Cinématique d'un lève-barrière · Web viewSouhaitant déterminer l'effort "Fr" nécessaire au vérin pour replier le train dans la carlingue, "ajouter" un effort de type , entre

Viabilisation de modèles

/ train d'atterrissage d'avion

edc_ts_train_atterrisasge_viabilisation_modeles.doc / page 1 sur 11


Configuration de l'activité

e mode évaluation

t réalisable en 3 heures

programmable en milieu d'année de terminale S-Si

pré requis :

notions caractérisant les liaisons mécaniques entre solidesquelques séances d'utilisation des progiciels solidworks et meca3d

matériel nécessaire :

- poste informatique équipé des progiciels solidworks et meca3d- fichiers "train_atterrissage_cinematique.sldasm",

"train_atterrissage_sans_compression.sldasm", "train_atterrissage_dynamique.sldasm" et les fichiers des sous-assemblages et composants correspondants

documentation (autre que ce dossier) :

- documentations solidworks et meca3d

sans document réponse

capacités expérimentales mises en œuvre :

analyser le système (A2)identifier et caractériser les grandeurs agissant sur un système (B1)proposer ou justifier un modèle (B2)résoudre et simuler (B3)valider un modèle (B4)justifier le choix d'un protocole expérimental (C1)

mise en situation :

cette étude de cas passe par l'utilisation de différents modèles, cinématique et dynamique notamment, avec pour objectifs le respect de certains paramètres du cahier des charges, une approche des notions de "résistance des matériaux" et une découverte de ce que l'on appelle le biomimétisme.


organes de rétraction

moteur de direction (orientation des roues)

suspension et amortisseur (logés dans le fût)

vérin (assurant la manœuvre du train)

non pris en compte dans l'étude

Travail demandé

I – Présentation

Hormis les dirigeables et les montgolfières (qui décollent verticalement), les planeurs (qui décollent tractés par un câble motorisé), les avions nécessitent généralement trois trains de roues pour assurer leur décollage et leur atterrissage.Pour des questions d'économie d'énergie et par biomimétisme (voir annexe), on est passé du train de roues fixe au train repliable. Toujours pour des questions d'économie d'énergie, constatant que le train replié prenait énormément de place dans le volume initial de l'avion, on a imaginé (et produit) quelques aménagements à cette belle invention, la rétraction par exemple.Les trois trains sont équipés de suspension, d'amortisseur et de freins. Le train avant est équipé d'un organe moteur supplémentaire permettant d'orienter les roues (trajectoires circulaires au sol). Ces équipements ne sont pas pris en compte dans l'étude qui suit, celle-ci se limitant à la phase de rentrée du train.

I – Modèle cinématique

Manipulation 1 – Configuration du modèle cinématique

Lancer solidworks et ouvrir l'assemblage "train_atterrissage_cinematique.sldasm".

L'assemblage solidworks du mécanisme est terminé, il a été réalisé en définissant des contraintes d'assemblage entre classes d'équivalence.

A l'aide du module meca3d , dans le cadre d'une "étude cinématique, saisir les données qui suivent et lancer la simulation correspondante :

V tige/corps de vérin = 0,08 m/stemps de rentrée du train tr = 6,52 s100 positions de calcul


ets = ...

Manipulation 2 – Exploitation du modèle cinématique

Vérifier que le "fût" arrive en butée (pièce prévue à cet effet dans la "carlingue") en fin de phase.Constater le logement intégral du train dans la carlingue.

Afficher (et imprimer) une courbe indiquant la course "Cv" du vérin provoquant la rentrée du train. Cv = ...

Mesurer l'entr'axe "e" entre l'axe de rotation du fût et l'axe de rotation de la roue :en position "train sorti" (ets = ... ) et en position "train rentré" (etr = ... ).

Lancer de nouveau l'animation de la simulation en cachant le fût, de manière à comprendre le phénomène de "compression" mesuré précédemment.

Afficher (et imprimer) une courbe permettant de retrouver la différence "ets - etr".Enregistrer et fermer l'assemblage exploité.

Manipulation 3 – Variante du modèle cinématique

Ouvrir l'assemblage "train_atterrissage_sans_compression.sldasm" (il s'agit d'une copie de l'assemblage précédent).

A l'aide du modeleur volumique et/ou du module meca3d, en modifiant par conséquent le modèle utilisé, provoquer (en justifiant) une rentrée de train sans phénomène de "compression".Enregistrer et fermer l'assemblage modifié.


remarque : cette étude de cas s'avérant plutôt longue, cette question (manipulation 3) peut être laissée de côté

OG

Ad1

Pf

Fr

d2

II – Modèle dynamique

Manipulation 4 – Configuration du modèle dynamique

Ouvrir l'assemblage "train_atterrissage_dynamique.sldasm" (il s'agit d'une copie du modèle cinématique, avec "compression" ... et avec prise en compte de la gravité des pièces).

Souhaitant déterminer l'effort "Fr" nécessaire au vérin pour replier le train dans la carlingue, "ajouter" un effort

de type , entre corps et tige de vérin, en utilisant les "points d'ancrage" spécifiés dans l'arbre de création de chacune de ces deux pièces.

Configurer le modèle dynamique comme précédemment en optant cette fois-ci pour une "étude dynamique".

Lancer la simulation afin de vérifier le bon comportement du modèle.

Manipulation 5 – Exploitation du modèle dynamique

Afficher (et imprimer) une courbe montrant l'évolution de l'effort "Fr" durant la phase de rentrée du train.Fr max = ...

En déduire la pression "Pa" d'alimentation du vérin correspondante (en Pa puis en bar).

A l'aide des éléments suivants, en isolant le fût, et en appliquant le théorème du moment statique ... du principe fondamental de la statique, justifier la valeur élevée de l'effort "Fr" :

Remarque : d1 représente la distance du point O (centre de la liaison pivot entre carlingue et fût) l'axe du vérin et d2 la distance entre ce même point O et le centre de gravité G des pièces les plus massives (de poids P f).


F1 = 5470 N

F2 = 10746 N

III – Résistance des matériaux

Manipulation 6 – Isolement du levier

Souhaitant vérifier le bon comportement du "levier" sous charge, il faut dans un premier temps relever les valeurs des efforts le sollicitant.

Pour se faire, sélectionner la pièce "levier" dans la liste des "pièces" de l'arbre meca3d et d'un clic droit, demander son "isolement".

Faire évoluer la "position du mécanisme" de manière à rechercher la configuration la plus sollicitante ...On retiendra la position 60 affichant les résultats suivants :

Enregistrer et fermer l'assemblage utilisé.


Manipulation 7 – Simulation "Xpress"

Ouvrir le fichier "levier_titane_pour_analyse_xpress.sldprt".

Lancer l'assistant d'analyse ... de l'onglet "évaluer".

... afin de lier la pièce à un référentiel fixe.Sélectionner alors les 2 cylindres assurant la liaison pivot entre le levier et le fût :

Valider cette sélection.

... ou plutôt 2, normales au "plan 4", de norme 5373 N chacune ...


Recommencer l'opération à l'extrémité du grand bras de levier, pour créer 2 forces supplémentaires, toujours normales au "plan 4", de norme ...

... on conserve le matériau déclaré (un alliage de titane souvent utilisé en aéronautique)

... cette contrainte définit une limite entre état élastique d'une pièce sollicitée (la pièce retrouve ses dimensions initiales après annulation de la charge) et état plastique ... (la pièce garde des "séquelles" d'une sollicitation après annulation de la charge) !Le levier semble-t-il respecter cette contrainte ?

Si l'on tolère un "déplacement" (autrement dit une déformation sous charge) maximal de 2,5 mm, le levier semble-t-il respecter cette contrainte ?

Le coefficient de sécurité, comme le nom l'indique, offre une marge de sécurité sur la "résistance" de la pièce, on "surdimensionne" la pièce sollicitée pour qu'elle résiste "de toute manière", tenant compte de l'imprécision du modèle exploité et du domaine d'utilisation de la pièce analysée.Attention, augmenter les dimensions d'une pièce pour qu'elle résiste n'est pas gênant dans le domaine des engins de travaux publics, ... c'est plus gênant dans le domaine de l'aéronautique, les avions deviennent plus lourds ... !

Si l'on tolère un coefficient de sécurité minimal égal à 1,5 dans le domaine de l'aéronautique, le levier semble-t-il fiable pour équiper le train d'atterrissage analysé ?

Reproduire et compléter alors le tableau suivant pour ce qui est du levier en alliage de titane :

matériau masse du levier (kg) critère "Von Mises" déformation (mm) coeff. de sécurité minimal

alliage de titane

acier allié

alliage d'aluminium

Réitérer l'analyse pour les deux autres matériaux proposés (autres fichiers), et compléter le tableau.Conclusion ?

A quelle(s) sollicitation(s) le levier est-il soumis : traction, compression, cisaillement, torsion, flexion ?


annexe : le biomimétisme

Définition :

Démarche consistant à reproduire artificiellement des propriétés essentielles d'un ou plusieurs systèmes biologiques

Applications :

milieu biologique milieu artificiel commentaires

structure en nid d'abeille très résistante utilisée notamment dans la fabrication de panneaux de portes

le radar, inventé par la chauve-souris !

copies conformes des ailes d'oiseaux, vues de dessus, de profil ou aux extrémités (les winglets pour limiter les turbulences ... )

le profil aérodynamique du fou de Bassan ... adopté pour les TGV japonais !

la haute résistance de l'œuf debout (structure en ogive) appliquée au ... "cornichon" !

écureuil volant et ... wingsuit !

la soie d'araignée, dotée d'un rapport résistance/densité sans égal (plus résistante que le kevlar, que l'acier ... ) !

l'adhérence du gecko ... au service du "stickybot" !

quelques trains d'atterrissage bien discrets ...


c'est bien lui le champion ... !

- profils aérodynamiques- aérofreins- winglets aux extrémités des ailes- train d'atterrissage en cours de sortie- soute à bagages incorporée dans le bec ... !


Documents

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