Messier bugatti

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  • Publié le : 2 août 2010
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MESSIER-BUGATTI :

ROUES ET FREINS CARBONE D'AVION

OPTIMISATION ET OU PARAMETRAGE

AVEC MSC/PATRAN ET MSC/NASTRAN

RESUME

La conception des roues et freins carbone d'avion chez Messier-Bugatti requiert divers types d'analyses : mécaniques, thermiques et dynamiques.

Messier-Bugatti utilise pour ces différentes analyses MSC/PATRAN et MSC/NASTRAN.

Les ensemblesroue et frein carbone d'avion sont dimensionnés en statique et en fatigue par calculs mécaniques. Les éléments volumiques sont principalement utilisés pour ces analyses. Compte tenu des exigences de délais extrêmement réduits, les techniques d'optimisation et ou paramétrage sont utilisées pour les itérations sur la géométrie. Ceci permet d'évaluer rapidement un grand nombre de solutions deconception.

La démarche des différentes méthodes d'optimisation utilisées par Messier-Bugatti est décrite. Ces méthodes sont directement liées aux liens et outils disponibles avec les logiciels de CAO et de calculs.

Enfin, des améliorations de MSC/PATRAN et MSC/NASTRAN, utiles pour cette analyse, sont proposées.

Figure 1

Frein carbone et roue

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1.INTRODUCTION

Messier-Bugatti conçoit et développe les roues et freins, les systèmes de régulation de freinage et les équipements hydrauliques au service de l'aéronautique civile et militaire.

Dès 1985, Messier-Bugatti qualifie, pour la première fois au monde, des freins carbone sur avions subsoniques civils. Cette nouvelle technologie permet un gain de masse important par rapport aux freinsacier équipant les avions civils (environ 500 kg pour un avion type AIRBUS A300) et une sécurité accrue au freinage (figure 1).

Le développement des roues et freins exige la maîtrise simultanée de divers phénomènes, souvent couplés entre eux (figure 2) : mécanique, thermique, dynamique et tribologique.

La simulation de ces phénomènes, indispensable pour le freinage, est actuellement réaliséeavec MSC/PATRAN et MSC/NASTRAN.

Figure 2

Freinage = maîtrise simultanée de divers phénomènes

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Figure 3

Architecture roue et frein carbone

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2 DESCRIPTION DE L'ARCHITECTURE ROUE ET FREIN CARBONE

L'ensemble roue et frein est monté sur l'essieu ou fusée, du train d'atterrissage de l'avion.

La roue, dont le but principal est de faire rouler l'avion, entraîne, enrotation, la partie tournante du frein (figure 3).

Le frein est constitué de deux parties distinctes :

Un ensemble de disques bloqués en rotation, les stators, et de disques tournants, les rotors, assurant le freinage par la conversion d'énergie cinétique de l'avion en énergie thermique. L'ensemble des disques mérite le nom de "puits de chaleur" en raison de sa capacité à absorberl'énergie calorifique;

un ensemble mécanico-hydraulique permettant :

d'introduire l'effort de presse assurant le serrage des rotors sur les stators à l'aide de pistons hydrauliques

De reprendre, au niveau d'un tube de torsion et de barrettes de roue, le couple de freinage généré par les disques carbone.

Démarche du dimensionnement dE L'ensemble roue et frein

Laconception d'un ensemble roue et frein s'appuie sur le dimensionnement des pièces de géométrie complexe dont l'une des principales caractéristiques est de posséder, en ce qui nous concerne, une durée de vie en utilisation supérieure à 20 années d'exploitation.

En particulier, la roue doit subir un nombre de cycles très élevé (supérieur à 107 cycles), dans un environnement hostile (températureset charges élevées) et dans un encombrement réduit (pneumatiques, frein et essieu). Elle doit de plus présenter une sécurité maximale et une masse minimale.

La conception des roues et freins repose sur les spécifications de l'avionneur, incluant les conditions d'utilisation supposées et les essais de qualification nécessaires. Le dimensionnement est réalisé pour les différentes conditions,...
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