Train d’atterrissage d'AIRBUS A350…

Le système de relevage à proprement parler est constitué des pièces suivantes :

• Fuselage (0) ;
• Cylindre (1) ;
• Piston de vérin de relevage (7) ;
• Corps de vérin de relevage (8) ;
• Bielle de verrouillage (5) ;
• Triangle de verrouillage (6).

Les éléments (2), (3), (4), (9) et (10) qui assurent les fonctions direction, suspension et roulage ne sont pas pris en compte dans ce premier modèle.

Structure de l'atterrisseur avant

Lancer l'application SolidWorks.
Avant d'ouvrir la maquette géométrique, activer Meca3D en cliquant dans le menu sur [Outils], puis [Compléments]. Repérer Meca3D v17.0 ou supérieure dans la liste des applications disponibles, cocher les deux cases situées à droite et à gauche pour l'activer à la prochaine ouverture d'un l'assemblage.

Ouvrir la maquette du train d'atterrissage, nommée Atterrisseur_avant.SLDASM.

L'accès à la page de construction de Meca3D se fait en cliquant sur l'onglet situé en haut de l'arbre SolidWorks.

L'ensemble des fichiers utiles à cette étude peut être téléchargé en suivant ce lien.

Activation de Meca3D

Cliquer du bouton droit sur l’item [Pièces], puis sélectionner l’option de menu [Ajouter…].
Dans la fenêtre [Ajout de la pièce], l’onglet [Définition] permet de désigner la pièce retenue, soit par pointé dans la zone graphique sur une de ses entités, soit par sélection de son nom dans l’arbre de construction de SolidWorks.

Le nom de la pièce sélectionnée s’inscrit dans la boite d’édition [Composant]. C’est ce même nom qui sera utilisé par Meca3D si la case [Prendre le nom du composant] est cochée.
Par défaut, Meca3D récupère les masses et inerties des pièces dans les données de SolidWorks. Si la case [Mise à jour auto…] n’est pas cochée, les données cinétiques sont modifiables via le second onglet nommé [Caractéristiques cinétiques].
L’enregistrement se fait en cliquant sur le bouton [Ajouter].

Procéder de cette façon pour créer les six pièces du mécanisme de relevage du train d'atterrissage.

Pour une meilleure prise en compte des poids dans une future étude statique/dynamique, et pour une visualisation complète du mécanisme, on pourra également ajouter les pièces [Fût] et [Essieu].

Notes:

• la pièce de référence supposée fixe, dans cette étude le fuselage de l'avion, doit être la première dans l'ordre de saisie;
• si tel n'est pas le cas, il est possible de la désigner a posteriori en cliquant du bouton droit sur la branche [Mécanisme], puis [Changement de bâti], et de désigner la pièce fixe. Après validation, celle-ci est replacée en première position.

Acquisition des pièces

Cliquer du bouton droit sur l’item [Liaisons], puis sélectionner l’option de menu [Ajouter…].
Sélectionner le type de liaison (pivot glissant) dans la palette, puis cliquer sur [Suivant]. Le nom de la liaison, fixé automatiquement par Meca3D, peut être modifié par l’utilisateur.

Sélectionner ensuite les deux pièces liées, soit dans l’arbre de construction de Meca3D, soit par pointé graphique sur des entités appartenant à ces pièces. Les noms de pièces retenues apparaissent dans la boite d’édition centrale. Valider en cliquant sur [Suivant].

La dernière fenêtre permet de définir les propriétés géométriques de la liaison : centre, vecteur directeur (axe)…
Deux modes de saisie sont possibles :

• si une contrainte géométrique compatible avec la liaison a été préalablement définie dans SolidWorks, il suffit de cocher la case [Par contraintes], puis de sélectionner la ou les contraintes à retenir dans la liste affichée. Dans le cas d’une pivot glissant, une contrainte de coaxialité de deux cylindres permet de définir complètement l’axe de la liaison. C’est ce choix qui a été retenu dans l’illustration ci-dessus ;
• l’autre solution consiste à cocher la case [Par objets] et à sélectionner une ou plusieurs entités graphiques appartenant aux pièces liées permettant de définir la géométrie associée à la liaison. La désignation d’une surface cylindrique suffirait dans le cas d’une pivot glissant.

Valider la création de la liaison en cliquant sur le bouton [Terminer].La nouvelle liaison apparaît dans l’arbre de construction de Meca3D.

Répéter la procédure de création pour définir les 9 liaisons :

• pivot entre Fuselage (0) et Cylindre (1) ;
• pivot glissant entre Cylindre (1) et Piston de vérin (7) ;
• pivot glissant entre Piston (7) et Corps (8) de vérin ;
• pivot entre Fuselage (0) et Corps de vérin (8) ;
• pivot entre Cylindre (0) et Bielle de verrouillage (5) ;
• linéaire annulaire entre Bielle de verrouillage (5) et Triangle de verrouillage (6) ;
• pivot entre Fuselage (0) et triangle de verrouillage (6) ;
• encastrement entre Cylindre (1) et Fût ;
• encastrement entre Fût et Essieu.

Les types de liaisons ont été choisis de façon à réduire le degré d’hyperstaticité du modèle du mécanisme.

Acquisition des liaisons

Analyse du modèle mécanique

Pour activer l’analyse du mécanisme, cliquer du bouton droit sur [Analyse], puis sélectionner [Calcul mécanique…] dans le menu.
Une première fenêtre propose les analyses cinématique d’une part, statique d’autre part du mécanisme. Elles débouchent en particulier sur les degrés de mobilité et d’hyperstaticité du modèle étudié. On observe ici les valeurs suivantes :

• mobilité : m = 1 ;
• hyperstaticité : h = 1.

Nota : la coïncidence de ces valeurs avec celles estimées par analyse "cérébrale" est un premier indicateur de la validité du modèle construit dans Meca3D…

Simulation cinématique

La fenêtre de calcul apparaît en cliquant sur le bouton [0k].
Dans le cadre d’une étude cinématique, cette fenêtre permet de définir les mouvements pilotes du mécanisme, c’est-à-dire un jeu de mouvements à imposer pour définir totalement la cinématique du mécanisme.
Ici, un seul mouvements associé au degré de mobilité :

• mouvement défini dans la liaison pivot glissant piston (7) / corps (8) du vérin, sélectionnée dans la liste déroulante des [Liaisons] ou dans l’arbre de construction de Meca3D ;
• choix de la translation suivant xi par sélection dans la liste déroulante des [Composantes] ;
• choix de la nature du mouvement dans la liste déroulante de [Mouvement]. On retient ici un mouvement uniforme ;
• saisie de la valeur numérique de la vitesse de translation : -0.075 m/s.

Avant de lancer le calcul, il faut également fixer les valeurs :

• du nombre de positions : 300 ;
• de la durée totale du mouvement : 4.5 s.

Cliquer ensuite sur le bouton [Calcul] pour déterminer :

• les positions successives du mécanisme ;
• les vitesses des éléments pour la vitesse d’entrée imposée du vérin.

Analyse et mouvements pilotes

L’animation est activée en cliquant du bouton droit sur l’item [Résultats], puis en sélectionnant l’option [Simulation…] du menu.

La fenêtre qui apparaît permet de lancer / stopper l’animation, avancer position par position, et choisir la pièce de référence par rapport à laquelle est montré le mouvement.

Animation de l'atterrisseur avant

Accès à l'animation

Le moyen le plus simple d’afficher des courbes de résultats consiste à cliquer du bouton droit sur l’élément à étudier dans l’arbre de construction (pièce, liaison…) et à sélectionner l’option [Résultats] du menu.
L’illustration ci-dessous montre comment accéder à la vitesse de rotation du cylindre (1) par rapport au fuselage (0). La courbe est affichée en cliquant sur [Consulter…]. Le paramètre en abscisse est le temps.

Sélection d'une courbe de résultats

On observe que la vitesse varie entre environ 3,0 et 4,7 tr/min, dans l’hypothèse d’une vitesse uniforme du vérin.

En utilisant l’item [Courbes] de la branche [Résultats] de l’arbre de construction, on peut afficher sur des principes similaires :

• plusieurs courbes sur un même graphique, comme illustré par la figure ci-dessous ;
• une courbe représentant un paramètre en fonction d’un autre.

L’illustration ci-contre montre l’affichage simultané de la position du vérin (en bleu), de la vitesse de rotation du cylindre (en vert) et la vitesse de rotation du triangle de verrouillage (en rouge).

Sélection d'une courbe de résultats

Objectif

Cette simulation se propose de gérer le cycle d’ouverture des panneaux, de relevage du train et de fermeture des panneaux au moyen de mouvements variables.
Le modèle précédent est complété avec 6 pièces :

• Panneau_gauche et Panneau_droit ;
• Corps_verin_gauche et Corps_verin_droit ;
• Piston_vérin_gauche et Piston_verin_droit ;

et 8 liaisons :

• 2 liaisons pivots entre le fuselage et les panneaux gauche et droit ;
• 2 liaisons pivots entre le fuselage et les corps de vérins gauche et droit ;
• 2 liaisons pivots glissants entre les corps et les pistons de vérins gauche et droit ;
• 2 liaisons pivots entre les pistons de vérins et les panneaux gauche et droit.

Validation du modèle

Le modèle est validé par une analyse qui confirme les propriétés suivante :

• Degré de mobilité : m=3 ;
• Degré d’hyperstaticité : h = 3.

Cycle de relevage

Pour gérer l’enchaînement des différents mouvements au cours du cycle de relevage du train, il est fait appel à des lois de déplacements définies en fonction du temps au moyen de courbes.
La situation initiale est celle du train sorti, avec les panneaux ouverts. Le cycle de rentrée du train est le suivant :

• ouverture des panneaux entre t =0 et t = 3 s. La course du vérin est alors de 210 mm ;
• rentrée du train entre t = 3,5 s et t = 8,5 s, avec une course du vérin de 384 mm ;
• fermeture des panneaux de t =9 à t = 12 s. la course du vérin est alors de 210 mm ;

Fichiers de points

La courbe de mouvement est décrite au moyen d’un fichier texte avec extension ‘.crb’, conforme au modèle ci-dessous et relatif au mouvement de rentrée du train.

Attention : les commentaires figurant en rouge dans l’exemple ci-dessus ne doivent pas figurer dans le fichier.

Editeur de courbes de Meca3D

Un éditeur intégré à Meca3D permet de créer graphiquement les courbes. Il est accessible en cliquant sur l’item de menu [Meca3D], puis sur [Courbes], et enfin sur [Définition…].

La fenêtre d’édition de courbe présente l’allure ci-contre. Les principales fonctions sont accessibles par les boutons surlignés :

• [Fichier] : en violet, permet l’ouverture d’un fichier au format crb ;
• [Enregistrer] : en vert, permet l’enregistrement d’un fichier au format crb ;
• [Point] : en bleu, acquisition de points;
• [Coordonnées] : en orange, zone de saisie des coordonnées des points (x, y).

Mouvement de rentrée du train

Le fichier du mouvement de rentrée du train est conforme au modèle ci-contre :
Créer et enregistrer les fichiers sous les noms Panneau_principal.crb et Rentree_train.crb.

Affichage des courbes de mouvement

La courbe de couleur rouge affichée dans la fenêtre ci-contre correspond à la loi de rentrée du train, la courbe verte à la loi d’ouverture et fermeture des panneaux.
Nota : l’éditeur ne permet pas d’afficher plusieurs courbes simultanément, l’illustration est un assemblage de deux images…

Une fois les fichiers de points définis, il convient de les déclarer comme entrées utilisables dans la simulation Meca3D.
Il suffit pour cela de développer la branche [Entrées] de l’arbre de construction de Meca3D, de cliquer du bouton droit sur [Courbes], puis sur [Ajouter…]. La fenêtre qui s’ouvre propose de sélectionner un fichier de courbe qui sera, après validation par [Ok], affiché dans l’arbre et accessible à la simulation.

Une vignette graphique montre l’apparence de la courbe par ses points descripteurs.
Recommandation : pour éviter les confusions, il est souhaitable de donner aux entrées les mêmes noms que ceux des courbes associées.

Entrée "Courbe"

Lancer le calcul cinématique jusqu’à fenêtre de définition des mouvements.
Les saisir de la façon suivante :

• Les trois mobilités utiles sont les translations dans les vérins des panneaux et de relevage du train. Les mouvements sont de type Position variable, associés selon le cas aux entrées courbes Panneau_principal et Rentree_train.
• Le dernier mouvement correspond à la mobilité interne en rotation de la biellette de verrouillage, toujours fixée à 0 tr/min.

Conditions de la simulation