Modèle dynamique d’un module épicycloïdal d’hélicoptère pour la surveillance de défauts : proposition d’un cadre de modélisation

L’étude du comportement vibratoire des ensembles de transmissions est un sujet de première importance pour l’industrie aéronautique, visant notamment à détecter des avaries ou bien des défauts au sein de systèmes considérés comme critiques. La dynamique des engrenages et des roulements en présence de défauts sont des sujets très largement étudiés dans la littérature. Des modèles de complexités grandissantes ont été proposés pour la plupart des sous-systèmes composant les boîtes de transmission de puissance. Les approches plus générales considérant des systèmes complets associant engrenages et roulements restent néanmoins rares. Les présents travaux de thèse s’intéressent à la modélisation du comportement vibratoire d’un module épicycloïdal de Boîte de Transmission Principale d’hélicoptère, en présence de défauts de type fissure propageant dans une jante d’engrenage. Ces défauts, propres aux engrenages à pistes de roulement intégrés présents dans les boites de transmission d’hélicoptères, se situent à l’interface entre les engrenages et les roulements et ne sont pas considérés dans la littérature. Un cadre de modélisation est proposé afin de coupler des modèles hétérogènes de train épicycloïdal, de roulements, de couronne flexible et de défauts en un modèle global. L’objectif du cadre est d’aboutir à un modèle modulaire et évolutif de comportement dynamique d’un module épicycloïdal complet en présence de la fissure. La finalité de la démarche consiste en l’identification et la détection de la signature vibratoire du défaut sur un signal, mesuré en repère fixe par un accéléromètre à l’extérieur de la BTP. Des modèles analytiques de train épicycloïdal à différents niveaux de complexité sont mis en place ; un modèle de roulement à rouleaux sphériques est adapté de la littérature pour correspondre au sous-système roulement à piste intégrée ; et des défauts d’écaillage et de fissure sont modélisés à partir de méthodes analytiques et aux éléments finis. Des fonctions de transfert issues de modèles et d’essais sont proposées pour transformer les résultats prédits en repère tournant vers le repère fixe de l’accéléromètre. Les différentes briques de modélisation sont enfin assemblées à travers le cadre proposé suivant plusieurs configurations, offrant différents compromis entre temps de calcul et fidélité des résultats. L’introduction du défaut au sein du modèle permet finalement d’identifier sa signature vibratoire au sein du spectre des vibrations.