Essais & Simulations n°129

DOSSIER EN APPLICATION

DOSSIER EN APPLICATION Essais en vibration des satellites : comment être plus performant grâce à la simulation ? Alain Bettacchioli Spécialiste Thales Alenia Space en Simulation et contrôle essais alain.bettacchioli@thalesaleniaspace.com « Vite et bien, et du premier coup ! » : chez Thales Alenia Space la simulation est au cœur des essais en vibration pour la compétitivité, la fiabilité et la qualité de ses produits. La campagne d’essais en vibration est l’une des étapes décisives conduisant à la qualification du satellite. Son objectif : démontrer la tenue mécanique du satellite et consolider la connaissance de sa signature modale (1) tout en limitant les risques occasionnés par la mise en œuvre des essais. CONTEXTE Concevoir les essais en vibrations comme une simple formalité consistant à passer des niveaux d’excitation croissante à l’issue d’une séquence lourde d’instrumentation, de manipulations et de remplissages (2) , ne relèverait que d’une imagination bien réductrice de l’activité... En l’occurrence, un vibreur est un outil qui est loin d’être parfait, et son couplage avec le satellite par l’intermédiaire d’un adaptateur, occasionne systématiquement des phénomènes de battements voire des instabilités de la boucle de pilotage. Il s’ensuit, durant la campagne, une recherche permanente de stratégies de tests qui permettent d’affiner les réglages à mesure que l’on approche le niveau de qualification. A cette fin, des d’essais de Très Bas Niveau et de Bas Niveau sont réalisés avant d’atteindre le Niveau Intermédiaire et enfin le Niveau de Qualification de façon à minimiser les risques d’abort (3) . 1 Signature modale : fréquence et amortissement des principaux modes de structure. 2 Thales Alenia Space réalise ses essais en configuration de vol, c›est-à-dire avec des réservoirs pleins, en substituant aux ergols des liquides de masses volumiques équivalentes : de l’alcool à la place du MMH (Mono-Méthyle-Hydrazine) et du HFE (Hydro-Fluoro- Ether) à la place du MON (Mono-Oxide-Nitrogen). 3 Abort : interruption automatique d’un essai sur détection d’une anomalie telle que le dépassement d’un seuil autorisé. Satellite sur le vibreur lors des essais vibrations en axe transverse 34 IESSAIS & SIMULATIONS • N°129 • Mai-Juin 2017

DOSSIER Simultanément encouragée par les services des Essais d’environnement et des Analyses Mécaniques, la simulation des essais de vibration a prouvé à plusieurs reprises son utilité et son efficacité au cours des campagnes de qualification en anticipant les risques d’occurrence indésirable. Elle fait donc désormais partie intégrante du processus de qualification mécanique des satellites.Les avantages pratiques de cet outil tiennent évidemment à sa capacité de pouvoir prédire un niveau d’essai quelconque simplement à partir des résultats d’un essai de niveau plus faible déjà réalisé. Les paramètres du modèle sont obtenus en réalisant une identification du système complet comme s’il s’agissait d’une « boîte noire », c’est-à-dire, sans la connaissance préalable d’un modèle mécanique. Ces informations sont généralement déduites d’un essai de bas niveau et elles permettent de vérifier la pertinence des stratégies prévues pour les essais de niveaux supérieurs jusqu’à la qualification. LES POINTS CLEF DE LA MÉTHODE La qualité de la prédiction d’un essai mécanique repose implicitement sur la qualité du modèle à simuler : les métiers du traitement du signal et de l’identification sont donc au cœur du problème. Les premiers résultats qui aient confirmé la faisabilité d’une approche par l’identification de type « boîte noire » avaient déjà été présentés dans cette même revue en 2012 [1]. Quelques années plus tard, l’ajout d’un filtrage auto-adaptatif visant linéariser les réponses [2] a rendu possible l’identification de tous les cas de satellite. Ces évolutions, naturellement gourmandes en temps de calculs, ont dû être suivies d’un effort d’optimisation des performances informatiques : les évolutions se sont alors traduites par le transcodage des programmes MATLAB en C et une implémentation sur carte graphique afin de satisfaire les exigences de réactivité pendant d’une campagne d’essais. Grâce à ce développement, le centre des essais d’environnement mécanique de Thales Alenia Space de Cannes parvient à identifier en quelques minutes des cas de signature modale particulièrement complexe [3]. Références [1] Naisse C., Bettacchioli A., Simulation des essais en vibrations de satellites à partir de l’analyse modale d’une réponse bas niveau, Essais & Simulations, n°111, octobre 2012, pp. 42-46 [2] Bettacchioli A., Monsallier F., Filtrage des voies de mesure pour la simulation des essais en vibration des satellites, Essais & Simulations, n°127, janvier 2017, pp.16-16 [3] Bettacchioli A., Nali P., Common issues in S/C sine vibration testing and a methodology to predict the sine test responses from very low level run, 29 th Aerospace Testing Seminar, 27-29 October, 2015, Los Angeles. Quand vitesse rime avec sécurité EAS ® -HSC/EAS ® -HSE, limiteurs de couple de sécurité dédiés aux entraînements „grande vitesse“ www.mayr.com Votre partenaire ESSAIS & SIMULATIONS • N°129 • Mai-Juin 2017 I35