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République algérienne démocratique et populaire Ministère de l’Enseignement Sup

République algérienne démocratique et populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université M’hamed BOUGARA Boumerdès Faculté des Sciences de l’Ingénieur Département : Maintenance Industrielle Laboratoire : Dynamique des Moteurs et Vibroacoustique Mémoire de Magister Filière : Génie Mécanique Option: Dynamique des Moteurs et Vibroacoustique Thème Présenté par : CHELLIL Ahmed Soutenu le : 23-06- 2008 Devant le jury composé de : MM. S. RECHAK Professeur ENP Alger Président A. NOUR Professeur UMB Boumerdès Encadreur A. KHALFI Professeur UDL Sidi Bel Abbès Examinateur B. NECIB Professeur UMM Constantine Examinateur M.O. SI-CHAIB Maître de Conférences UMB Boumerdès Examinateur Année universitaire 2007 /2008 Identification et modélisation par éléments finis des charges dynamiques du rotor principal d’hélicoptère I Remerciements Ce travail a été accompli au laboratoire Dynamique des moteurs et vibro-acoustique de l’Université M’hamed Bougara de Boumerdès, Faculté des Sciences de l’Ingénieur (F.S.I.). Je tiens tout d'abord à remercier en premier lieu Allah, le tout puissant, de m’avoir donné autant de courage, de patience et de volonté pour atteindre ce but. Mes premiers remerciements vont naturellement à mon directeur de mémoire, le Professeur NOUR Abdelkader pour ses conseils et le partage de ses compétences scientifiques. Ce fut un plaisir de travailler avec lui. J’ai également apprécié la grande liberté qu’il m’a accordée dans la gestion de mon mémoire ainsi que sa passion pour la recherche et sa bonne humeur toujours présente. Bref, merci de m’avoir supporté ces deux années et d’en avoir fait une période plus qu’agréable pour moi. Merci également au président du jury Le Professeur RECHAK Said d’avoir accepté d’examiner ce travail et d’avoir accepté de présider le jury de ce mémoire. Je remercie vivement Le Professeur KHALFI Ali de l’’université Djillali Liabbes de sidi Bel Abbes et le Professeur NECIB Brahim de l’université de Mohamed Mentouri de Constantine, d’avoir accepter de faire parti du jury d’évaluation de ce mémoire, et pour leur déplacement et le temps qu’ils ont consacré à l’étude de ce document. Je remercie notre cher enseignant le Docteur M.O. SI-CHAIB pour sa participation au jury et pour ces critiques pertinentes. Je tiens à témoigner ma reconnaissance à Mr. Saadouni yacine de l’EMP pour l’aide et l’encouragement qu’il m’a donné. Il convient également de saluer Mr. Chikh Noureddine, enseignant à l’Université de Boumerdès pour ses conseils scientifiques appréciables. Je tiens aussi à remercier tous les enseignants qui ont assuré notre formation au cours de l’année théorique, et particulièrement Mme. YAHIAOUI Aïcha pour les encouragements et pour les discussions que nous avons eux. Un remerciement spécial au cher frère Samir LECHEB, qui par sa disponibilité permanente a permis à ce travail d’aboutir, tout en gardent une fidèle amitié durant plus de cinq ans. Mes remerciements s’adressent également à tous les membres du laboratoire, qui durant ces deux années mon permis de travailler dans un cadre agréable. Merci à tous mes collègues étudiants, les anciens et ceux encore en activité. J’adresse un grand merci à mes collègues en post-graduation : toufik, mohand, ahmed, Mourad, malik, hamid et nadia. Je tiens à remercier particulièrement, Ilyes et Abdou, pour beaucoup de choses, Que tous mes ami(e) s sans exception, ils sont nombreux, je ne peux tous les citer mais je ne peux les oublier. Je remercie tous les gens de mon passage, que j ‘ai connus ou rencontrés dans ma vie, sociale et universitaire, et à tous ceux que je n’ai pas cités avec toutes mes excuses. Mes reconnaissances vont également à toutes les personnes des l’Université, M’hamed Bougara de Boumerdès, surtout les personnes des bibliothèques, Ex-INGM et centrale, merci pour leur disponibilité. Enfin, que toutes les personnes ayant contribué, de près ou de loin, à la réalisation de ce travail, soient chaleureusement remerciées. II Dédicace Avant tout propos, je tiens à rendre grâce à Allah qui m’a guidé sur la bonne voie. Je tiens à rendre hommage à mon père, et à celle qui a su et avoir pu faire de moi l’homme que je suis, « à maman» pour son indéfectible assistance et son soutien tout le long de ma formation ; les mots ne peuvent exprimer mon entière gratitude et ma reconnaissance pour tout leurs sacrifices, à mes frères et mes soeurs. Encore une fois, un grand merci à toute ma famille à qui je dédie ce présent travail. à tous mes ami(e) s sans exception. Je pris Allah de leurs accorder longue vie et bonne santé Ahmed ﻣﻠﺨﺺ هذﮦ اﻟﺪراﺳـﺔ ﺗﻬﺘﻢ ﺑﺎﻟﺴﻠﻮك اﻟﺪﻳﻨﺎﻣﻴﻜﻲ ﻟﻠﺪوارات اﻟﻌﻤﻮدﻳـﺔ، اﻟﻬﺪف اﻷﺳﺎﺳﻲ ﻣﻦ هذﮦ اﻟﺪراﺳـﺎت اﻟﺒﺤﺜﻴـﺔ هﻮ وﺿﻊ ﻥﻤﻮذج ﻳﺴﻤﺢ ﺑﻤﺤﺎآﺎ ة اﻟﺴﻠﻮك اﻟﺪﻳﻨﺎﻣﻴﻜﻲ ﻟﺪوار ﻋﻤﻮدي . ﻟﻘﺪ ﻗﻤﻨـﺎ ﺑﺪراﺳﺔ اﻟﺤﺮآﺔ اﻟﻬﻮاﺋﻴﺔ ﻟﻄﺎﺋﺮة ﻣﺮوﺡﻴﺔ ﻣﻦ اﺟﻞ ﺗﺤﺪﻳﺪ ﺟﻤﻴﻊ ﻗـﻮى اﻟﺤﺮآﺔ اﻟﻬﻮاﺋﻴﺔ اﻟﻤﻄﺒﻘ ﺔ ﻋﻠﻰ اﻟﺪوار اﻟﺮﺋﻴﺴﻲ ﻟﻄﺎﺋﺮة ﻣﺮوﺡﻴﺔ ، اﻟﺸﻲء اﻟﺬي ﻳﺴﻤﺢ ﺑﺈﻥﺸﺎء ﻥﻤﻮذج ﻋﻨﺎﺻﺮ ﻣﻨﺘﻬﻴﺔ ﻟﺸﻔﺮة اﻟﻤﺮوﺡﺔ و اﺳﺘﻨﺘﺎج ﺗﻮاﺗﺮاﺗﻬﺎ وأﺵﻜﺎﻟﻬﺎ اﻟﻤﻤﻴﺰة . ﺡﻠﻠﻨﺎ ردود اﻟﻔﻌـﻞ اﻟﺘﻲ ﺗﺆﺙﺮ ﻓﻲ اﻟﻤﺤﻤﻞ وﻗﻤﻨﺎ ﺑﺤﺴﺎب ﺟﻤﻴﻊ اﻟﻄﺎﻗـﺎت و اﻷﻋﻤﺎل ﻟﻤﺨﺘﻠﻒ ﻋﻨﺎﺻﺮ اﻟﺪوار، آﻤﺎ ﻗﻤﻨـﺎ ﺑﺘﻄﻮﻳﺮ ﻥﻤﻮذج ﺑﺴﻴﻂ ﻟﺪر اﺳـﺔ اﻟﻈﻮاهﺮ اﻻهﺘﺰازﻳﺔ . ﻣﻦ أﺟﻞ دراﺳﺔ ﺗﺮآﻴﺒﺎت ﺡﻘﻴﻘﻴ ﺔ أﻥﺸﺄﻥﺎ ﻥﻤﻮذج ﻋﻨﺎﺻﺮ ﻣﻨﺘﻬﻴـﺔ، هذ ا اﻟﻨﻤﻮذج ﻳﺴﻤـﺢ ﺑﺎﺳﺘﺨﻼص اﻟﺘﻮاﺗﺮات اﻟﺨﺎﺻﺔ و اﻟﺘﺸﻮهﺎت اﻟﻤﻤﻴﺰة ﻟﻠﺪوار، وآﺬﻟﻚ ﺡﺴﺎب اﻹﺟﻬــﺎدات اﻟﺘﻲ ﺗﺆﺙﺮ ﻓﻲ اﻟﺒﻨﻴﺔ ﻟﻌﺪة أﺵﻜﺎل ﻣﻤﻴﺰة . إن دراﺳﺔ اﻟﺪوارات ﻓﻲ اﻟﻨﻈﺎم اﻟﻌﺎﺑﺮ وﻗﺘﻴﺎ، ﻳ ﺴﻤﺢ ﺑﺘﺤﺪﻳـﺪ ﺑﺎﺠﺘﺳ اﻹ ﺎت اﻻهﺘﺰاز ﻳﺔ اﻟﺘﻲ ﺗﺮﺟﻊ إﻟﻰ اﺥﺘﻼل اﻟﺘﻮازن و اﻟﺘﻨﺒﻴﻬﺎت . * اﻝﻜﻠﻤـﺎت اﻝﻤﻔﺘﺎﺣﻴـﺔ : دوار، دﻳﻨﺎﻣﻴﻜﻲ ، ﻋﻨﺎﺻﺮ ﻣﻨﺘﻬﻴﺔ، رﻗﻤﻲ ،ﻃﺎﺋﺮة ﻣﺮوﺡﻴﺔ،ﺡﺮآﺔ هﻮاﺋﻴﺔ . Résumé Cette étude concerne le comportement dynamique des rotors verticaux. L’objet principal de ces travaux de recherche est de mettre en œuvre un modèle permettant de simuler le comportement dynamique d’un rotor vertical. Une étude de l’aérodynamique des hélicoptères a été faite pour la détermination des charges aérodynamiques appliquées sur le rotor principal de l’hélicoptère. Ce qui a permis de développer un modèle d’éléments finis de la pale et d’en déduire leurs fréquences et modes propres. L’analyse des réactions agissant sur les paliers a été faite. Les calculs des différentes énergies et des travaux virtuels des différents éléments du rotor ont été développés. Un modèle simple a été défini afin d’étudier les phénomènes vibratoires. Pour traiter des systèmes réels, un modèle d’éléments finis a été développé. Ce modèle permet d’extraire les fréquences propres et les déformés modales du rotor, et de calculer les contraintes agissant sur la structure pour les différents modes propres. L’étude des rotors en régime transitoire permet de déterminer les réponses vibratoires dues aux balourds et aux différentes excitations. Mots clés : Rotor, dynamique, éléments finis, numérique, hélicoptère, aérodynamique. Abstract This study concerned the dynamic behavior of the vertical rotors. The main objective of these research tasks is to implement a model to make it possible to simulate the dynamic behaviour of a vertical rotor. A study of the aerodynamics of the helicopters was made through the determination of the aerodynamic loads applied to the main rotor of helicopter which allows to develop a finite element model of the blade and to extract their frequencies and eigen modes. The analysis of the reactions which operates the bearing is done. Calculations of different energies and virtual work from the various elements of the rotor are developed. A simple model was defined in order to study the vibratory phenomena. To treat real systems a model of finite element was developed. This model makes it possible to extract the eigen frequencies and modal deformed of the rotor, and to calculate the stresses which act on the structure for the various eigen modes. The study of the rotor in transient system allowed to determine the vibratory responses due to the unbalances and various excitations. Key words: Rotor, dynamics, finite element, numerical, helicopter, aerodynamics. Nomenclature IV NOMENCLATURE G a Accélération linéaire A,B réactions aux paliers c Amortissement C centre de masse [ ] C Matrice d’amortissement X C Le coefficient de traînée zm C Le coefficient moyen de portance d Distance de balourd du centre géométrique de l’arbre H D La traînée E Module d’élasticité e Excentrement i f Fréquence propre ( ) y f Fonction de forme F Force unitaire N F La poussée I Moment d’inertie P I Moment d’inertie polaire a I Moment d’inertie transverse de l’arbre j i, Nombres complexes a J Moment d’inertie polaire de l’arbre [ ] P J Tenseur d’inertie 0 K Moment cinétique [ ] K Matrice de rigidité [ ] P K Matrice de rigidité de palier k Rigidité L Longueur H L La portance M Masse M r Moment des forces Z M Moment s M Moment statique de la pale a m Masse de l’arbre d m Masse de disque b m Masse de balourd ) (y Ni Fonction de forme N Vitesse de rotation r P La puissance Q Quantité de mouvement Q Débit massique { } i q Cordonnées généralisés Nomenclature V q et q q & & & , Vecteur accélération, vitesse et déplacements ) , , ( z y x R Repère tournant ) , , ( 0 Z Y X R Repère fixe H R La force résultante S Surface a S Section de l’arbre T Énergie cinétique uploads/Geographie/ chellil-ahmed-1.pdf