôle de l’appareil, donc à la sécurité mais également au confort des passagers. On cherche à prédire la réponse vibratoire de la structure soumise à diverses excitations, en particuliers lors d’une turbulence ou quand un moteur est balourdé (balourd résiduel, perte de pâle en vol…). Le comportement dynamique est représenté par un modèle linéaire. Les entrées du système sont des forces (« load ») et les sorties sont des déplacements ou des accélérations. Notons qu’une structure continue telle un avion a une infinité de modes. En général, on se contente d’un nombre limité de modes, sur une certaine bande de fréquence. A cause des phénomènes d’aéroélasticité, les essais au sol ne suffisent pas, et il est nécessaire de réaliser des essais en vol. L’analyse de ces derniers est complexe car l’entrée, déterministe dans le cas des moteurs balourdés ou aléatoire pour la turbulence, reste inconnue. Des méthodes dites d’analyse opérationnelle ont donc été développées pour pallier ce problème. Elles consistent à substituer à l’entrée des capteurs pris comme référence. Parmi celles-là, j’en ai étudié trois en détail, les méthodes de sous-espaces, BR et CVA, la méthode LSCE et la méthode LSCF, dont l’identification modale est basée sur la sélection de pôles dans un diagramme de stabilisation. La comparaison de ces diverses méthodes sur un cas type, issu du GVT, a montré sans conteste que la méthode LSCF était la plus performante quant à la clarté du diagramme de stabilisation. L’automatisation de la sélection des pôles semble dès lors possible. En revanche, le calcul de l’amortissement modal n’est pas satisfaisant. Le choix des références ainsi que la bande de fréquence n’est peut-être pas optimum. Par ailleurs, outre l’évaluation du logiciel PolyMax (dans lequel est intégrée la méthode LSCF), il s’agit de dégager une méthodologie pour trois types d’essais. Le premier, sur les bielles de poussée, est problématique. En effet, la réponse vibratoire d’une bielle dépend du niveau de contrainte dans celle-ci. L’utilisation de PolyMax n’est pas adaptée ; il faudrait utiliser une méthode qui travaille en temporel et en fréquentiel. D’où l’intérêt porté aux transformations en ondelette. Les premiers travaux réalisés avec ces dernières sont encourageants et méritent d’être approfondis. Le deuxième cas traite des réponses vibratoires d’un avion rencontrant une zone de turbulence. Le logiciel est très performant, aux amortissements près. Enfin, au sujet des moteurs balourdés, de par l’apparition des harmoniques, l’analyse est plus complexe. Elle nécessite un pré-traitement des données temporelles avant l’identification modale afin de déterminer les fréquences des harmoniques et les régimes forcés. Les performances de PolyMax dans ce cas-là restent dans l’ensemble satisfaisantes. Le dernier point concernant les moteurs balourdés consistait à définir un plan d’essai, c’est à dire de déterminer le nombre minimum d’essais à réaliser avec des niveaux de balourd différents afin d’extrapoler le comportement de l’avion à tous les niveaux de balourd. Cette question, malheureusement, reste en suspens à cause des retards pris par la campagne « moteur balourdé » de l’A318. Lors de ce stage, il faut jongler avec des notions de mécanique et de traitement du signal.