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Conception d'un banc d'essai destiné aux tests statiques structuraux d'une aile morphable

Massé, Léandre (2015). Conception d'un banc d'essai destiné aux tests statiques structuraux d'une aile morphable. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Dans une volonté de réduction de la consommation en carburant, Bombardier Aéronautique étudie le concept d’aile adaptative. Il s’agit de modifier la courbure du profil de l’aile en vol pour améliorer la laminarité de l’écoulement et diminuer la traînée. Cette technologie consiste à déformer mécaniquement par le biais d’actionneurs, une section de l’extrados fait de matériau composite. La peau en composite est conçue suffisamment flexible pour être déformée et suffisamment rigide pour soutenir les charges aérodynamiques de vol.

Ce projet s’inscrit dans la réalisation d’un test statique d’une section de l’aile afin de valider la tenue mécanique à un cas particulier de chargement correspondant à un vol en trajectoire rectiligne uniforme, réservoirs pleins. Il ne s’agit pas d’un test de certification structural requis par les organisations de certifications aéronautiques mais uniquement d’un point de contrôle de sa conception. Pour réaliser ce test statique, l’aile est assemblée sur un banc d’essai autoporteur conçu selon les critères et spécifications attendus par le constructeur. La conception du banc se divise en trois parties.

La première étape consiste à identifier le chargement interne théorique de l’aile pour orienter la conception du banc de manière à reproduire ce chargement expérimentalement. À l’issue de cette identification, les dimensions globales de la structure du banc sont connues. Le dimensionnement analytique des composants standards du banc apparaît comme la deuxième étape de la conception du banc et permet de connaître les dimensions des éléments tels que les poutres, l’épaisseur des plaques et des cordons de soudure.

L’analyse numérique par éléments finis intervient comme la troisième étape de la conception en permettant de dimensionner les éléments disposants d’une géométrie plus complexe, de valider les facteurs de sécurité sur l’intégralité de la structure et des éléments du boulonnage ainsi que les déplacements de la structure après simulation.

Le test statique expérimental permet de valider la rigidité de l’aile et de sa peau composite par leur tenue au cas de chargement. Il valide également le modèle numérique par éléments finis du banc en présentant des résultats similaires.

En conclusion, la conception du banc est validée car elle respecte les facteurs de sécurité imposés par Bombardier Aéronautique.

Titre traduit

Design of a test bench for structural static testing of a morphing wing

Résumé traduit

In an effort to reduce fuel consumption, Bombardier Aerospace studies morphing wing concepts. The goal is to change the wing shape during the flight to improve laminar flow and reduce drag. This technology consists in mechanically deform through actuators an upper surface wing section manufactured in composite material. The composite skin is designed flexible enough to be deformed and rigid enough to support aerodynamic loads in flight.

This project requires a static test to check the resistance to a particular loading case corresponding to a flight in uniform rectilinear trajectory with full tanks. It is not a structural certification test required by the aerospace certification organizations but only one of its design checkpoint. To perform this static test, the wing is assembled on a self-test bench designed according to the criteria and specifications expected by the manufacturer. The bench design is divided into three parts.

The first step is to identify clearly the internal wing loading to guide the bench design in order to reproduce this loading experimentally. After this identification, the overall bench structure dimensions are determined. The analytical sizing of standard components is done as the second step of the design and allows to size different elements such as beams, plates and welded joints.

The numerical finite element analysis allows to size elements with more complex geometries and validates structure deformation, safety factors on the entire structure and bolted joints.

Finally, the experimental static test validates the wing stiffness and its composite skin by applying the load but it also validates the finite element model of the bench and therefore its design.

To conclude, the bench test design is validated because it is respect a safety factor imposed by Bombardier Aerospace.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique". Bibliographie : pages 185-187.
Mots-clés libres: Essais (Technologie) Appareils et matériel Conception et construction. Avions Ailes Essais. Contrôle des structures (Ingénierie). banc, essai, test statique, cas de chargement, dimensionnement analytique, analyse numérique
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Joncas, Simon
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 09 déc. 2016 15:22
Dernière modification: 22 mars 2017 14:20
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1575

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