Contribution au développement d'actionneurs plus électriques : modélisation inverse et composants mécaniques spécifiques à une application aéronautique

par Gustave Nfonguem

Thèse de doctorat en Génie mécanique

Sous la direction de Jean-Charles Maré.

Soutenue en 2006

à Toulouse, INSA .


  • Résumé

    Le travail de recherche est réalisé dans le cadre d'un programme européen de recherche Power Optimized Aircraft, qui est destiné à la définition des stratégies et de solutions technologiques contribuant à la réduction de la puissance non propulsive des avions de ligne de type Airbus A330. L'étude en elle même, conduite en partenariat entre le Laboratoire de Génie Mécanique de Toulouse et l'équipementier Goodrich Actuation Systems, concerne l'élaboration de prototypes réel et virtuel d'une version plus électrique de l'actionneur du plan horizontal réglable (THSA) de l'Airbus A330. Elle porte essentiellement sur la génération par modélisation inverse du prototype virtuel de l'actionneur, à l'aide du formalisme Bond Graph bicausal. La première partie de l'étude est dédiée à la modélisation inverse et à l'analyse de la consommation de puissance du THSA actuel à motorisation hydraulique. Le comportement à vitesse nulle d'éléments de friction est convenablement modélisé par l'introduction du facteur de contribution d'effort ke. Un facteur de contribution de flux kf, permet de gérer le partage de la vitesse entre les deux sources de puissance dont est doté le THSA au niveau de l'élément mécanique de sommation. L'analyse de la consommation de puissance du THSA, quant à elle, met en évidence la pauvreté des données de vols types ainsi que de l'inconvénient du dosage par valve en termes de perte de puissance. La deuxième partie de l'étude est consacrée à la définition de l'architecture de la version électrique du THSA, avec un accent mis sur simplicité, la fiabilité et la redondance. Elle se prolonge par sa modélisation et par l'analyse de sa consommation de puissance. Une méthode d'optimisation de la géométrie de certains éléments mécaniques de la chaîne de transmission de puissance contribuant à la réduction des pertes est proposée. Le grand avantage apporté par le passage de la motorisation hydraulique à celle électrique est mis en évidence par la comparaison de la consommation de puissance des deux versions du THSA, gardant à l'esprit la différence du degré de finesse de leur modélisation. La dernière partie de l'étude traite de la modélisation et des essais d'un composant nouveau d'irréversibilité par arc-boutement (irreverseur). L'implémentation du modèle de l'irreverseur est délicate à cause de la présence de fortes raideur de contact, suggérant ainsi le passage à des logiciels plus appropriés à la modélisation de systèmes multi-corps. La conception et la mise en ouvre du banc d'essai de l'irreverseur nous a conduit à proposer un montage en balance, une architecture de re-circulation d'énergie et un environnement de simulation en temps réel

  • Titre traduit

    Contribution to the development of a more electrical actuator : inverse modelling mechanical components specific to an aerospace application


  • Résumé

    The thesis work is realised in the framework of a European research program in the field of civil aviation called Power Optimized Aircraft. It has been launched to define strategic and technological solutions contributing to the reduction of non propulsive power of the aircrafts with the range of an Airbus A330. The study has been conducted in partnership between le Laboratoire de Génie Mécanique de Toulouse and the aircraft equipment supplier company Goodrich Actuation Systems. It concerns the design of a real and virtual prototype of a more electrical Airbus A330 THSA version. The study is essentially based on the generation of the actuator virtual prototype by inverse modelling, using Bond Graph formalism. The first part of the study is dedicated to the inverse modelling and the power consumption analysis of the actual THSA, hydraulically powered. The behaviour at null velocity of friction elements has been accurately modelled thanks to the introduction of the effort contribution factor ke. A flux contribution factor kf has permitted to share the load velocity between the two THSA power sources at the level of their coupling device. The THSA power consumption analysis has permitted to show the bad aspect in term of power losses of metering valve technology. The second part of the study concerns the definition of the electrical THSA version with an emphasis on simplicity, reliability and redundancy. It has been extended with the modeling of the actuator and its power consumption analysis. A geometry optimization method of some THSA power transmission elements has been proposed in order to reduce the power losses. The advantage brought by the step toward the electrical technology has been demonstrated, by comparing the power consumption of both THSA versions. The last part of the study deals with modeling and testing of a new mechanical component (irreversor), an irreversible device based on sticking principle. The implementation of the irreversor model has been difficult due to the presence of high contact stiffness. Moreover a test bench has been designed and setup, including:A device on which the irreversor was balance mounted in such a way to accurately measure its internal friction. An energy recirculation architecture. A real time simulation process

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Informations

  • Détails : 1 vol. ( 154 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 145-147

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées. Bibliothèque centrale.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2006/819/NFO
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