L'excitateur multiaxial de l'Equipex PHARE (Plate-forme macHines tournantes pour la mAîtrise des Risques Environnementaux, ANR-10-EQPX-0043) est présenté à travers 3 recherches expérimentales que ce matériel a rendues possibles. Installé à INSA Lyon, l'excitateur 6-axes possède de grandes capacités. Avec une force dynamique de 62 kN sur la gamme de fréquence 0-250 Hz et des débattements pouvant atteindre +/- 5 cm en translation et +/-5° en rotation, l'excitateur peut embarquer une masse de 450kg. Son objectif principal est de tester l'intégrité de structures sollicitées par la base.

Les excitations par la base influent sur la stabilité des machines tournantes. Leurs accélérations, en s'opposant à la gravité, modifient les forces de restitution des paliers hydrodynamiques. Leurs fréquences enrichissent l'environnement vibratoire, et peuvent dérègler le fonctionnement des paliers magnétiques actifs. Leurs rotations conduisent à des instabilités latérales des lignes d'arbre car les dotent de coefficients périodiques. Enfin, leurs niveaux d'amplitude fragilisent la robustesse de la chaine Observabilité – Algorithmie – Actionnement des machines et des structures intelligentes.

L'excitateur 6-axes de grandes capacités est ici mis en valeur grâce à trois applications expérimentales liées principalement aux domaines du transport aéronautique et de l'énergie.

(i) Absorbeur de vibration hybride d'hélicoptère. Cette recherche montre l'évolution d'un système passif de contrôle des vibrations développé par Airbus Helicopters (un DVA de 10kg à amortissement interne réglable) en un système hybride. L'hybridation associe une boucle active de rétroaction directement sur l'absorbeur passif afin d'assurer performances et stabilités (systèmes dit « fail-safe »). Le transducteur électromagnétique et les lois de contrôle spécifiquement développés ont pu être testés et validés expérimentalement à l'échelle 1 sur l'excitateur 6-axes avant son opérationnalité sur un hélicoptère.

(ii) Dynamique non linéaire de rotors embarqués montés sur paliers magnétiques actifs (PMA). L'objectif du projet est d'étudier le comportement d'un rotor lors d'une phase transitoire faisant intervenir des contacts non linéaires rotor / stator au niveau des paliers atterrisseurs, alors que le contrôle des paliers magnétiques reste actif, afin d'évaluer la stabilité du système. La cause première de l'initiation d'un contact rotor / stator était un mouvement brutal de la base. Les applications ciblées par l'entreprise BHGE sont les machines tournantes embarquées de type FPSO, ou soumises aux séismes. Plusieurs type d'excitations ont été appliquées (chocs, harmonique, sismique) sur un rotor embarqué directement sur l'excitateur. En parallèle, un modèle de comportement a été développé, la phase expérimentale a permis de le valider.
BHGE: Baker Huges a company of GE
FPSO: Floating Production Storage and Offloading

(iii) Essais aggravés pour machines tournantes. Il s'agit de développer un modèle de comportement et d'éprouver de nouvelles techniques d'essais pour qualifier l'intégrité de machines tournantes sous sollicitations dynamiques extrêmes comme les séismes, les chocs. Un modèle de dynamique des rotors est actuellement développé pour prévoir le plus précisément possible les contraintes subies dues à l'impact de leurs conditions opératoires. En parallèle, un prototype de rotor académique et des protocoles d'essais utilisant l'excitateur 6-axes sont en cours de réalisation. Les travaux de recherche sont menés dans le cadre du Labcom ANR-PME AdViTAM ANR-16-LCV1-0006, laboratoire commun au LaMCoS-INSA Lyon et à la PME AVNIR.

Références:

S. Chesné, G. Inquieté, P. Cranga (Airbus Helicopter), F. Legrand, B. Petitjean, Innovative Hybrid Mass Damper for Dual-Loop Controller Mechanical Systems and Signal Processing, Elsevier, 2019, 115, pp.514 - 523

Jarroux C., Dufour R., Mahfoud J., Defoy B. (GE Oil & Gas), Alban Th. (GE Oil & Gas); Delgado A. (TAMU), Touchdown bearing models for rotor-AMB systems, JOURNAL OF SOUND AND VIBRATION, 440, 51-69, 2019