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Conception et mise en oeuvre d'un système d'actionneurs AMF répartis pour le contrôle de forme électroactif de voilures aéronautiques

Duval, Jérôme (2005) Conception et mise en oeuvre d'un système d'actionneurs AMF répartis pour le contrôle de forme électroactif de voilures aéronautiques. (Study and design of a distributed SMA actuators system aiming at electroactive airfoil shape control.)

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Abstract

En vue de l'amélioration des performances aérodynamiques dans le domaine aéronautique, le contrôle de forme de surfaces portantes peut s'avérer être une solution pertinente. Le présent mémoire vise plus particulièrement à définir une structure d'actionneur visant au contrôle d'une voilure en dévrillage. Par ailleurs, l'émergence des matériaux électroactifs ouvre de nouvelles perspectives pour la conception de fonctions d'actionneurs répartis. Ce travail exploite donc le potentiel d'une certaine classe de matériaux électroactifs : les Alliages à Mémoire de Forme (AMF). Dans un premier temps, l'étude détaille les différentes classes de matériaux actifs disponibles, ainsi que les applications aéronautiques dans lesquelles ces matériaux ont pu être mis à profit. Cette pré-étude démontre l'intérêt des AMF pour la réalisation de la fonction de dévrillage. Puis le mémoire précise la nature de l'effet de mémoire de forme, et en propose une modélisation. Un démonstrateur d'actionneur AMF linéaire réalisé au laboratoire est présenté qui démontre la faisabilité d'une cellule motrice à grands efforts et grandes déformations. Par ailleurs, une étude d'une structure de voilure réaliste permet de préciser le cahier des charges de la fonction de dévrillage. En déterminant les efforts et déplacements requis, il est possible de choisir la structure la plus pertinente et d'établir un bilan de l'actionnement. Ce bilan donne la masse et l'énergie requises par la fonction visée. Enfin, la confrontation de l'étude mécanique à la modélisation qui a été faite d'un actionneur à mémoire de forme permet d'affiner le bilan énergétique de la structure d'actionnement retenue. La validité du concept est démontrée à une échelle réduite par l'implantation de fils AMF sur une structure en caisson rigide. ABSTRACT : So as to improve the aerodynamic aircraft's behaviour, active shape control of airfoils is a solution of great interest. This report presents an actuator structure aiming at global wing-twist control. The electroactive materials oer new oppportunities in the design of distributed actuators' structures. In this context, the study investigates the performances of a specific material's category : the Shape Memory Alloys (SMA). Firstly, an overview of the available electroactive materials, and the related aeronautic applications, is presented. This preliminary study reveals the interest of SMA for wing twist control. Then, the shape memory effect is described and modelised. A laboratory-made SMA linear actuator is presented, which tends to establish the feasibility of a great stress / deformations actuated structure. Moreover, based on a detailed study of a realistic wing structure, the requirements of a significant wing-twist actuation may be precised. According to the calculated stress and strains, the most relevant structure may be given, as well as the energy and mass required at wing scale. Finally, based on both the mechanical study and the shape memory effect model, the needs of the global active wing structure may be estimated. The relevance of the actuation concept is demonstrated at small scale, thanks to the integration of SMA wires on a wing-box like structure.

Department:Laboratoire d'Electrotechnique et d'Electronique Industrielle - LEEI (Toulouse, France)
Directeur de thèse:Nogarède, Bertrand
Uncontrolled Keywords:Alliages à mémoire de forme – Matériaux électroactifs – Contrôle de forme – Actionneurs électromécaniques répartis. KEYWORDS : Shape memory alloys – Electroactive materials – Shape control – Distributed electro-mechanical actuators
Subjects:Electrical engineering
Deposited On:13 March 2007

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