Cette thèse présente des travaux récents relatifs à la modélisation d'impact de projectiles mous et le développement d'une méthode numérique sans maillage. En premier lieu, la théorie rattachée aux impacts d'oiseaux ainsi que les méthodes numériques et résultats expérimentaux disponibles sont donnés afin d'établir des normes pour les simulations d'impact d'oiseaux. Les connaissances générales concernant les impacts d'oiseaux sont ensuite améliorées par des tests récents qui utilisent un substitut pour l' oiseau. Une recette pour le substitut est donnée afin de servir de référence dans les procédures de certification pour les impacts d'oiseaux. Les résultats sont également fournis afin de valider les modèles numériques et promouvoir l'utilisation des outils numériques dans le design de structures aéronautiques ainsi que dans le processus de certification. Les détails du montage expérimental sont donnés ainsi qu'une analyse de la précision des résultats obtenus et quelques sources d'erreurs à éviter dans l'éventualité où d'autres tests auraient lieu. Finalement, la méthode sans maillage smoothed particles hydrodynamics (SPH) est modifiée afin qu'un algorithme maison puisse traiter le problème d'impact d'oiseaux. Afin de rencontrer cet objectif, des améliorations sont apportées à la formulation mathématique afin de traiter les problèmes d'instabilités numériques rapportés dans la littérature. Ensuite, des lois de comportement et des équations d'état ont été ajoutées. L'algorithme résultant peut être utilisé pour plusieurs types de problèmes, ce qui rend la méthode SPH très attrayantes pour les simulations numériques avec grandes déformations.

Chaque année, d'innombrables collisions se produisent entre des avions en vol et des oiseaux. L'impact aviaire, menace redoutée par les pilotes, concerne tant l'aviation civile que son pendant militaire. Les statistiques démontrent que, même si fort heureusement le nombre d'accidents graves reste limité, les incidents sont de plus en plus nombreux.<p>Parmi les acteurs qui luttent contre ce danger, les constructeurs d'avions jouent un rôle prépondérant. Contraints par des réglementations internationales, ils s'attachent à produire des éléments de structure qui résistent à l'impact d'oiseaux.<p>Dans la mise au point de leur produits, les avionneurs démontrent cette résistance à l'aide d'essais d'impact :on accélère un simulant d'oiseau jusqu'à la vitesse voulue -- de l'ordre de la vitesse de croisière nominale de l'avion -- et on le projette sur un aileron ou un morceau de fuselage. <p><p>La présente thèse doctorale, co-dirigée par les professeurs Philippe Bouillard de l'ULB et Marc Pirlot de l'ERM, contribue doublement à l'amélioration de ces techniques d'essais dynamiques.<p><p><p>D'une part, elle réalise la mise au point et la validation d'un lanceur pyrotechnique à double étage pour l'accélération du simulant d'oiseau. Un canon de calibre 20 mm est combiné avec un accélérateur de calibre 160 mm. La combustion d'un mélange de poudre propulsive contenu dans une douille adaptée génère les gaz à haute température et à haute pression nécessaires à l'accélération d'un simulant d'oiseau dûment confiné dans un conteneur de protection. Un dispositif de séparation arrête le conteneur afin que seul le simulant d'oiseau percute l'élément d'avion à l'essai. La solution pyrotechnique à double étage mise au point est validée par de nombreux tirs instrumentés en vitesse, en accélération et en pression ;elle se révèle conforme aux exigences de sécurité et de reproductibilité. Le lanceur pyrotechnique présente par rapport aux solutions pneumatiques, utilisées à notre connaissance dans tous les autres centres d'essais, des avantages indéniables de compacité ainsi que de rapidité et de souplesse de mise en oeuvre.<p><p><p>D'autre part, la migration des alliages métalliques vers les matériaux composites est amorcée depuis plusieurs années déjà dans le monde de la construction aéronautique. Pour optimiser les structures, une connaissance des caractéristiques de ces matériaux est indispensable. Les modes de rupture font partie des caractéristiques encore mal connues. La mesure du déplacement hors-plan lors du tir sur panneaux plans est une des manières de quantifier le comportement du matériau sous l'action d'un impact. Cette mesure s'opère généralement de manière statique, après le tir. Une méthode de mesure dynamique a été mise au point, basée sur l'emploi de techniques de stéréoscopie par corrélation numérique d'images. Cette technique a été validée au moyen d'une méthode métrologique indépendante d'extensométrie laser. <p><p><p>ABSTRACT<p><p>Countless collisions occur each year between airplanes and birds. Bird strike is a concern to both civilian and militay aircraft. Statistics show that, although the number of serious accidents fortunately remains low, the number of incidents keeps increasing.<p>Amongst the actors tackling this issue, aircraft manufacturers play an important role. In compliance with international regulations, they have to produce structural elements that withstand bird impact. During the development of their products, aircraft manufacturers have to demonstrate this resistance through bird impact trials :a bird surrogate is accelerated to the required velocity - often close to the nominal cruise speed of the aircraft - and launched onto a flap or a piece of fuselage.<p><p>This PhD thesis has been co-supervised by Professor Philippe Bouillard (ULB) and Professor Marc Pirlot (ERM-KMS). Its contribution to the improvement of the aforementioned dynamic trials is twofold.<p><p><p>One one hand, a two-stage pyrotechnical launcher for bird surrogates has been developed and assessed. A 20 mm caliber gun is connected to a 160 mm diameter launcher. The combustion of a propellant mixture in a cartridge case generates high pressure, high temperature gases which accelerate a bird surrogate protected by a cylindrical container. A stripper refrains the container from hitting the target pane. <p>The pyrotechnical solution has been assessed through an important number of firings where pressure, velocity and acceleration have been measured. The solution has proven compliance with both the safety requirements and the repeatability specifications. Its advantages compared to the pneumatic solutions used, as far as we know, in all other test centres, include compactedness as well as flexibility and high firing rate.<p><p><p>On the other hand, migration towards composite materials has been initiated years ago in the area of aeronautical constructions.<p>To optimize structures, a thorough knowledge of these new materials is required. Failure modes belong to the still badly known features of carbon reinforced plastics. Measuring the out-of-plane deformation when firing on a flat pane is one way of quantifying the material's behaviour under impact. This measurement is most frequently made in a static way, after completion of the firing. A dynamic measuring method has been developed, based upon stereoscopic digital image correlation techniques. This technique has been validated by means of an independent laser extensometer measuring method. <p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished