Contrôle Passif Nonlinéaire du Phénomène de Résonance Sol des Hélicoptères

Nonlinear Passive Control of Helicopter Ground Resonance

• Auteur / Autrice : João Flavio Pafume Coelho
• Direction : Guilhem Michon, Leonardo Sanches
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique, mécanique des matériaux
• Date : Soutenance le 25/09/2017
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Clément Ader (Toulouse ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Institut supérieur de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse, Haute-Garonne). Département mécanique des structures et matériaux
• Jury : Président / Présidente : Domingos Alves Rade
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Annie Ross
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Argoul, Régis Dufour

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rotors (hélicoptères)

Simulation par ordinateur

Mots clés libres

Phénomène de résonance sol

Hélicoptère

Stabilisation

Absorbeurs de vibration

Nonlinear energy sink

Amortissement

Essai expérimental

Etude analytique

Ground resonance phenomenon

Helicopters

Stabilization

Tuned mass damper

Nonlinear energy sink

Damping

Experimental testing

Analytical approach

Résumé

Le phénomène de résonance sol (PRS) est une instabilité pouvant survenir lorsque l’hélicoptère est au sol et le rotor est en marche ; elle peut vite aboutir à la destruction de l’appareil. L’origine de l’instabilité est un couplage entre les mouvements de roulis du fuselage posée sur le train d’atterrissage et le mouvement asymétrique de l’ensemble des pales dans le plan du rotor principal. Etudier théoriquement des alternatives de stabilisation par des absorbeurs de vibration linéaires (tuned mass dampers - TMD) et non linéaires (nonlinear energy sinks - NES) c’est le sujet de ce travail de thèse. Ces possibilités sont étudiées en ajoutant à un modèle minimal d’un hélicoptère à quatre pales identiques (rotor isotrope),précédemment étudié par l’équipe de l’ISAE, d’abord, un TMD au fuselage, puis des TMD identiques auniveau de l’articulation des pales du rotor. Ensuite, des dispositifs à raideur purement non linéaire (NES)sont considérées, d’abord, au fuselage, puis, aux pales du rotor (NES identiques).

Helicopter ground resonance (HGR) is an instability phenomenon that can occur when helicopters exhibit a spinning rotor when grounded; it can lead the structure to rapidly break apart. The phenomenon originates from a coupling between asymmetric modes of in plane blade oscillations (lead/ lag) and the roll of a grounded fuselage. The verification of alternative stabilization devices such as tuned mass dampers (TMD) and nonlinear absorbers (nonlinear energy sinks - NES) is the objective of this thesis. These possibilities are theoretically investigated by embedding a four-bladed helicopter minimal model - proposed and previously studied by the ISAE team - first, with a TMD in the fuselage, then with four identical TMDs in each blade lag hinge. Then, a NES attached to the fuselage is considered and eventually a set of four identical NES attached to the blade lag hinges of the model is proposed and analyzed.