Aéroélasticité & Calcul de structures

Xavier D.

A la demande de Nicolas, je prends le temps de vous faire part de mon expérience (et passion) pour le calcul de structures en général et l'aéroélasticité en particulier. J'espère que je parviendrai à capter un peu votre attention malgré des termes parfois très techniques.
J'ai une formation d'ingénieur généraliste complétée par un 3ème cycle en Mécanique des Structures. J'ai débuté ma carrière par un stage à l'ONERA (Châtillon) en Aéroélasticité expérimentale. Le début d'une passion. Puis, j'ai travaillé 4 ans dans l'aéroélasticité pour l'avionneur brésilien EMBRAER. Enfin, j'ai occupé un poste de Responsable de BE pendant 3 dans dans le secteur de la métallurgie / chaudronnerie de grande taille. Aujourd'hui, je travaille au montage d'un petit bureau de calcul scientifique

Je prends le temps de vous faire part de mon expérience (et passion) pour le calcul de structures en général et l'aéroélasticité en particulier. J'espère que je parviendrai à capter un peu votre attention malgré des termes parfois très techniques.
J'ai une formation d'ingénieur généraliste complétée par un 3ème cycle en Mécanique des Structures. J'ai débuté ma carrière par un stage à l'ONERA (Châtillon) en Aéroélasticité expérimentale. Le début d'une passion. Puis, j'ai travaillé 4 ans dans l'aéroélasticité pour l'avionneur brésilien EMBRAER. Enfin, j'ai occupé un poste de Responsable de BE pendant 3 dans dans le secteur de la métallurgie / chaudronnerie de grande taille. Aujourd'hui, je travaille au montage d'un petit bureau de calcul scientifique.
Tout d'abord, il convient de donner une petite définition de l'aéroélasticité. C'est l'étude des déplacements, efforts, accélérations et vibrations d'une structure soumise à des sollicitations aérodynamiques. Il faut juste retenir un détail qui a son importance : le vent déforme la structure ... mais, en se déformant, la structure modifie les coefficients de pression, ce qui modifie la déformation de la structure et ainsi de suite.

A l'ONERA: j'ai étudié le Tailshake (mouvement de poutre de queue) des hélicoptères. Il y avait des données issues d'essais en soufflerie d'une part, et des données issues de tests de vélocimétrie laser (à effet Doppler) d'autre part. Cela a consisté à caractériser le phénomène - qualifié de 'stochastique' - et à dresser une méthodologie pour conduire les essais.

Chez EMBRAER: j'ai pris part, de bout en bout (i.e. pré-dimensionnement > dimensionnement > certification) au projet de la "famille des 190". Il s'agit de deux jets régionaux d'une capacité de 90 à 100 places : le ERJ190 et le ERJ195. Enormément de calculs de charges aéroélastiques effectués à l'aide du code de calcul CATIA Elfini Aeroelasticity. Ce code, conçu et écrit à l'origine par Dassault Aviation, est également utilisé par BOEING (le triple 7 notamment a été calculé avec ce code). Je vais lister certains process de calcul ci-dessous :

- Gust response (discrete, continuous) = réponse à la rafale (discrète, continue)
- Flutter = flottement des surface portantes
- Static Maneuvers = manœuvres statiques
- Mission analysis = analyse de mission
- Ground Loads = charges au sol
Les plus "informaticiens" de l'équipe ont également développé une interface de Pré & Post traitement couplée à CATIA Elfini Aeroelasticity, sur specs du client, afin de générer des gains de temps...

Pour ma part, j'ai aussi piloté un projet de Développement de Serveur d'Applications CATIA Elfini Aeroelasticity.
Ce fut une expérience professionnelle et humaine réellement formidable.

Dans la Métallurgie: changement de monde par rapport aux expériences précédentes ! Mais c'est un changement qui n'est pas dénué de logique, ni d'intérêt. En effet, je reste dans le milieu des structures. Sauf que ... je ne fais plus de couplage. Je fais essentiellement des calculs de statique, de modes propres et de fatigue. Quelques illustrations :
- les poches de coulée (poches destinées à la manutention de plusieurs dizaines de tonnes d'acier en fusion donc à 1700°C)
- les palonniers
- les fours de cimenterie
- les broyeurs
- les sécheurs
- des portiques de levage
- un crochet lamellaire
- un enrouleur-dérouleur (pour câbles acoustiques sous-marins)

- des outillages spécifiques (berce de levage, augmentation de capacité d'un tour vertical, extracteur de roulement ou de roue dentée)
- du chantier (ouverture d'un hall d'usine et raccordement de ponts roulants)
- un VLS (vertical layer spread) pour le déroulage de flexibles en mer
- un distributeur de vapeur
- un bras refroidi sur voûte de four d'aciérie
- des poulies pour le plus grand ascenseur à bateaux du monde
- ...
Cela tournait surtout autour du dimensionnement (RDM et méthode des éléments finis) et de la vérification de tenue structurelle. La conception était plutôt demandée lors de projets totalement nouveaux (enrouleur-dérouleur) et, bien entendu, lors de la réalisation d'outillages spécifiques. Un aspect que j'ai beaucoup aimé également était les expertises d'avaries. Il y a un côté 'investigation' que j'aime beaucoup. Prendre les conséquences pour remonter aux causes ! L'outil utilisé pour le calcul était SAMCEF. Un outil assez complexe mais fin. On l'utilise surtout dans l'aéronautique et le spatial.

Aujourd'hui: le virus du calcul ne m'a pas lâché! Je constitue un petit bureau de calcul scientifique, dans le Nord de la France, avec comme cible de démarrage l'industrie lourde locale. Donc : des structures mécano-soudées essentiellement.

Xavier

de Nicolas [admin]

J'ai presque tout compris sauf ce qui concerne laVLS(vertical layer spread) pour le déroulage de flexibles en mer ...de même que "qualifié de 'stochastique' " :( je pourrais regarder sur le NET mais cela serait trop facile..

Réponse :

VLS= aussi appelé Vertical Lay System (dans la boîte où j'étais on disait "Vertical Layer Spread"). Le spécialiste de ce type d'équipement en France, c'est TECHNIP. Sur le fichier joint, on voit le VLS : c'est la grosse structure jaune à l'arrière du bateau.

Stochastique. Des synonymes simples : 'erratique', 'aléatoire'.

Structure jaune à l'arrière du bateau.

Réponse de Laurent PEREZ le 23 Septembre 2009

Très interressant ton expérience. Vivre un développement d'un avion doit être vraiment enrichissant.

On se rend compte par tes propos qu'on est loin de l'époque des développements des chasseurs dassault où le développement de solution aérodynamique était souvent déterminé de facon expérimentale. testé et validé par des pilotes d'essais audacieux. J'ai déja écouté Jean marie saget ( chef pilote d'essai dassault) des années 50 jusqu'à la fin des annés 80 narrer les récits des dévoleppements qui ont amené les choix tel que l'aile delta ( mirage 3 ) les problèmes de déformations d'ailes dut aux braquages d'ailerons à grande vitesse. Aujourd'hui, sans surprise on sait qu'avant de faire son premier vol , l'avion volera comme on l'avait prévu en simulation ...
Un exemple d'un flutter simulé en réel..
http://www.youtube.com/watch?v=kQI3AWpTWhM