TUDE D’UN TRAIN D’ATTERRISSAGE AVANT PrsentationNous proposons d’tudier dans ce sujet un train d’atterrissage avant d’avions civils conu et fabriqu par la socit Messier-Dowty. Messier-Dowty, socit du Groupe SAFRAN, est le leader mondial de la conception et de la fabrication des systmes de trains d’atterrissage. Les atterrisseurs Messier-Dowty quipent environ 20.000 appareils et ralisent plus de 35.000 atterrissages chaque jour. La socit fournit tout ou partie des atterrisseurs d’avions tels que l’A380, l’A350 XWB, le 787 Dreamliner, le Falcon 7x, etc. L'tude propose porte sur deux des phases de vie du train d’atterrissage avant : la phase de vol et la phase de roulage au sol. La premire fonction de service (FS1) qui intresse ce sujet apparat lors de la phase de vol.
Avion
Milieu ext.
FS1 Train d'atterrissageavantFS1 : limiter les perturbations sur le vol de l'avion Figure 1 : Graphe des fonctions de services durant la phase de vol
Cette fonction a conduit au choix d'un train rtractable et l'utilisation de 4 trappes. Il existe donc 4 sous-phases, qui sont : - train rentr (toutes les trappes sont fermes); - train en dploiement (toutes les trappes sont ouvertes); - train en repliement (toutes les trappes sont ouvertes); - train sorti (seules les 2 trappes arrire sont ouvertes, les trappes avant tant fermes toujours pour limiter les effets arodynamiques (voirdocument ressource II)).
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Milieu ext.
Lors de la phase de roulage au sol, 2 autres fonctions de service (FS2 et FS3) sont à retenir.
FS2 : permettre de guider l'avant de avion par rapport au sol FS3 : amortir les irrgularits du sol transmises à l'avion Figure 2 : Graphe des fonctions de services durant la phase de roulage au sol
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L'tude est compose de 5 parties largement indpendantes. La premire partie vous propose d’tudier la commande des cycles de rentre et de sortie du train d’atterrissage pendant la phase de vol (FS1). La deuxime partie s’intresse au mcanisme d’ouverture, de fermeture et de verrouillage du train (FS1). Dans la troisime partie, nous tudions la pice principale du train, « le caisson », d’un point de vue conception et fabrication (FS1, FS2 et FS3). La quatrime partie porte sur le mcanisme de transmission de la direction aux deux roues pour diriger l’avion au sol, d’un point de vue comportement sous charge (FS2). Enfin la cinquime partie vous propose de concevoir la transmission du mouvement d'orientation des deux roues pour diriger l’avion au sol, le compas (FS2).
Figure 3 : sortie des trains d’atterrissage sur l’A380
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I. Etude des phases de rentre et de sortie du train d’atterrissage Dans cette partie, on s’intresse aux phases de sortie et de rentre du train d’atterrissage (FS1) du point de vue de la partie commande (document ressource I). Un cycle de sortie ou de rentre du train d’atterrissage s’effectue sur commande du pilote. Le train avant dispose de deux trappes avant et deux trappes arrire qui s’ouvrent pour laisser passer le train d’atterrissaged(ocument ressource II). Lorsque les trappes sont ouvertes, le crochet de dverrouillage du train est actionn ce qui autorise la sortie du vrin de dploiement du train. Une fois le train dploy, le verrouillage de la contre fiche se fait automatiquement par un systme mcanique. Les trappes avant sont refermes pour diminuer les perturbations arodynamiques. Lors de la phase de rentre, un vrin assure le dverrouillage de la contrefiche puis la rentre du vrin de dploiement s’effectue. Le train est verrouill en position rentre par un systme mcanique et les trappes se referment terminant le cycle de rentre du train. Deux informations train rentr (ITR) et train sorti (ITS) permettent d’informer le pilote sur l’tat du train. On propose dans cette question de construire deux grafcets, un premier pour la sortie du train et un second pour la rentre du train. I.1 :pour chaque phase de fonctionnement l’tat initial du systme ainsi que les Donnez deux quations logiques correspondant aux conditions initiales d’autorisation des phases. On appelleracistla condition initiale de sortie etcirtla condition initiale de rentre. I.2 : A partir de l’inventaire des entres/sorties donnes dans ledocument ressource II, tablir les deux grafcets de sortie et de rentre du train. I.3 :ne se dverrouille pas. Dans ceLors de la phase de sortie, il peut arriver que le crochet cas une alarme est dclenche au poste de pilotage au bout de 10s. Lorsque le pilote a acquitt cette alarme, les trappes se referment et le systme se retrouve en position initiale. Modifiez les grafcets prcdents pour prendre en compte ce comportement.
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II. Etude du systme II-A. Etude prliminaire du systme Le schma de principe relatif au train avant est donn sur ledocument ressource III. Le caisson (S1) est en liaison pivot avec le fuselage (S0) de l'appareil permettant le dploiement du train. En position sortie, la rotation du tube tournant (S2) par rapport au caisson doit permettre l'orientation des roues pour la direction de l'appareil lors des manœuvres au sol. La commande de cette rotation est ralise par une crmaillre agissant sur un secteur dent du tube tournant (document ressource IV). Ce dispositif de commande n'est pas reprsent sur ledocument ressource III ne sera pas pris en considration dans toute et la partieII. Afin d'assurer la suspension du train avant, les roues sont montes sur la tige coulissante (S3) en liaison pivot glissant avec le tube tournant. Le compas compos des 2 pices principales, le compas suprieur (S4) et le compas infrieur (S5), permet alors de transmettre le mouvement de rotation du tube tournant à la tige coulissante en laissant libre le mouvement de translation. Une contrefiche compose des 2 bras (S6 () etS7) sert à reprendre les efforts exercs sur le train et à le maintenir dploy. Elle est quipe d'un dispositif de verrouillage empchant son repli involontaire. II-A.1Effectuez le graphe des liaisons de cette modlisation.II-A.2Donnez le degr d'hyperstatisme pour le sous-ensemble {(S0);(S1);(S6);(S7)}.II-A.3Donnez le degr d'hyperstatisme de l'ensemble. II-A.4 avec les symboles normaliss des liaisons le Compltezdocument rponse 1 afin d'obtenir un modle isostatique en modifiant uniquement les liaisons suivantes : - la liaison entre le compas suprieur et le compas infrieur; - la liaison entre la contrefiche infrieure et le caisson; - la liaison entre la contrefiche suprieure et la contrefiche infrieure. Vous justifierez l'isostatisme du schma obtenu sur le document rponse.
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II-B. Etude graphique de la rentre du train Le corps du vrin hydraulique de commande du train est articul en J sur le fuselage de l'appareil et sa tige est articule en I au caisson (voir document rponse 2). La phase de rentre du train correspond à la sortie de la tige du vrin. La disposition du vrin permet une tude plane de la cinmatique du train et on supposera pour celle-ci une vitesse de sortie de la tige par rapport au corps du vrin de 10 mm/s. II-B.1 Sur .ce mme document, reprsentez avec l'chelle indique la vitesse Vous indiquerez clairement les constructions graphiques ralises. II-B.2En dduire la reprsentation graphique de
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et indiquez la valeur de sa norme.
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III. Etude du caisson La ralisation technique des fonctions tudies FS1, FS2 et FS3 s’appuie sur une pice principale du train d’atterrissage appele « le caisson ». On tudie dans cette partie le procd de fabrication du caisson et en particulier l’obtention du brut ainsi que l’analyse et le rglage du porte-pice ddi la ralisation de certaines oprations d’usinage. à III-A. Cotation On propose d’tudier certaines spcifications dimensionnelles et gomtriques du dessin de dfinition du caisson (document ressource V). III.A.1 :Sur votre copie, interprtez la spcification dimensionnelle suivante : III.A.2 :Sur lesdocuments rponses 3, 4 et 5,interprtez les spcifications gomtriques suivantes :
III-B. Matriaux et obtention du brut III-B.1 :Donnez la signification du matriau dsign par : Al Zn 6 Mg Cu. La pice brute dans laquelle est usin le caisson est obtenue par forgeage. La pice brute est reprsente sur ledocument ressource VI. III-B.2 :le principe du procd d’obtention de cette pice brute par forgeage. VousExpliquez pourrez illustrer vos propos par un dessin. III-B.3 :trois autres couples de matriaux / procds envisageables pour cetteProposez application. Pour chaque couple propos, vous indiquerez les avantages et les inconvnients dans un tableau. Justifiez alors le choix du couple matriau / procd retenu par le constructeur.
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III-C Usinage du caisson L’usinagedu caisson est ralis au moyen de plusieurs phases d’usinage. La premire phase est une phase de fraisage sur une fraiseuse 4 axes. La pice est mise et maintenue en position au moyen d’un porte-pice spcifique rigide. La modlisation de la mise en position de la pice est propose sur ledocument ressource VII. III-C.1l’aide d’un outil de reprsentation graphique, tablir les fonctions de serviceA (fonctions principales et fonctions contraintes) à raliser par un porte-pice dans sa phase d’utilisation sur la machine pendant l’usinage.
III-C.2Proposez une modlisation des liaisons entre la pice et le porte-pice dudumocnet ressource VII. Justifiez votre rponse. ? mise en position propose est-elle isostatique La Pourquoi devrait-elle l’tre ? III-C.3fixe sur le porte-pice, quels dfauts dus à la pice ou au porte-piceUne fois peuvent provoquer des variations de position et d’orientation de la pice dans la machine? La ralisation technologique du porte-pice conduit à six appuis ponctuels raliss par des supports sphriques (document ressource VII). SoitR le repre (Op, X, Y, Z) associ au montage. Les points de contact Mi i = 1, …, 6) entre la pice et le porte-pice sont (avec dfinis par leurs coordonnes (iyx,i, zi chaque appui par (n à) et les normales de contactxi, nyi, nzitairfpas).’dpaniteop,lL-etrioppuen'ecpipatantiMdu porte-pice se dplace d’une valeur (figure 4).
DMni i Pice
Mi
Support i Figure 4 : modlisation du contact support i / pice
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III-C.4 : nuisible au positionnement de la pice dansQuelle composante du vecteur est le porte-pice et pourquoi? On appelleicette composante. On propose de modliser les dfauts de mise en position de la pice au moyen d’un torseur de « petits dplacements!»exprim au point Op de la manire suivante :
III-C.5 : Lechamp de dplacements trs petits tant un champ de moment de torseur, exprimez la composanteidu petit dplacement engendr par un « petit dplacement » , modlis par!au point Op. III-C.6 :En dduire l’expression du torseur"iau point Op (appel torseur des coordonnes plückriennes de ) tel que le co-moment de!et"iest gal ài. III-C.7 :A partir des cartsià mesurer tridimensionnelle et donns ci-valus sur machine dessous, des coordonnes des points et des normales de contact dans le repreR, donnes sur ledocument ressource VII, crire le systme linaire permettant le calcul des cartsien fonction des inconnues (#, %, &,u, v, w) du torseur des petits dplacements!exprim au point Op sous forme numrique. Il n’est pas demand de rsoudre le systme linaire rsultant.1= 0.2mm ;2= 0.25 mm ;3= 0 mm ;4= 0 mm ;5= 0.15 mm ;6= 0 mm Aprs rsolution, on trouve : # =0,00069 ;% =0,00013 ;& =0,00027 ;u = -0,0447 mm ; v = -0,018 mm ; w = 0,1257 mm
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On s’intresse plus particulirement à l’usinage des deux alsa d’axes H et J. III-C.8 :les deux entits sont ralises de la mme manire. On vousOn fait l’hypothse que demande de dtailler les oprations d’usinage ncessaires à l’obtention de l’entit d’axe J en fraisage en compltant le contrat de phase dudocument rponse 6. Vous indiquerez en particulier : 'croquis de la gomtrie des outils utiliss et les les Dans : la partie haute (dessin) trajectoires d’usinage de chacun des outils. ' Dans la partie basse (tableau) : la dsignation des oprations, les outils utiliss (nom et matriau de l’outil) et l’ordre de grandeur des conditions de coupe pour chaque outil.Vos choix devront intgrer la gomtrie des formes à usiner et les tolrances à respecter.III-C.9 :À partir des valeurs du torseur des petits dplacements calcules prcdemment, calculez la position effective des points H1(0, 230, 0) et J1(0, -230, 0), centre des sections droites extrmes extrieures des alsages H et J. III-C.10 :On prcise que les deux cylindres sont usins selon la direction z de la machine.
La spcification de rectitud est elle respecte ? Justifiez votre rponse. Quels sont alors les dfauts engendrs au niveau des deux alsages d’axes H et J ? III-C. 11 :à main leve sur votre copie une solution technique permettant de rglerDessinez la hauteur des appuis ponctuels compatible avec l’ordre de grandeur des cartsimesurs.