Soutenance de thèse de Delphine SYSAYKEO

Sur l’hélicoptère, les éléments assurant les fonctions de propulsion et de sustentation sont considérés comme critiques. La défaillance de ces pièces pourrait entrainer la chute de l’appareil. Leur dimensionnement doit permettre la sécurité des passagers tout en réduisant la masse du système pour une meilleure performance. Or, il a été constaté que la fiabilité des ensembles mécaniques est limitée par la fiabilité de ses liaisons. Pour répondre aux attentes du client, Airbus Helicopters n’a cessé d’améliorer ses systèmes mécaniques. Cependant, les technologies utilisées pour réaliser ces liaisons sont similaires. Les principes de conception de ces liaisons ne changent pas depuis des dizaines d’années, il n’y a pas de rupture de conception. Afin d’améliorer les liaisons mécaniques, les industriels ont l’habitude de réduire les tolérances et d’augmenter les qualités mécaniques des matériaux. Pourtant, les formes géométriques des surfaces en contact ont aussi un rôle prépondérant vis-à-vis de leurs performances. Face aux défis que doivent relever les ingénieurs pour résoudre les problèmes techniques, la bio-inspiration est devenue un nouvel outil. La nature a généré des solutions optimisées puisqu’elle a dû s’adapter à son environnement depuis des milliards d’années. Afin de créer une rupture en conception, nous nous proposons d’appuyer les travaux de cette thèse sur de la conception mécanique bio-inspirée . Les travaux de ce doctorat s’inscrivent dans un programme de recherche qui vise à contribuer à la conception et la validation d’une liaison mécanique bio-inspirée appliquée aux systèmes dynamiques de l’hélicoptère. Au cours de ce manuscrit, nous proposerons une méthodologie pour développer une nouvelle liaison bio-inspirée du coude d’un quadrupède dorso rigide. Ce palier bio-inspiré pourrait remplacer, dans le futur, les paliers lisses des systèmes dynamiques de l’hélicoptère. La méthode commencera par l’analyse des surfaces de contact de la liaison biologique afin de s’en inspirer pour créer un nouveau palier. Cette liaison sera optimisée, premièrement, en sélectionnant la meilleure topologie de jeu entre l’arbre et l’alésage. Puis, la deuxième optimisation s’effectuera via des plans d’expériences sur des paramètres géométrique de conception. Pour comparer les performances des différentes conceptions de palier, des simulations par éléments finis seront réalisées afin d’évaluer les pressions de contact maximum . Dans une deuxième partie du manuscrit, les travaux se pencheront sur l’évaluation de l’usure sur le palier lisse classique cylindre/cylindre et le palier bio-inspiré développé lors de cette thèse. Pour se faire, une méthodologie employant les éléments finis et la loi Archard sera utilisée. En particulier, la détermination du coefficient d'usure obtenue par des tests expérimentaux sera détaillée. Les simulations d'usure permettront d’obtenir les valeurs de pression de contact, les zones de contact et les profondeurs d'usure pour chaque palier afin de les comparer.

On the helicopter, the elements providing the propulsion and lift functions are considered critical since each component is necessary for the proper functioning of the helicopter. The failure of these parts could cause the fall of the aircraft. The sizing of these parts must ensure the safety of the passengers while reducing the mass of the system as much as possible to increase performance. It is noticed in industry that the reliability of the mechanical assemblies is limited by the reliability of its mechanical links. To meet customer expectations, Airbus Helicopters has continuously improved its mechanical systems. However, the technologies used to make the mechanical links remain the same. The design principles of these links have not changed for decades, there is no design break. In order to improve mechanical links, designer are used to reducing tolerances and increasing the mechanical properties of materials. However, the geometric shapes of the surfaces in contact also have a preponderant role with regard to their performance. Faced with the challenges that encounter engineers, bio-inspiration has become a new tool that has proven to be very powerful. Nature has generated optimized solutions since it had to adapt to its environment for billions of years. In order to create a design break, we suggest supporting the work of this thesis with bio-inspired methodology. The work of this thesis is a research program that aims to contribute to the design and validation of a bio-inspired mechanical bearing applicable to the dynamic systems of the helicopter. In this manuscript, we provide a methodology to develop a new bearing inspired from elbow of a rigid dorso quadruped. This bio-inspired bearing could replace the bush bearings in the helicopter's dynamic systems. The method will start with the analysis of the contact surfaces of the biological joint in order to create a new bio-inspired bearing. This bearing will be optimized first by selecting the best clearance specification, localized between the shaft and the outer ring. Then designs of experiments will be carry out on the geometric design parameters. To compare the performance of different bearing designs, finite element simulations will be achieved to evaluate the maximum contact pressures. In a second part, the manuscript will focus on the wear estimation on the classic bush bearing and the bio-inspired bearing. To achieve that, a methodology using finite elements and the Archard law will be used. In particular, the determination of the wear coefficient will be obtained by experimental tests. Wear simulations will provide the contact pressure values, the contact zones and the wear depths for each bearing in order to compare them.