Essais de systèmes basés sur des modèles d’engin spatial — corrélation des essais et des simulations

En 2019, la Mission Constellation Radarsat (MCR) a réussi le lancement en orbite de trois satellites. Ces satellites ont démontré les avantages d’une étroite coordination des simulations et des essais pour les systèmes spatiaux complexes.

Sur la base de l’exemple du satellite Falcon 9, l’article présenté à IMAC XXXIX montre comment les simulations modales sont utilisées pour préparer les essais et comment les simulations peuvent rendre les essais plus efficaces et plus réalistes. Les corrélations entre les essais et les simulations doivent composer avec quatre grandes difficultés :

  • Comment être sûr de la précision du modèle d’analyse?
  • Comment prescrire un essai à moindre coût?
  • Comment comparer le modèle à éléments finis (MEF) et les essais, qualitativement et quantitativement
  • Comment mettre à jour le MEF pour qu’il corresponde à la réalité?

À quel point un modèle à éléments finis d’un engin spatial représente-t-il la réalité?

Une méthode pour le déterminer est d’effectuer des essais modaux et de comparer ou corréler, les résultats des essais et des simulations.

Ceci est particulièrement important dans le secteur aérospatial, puisque les charges de lancement sont calculées à partir de modèles validés des fusées de lancement et de l’engin spatial. Un modèle imparfait signifie des charges indéterminées et des risques accrus pour le programme.

Avant d’effectuer un essai modal, les exigences et les modes requis doivent être clairement définis. Combien faut-il de détecteurs et d’allumeurs? Où sont-ils situés et dans quels sens sont-ils orientés? Pour que les ingénieurs chargés des essais visualisent les formes en mode d’essai, un modèle à maillage filaire doit relier les nœuds de détecteurs et d’allumeurs. Finalement, il faut étudier la configuration et les conditions aux limites de l’objet des essais.

Qu’arrive-t-il lorsque les résultats des essais ne correspondent pas aux simulations?

Les fonctions de réaction de fréquence (FRF) et les formes modales des essais et simulations sont comparées à l’aide d’outils quantitatifs et qualitatifs (MAC, MODMAC et orthogonalité). Dès que la corrélation établit des différences entre les deux représentations, le modèle à éléments finis doit être actualisé pour représenter la réalité avec plus d’exactitude.

L’actualisation du modèle à éléments finis repose sur un optimiseur, qui peut traiter de grandes quantités de variables (propriétés physiques et matérielles). Cependant, dans le cas des satellites MCR, l’actualisation est compliquée par les conditions à la limite des essais, dans lesquelles l’engin spécial a été boulonné à un plancher de béton. Nous avons cherché à tenir compte de la flexibilité de la plaque d’interface et de l’effet du plancher et du sol sous-jacent dans la procédure d’actualisation.

Des analyses multidisciplinaires sont ensuite effectuées sur le modèle à éléments finis actualisé pour valider la conception en fonction des conditions spécifiques de charge (acoustique, vibroacoustique, dynamique, etc.).

Pour en savoir plus sur les difficultés des interactions modales entre les simulations et les essais pour la simulation de systèmes spatiaux et comment un processus complètement intégré peut réduire les boucles d’itérations et de conception afin d’améliorer les interactions des simulations et des essais, consultez un expert de Maya HTT.

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