Modélisation d'une pompe électrohydraulique
L'auteur
Cet exemple a été réalisé par l'entreprise LMS Imagine.Lab AMESim.
Dans un avion, une pompe électrohydraulique (ou EHA : Electro Hydrostatic Actuator) permet de générer localement de l'énergie hydraulique, destinée à actionner les parties mobiles de l'appareil telles que les ailerons. La génération locale de l'énergie permet de s'affranchir de la présence d'un réseau hydraulique parcourant la totalité de l'appareil - augmentant ainsi sa fiabilité - mais également de diminuer significativement la masse de l'appareil ce qui permet d'embarquer plus de carburant, de passagers ou de marchandises. C'est une composante essentielle à l'avènement des commandes de vol électriques - fly-by-wire.
La modélisation de l'EHA cherche à prendre en compte le couplage dynamique des effets hydrauliques, thermiques, électriques et mécaniques.
Fonctionnement de l'EHA
La pompe hydraulique, entraînée par un moteur électrique - qui est à son tour commandé par un signal émis depuis la cabine de pilotage - fait varier la position du piston dans le cylindre. L'arbre du piston est relié à l'aileron au point P. Son déplacement longitudinal entraîne le mouvement de l'aileron autour de l'axe de rotation O. Enfin, un capteur permet de vérifier la position du piston dans le cylindre.
Établissement du modèle AMESim
Première étape
L'étude de ce premier modèle permet de montrer que la pression dans le cylindre devient négative lorsque la charge aérodynamique est trop importante. Il faut donc trouver un moyen de protéger le système de la cavitation. Un moyen d'éviter ce phénomène est d'ajouter un accumulateur qui stockera du fluide et l'enverra au niveau du cylindre lorsque la pression deviendra négative.
Deuxième étape
C'est à cette étape que l'accumulateur est ajouté.
À cette étape, la boucle de contrôle est très simple. Pour que le modèle soit plus réaliste, il faudrait la complexifier. En effet, on souhaite pouvoir piloter la tension appliquée au moteur à courant continu.
Troisième étape
On peut montrer que la tension de saturation a une influence sur les performances du système.
Sur ce modèle, le gain doit être modifié. Pour les deux premiers modèles, le gain permettait de convertir un déplacement en une vitesse angulaire. Hors, pour ce troisième modèle, on souhaite convertir un déplacement en une tension.
Quatrième étape
Les systèmes électriques sont sensibles à la température. On cherche donc à étudier cette influence et, plus particulièrement, la résistance interne du système électrique.
C'est ce dernier modèle qui sera utilisé pour réaliser les simulations.
Ce modèle possède trois signaux en entrée :
la commande, qui contrôle le mouvement vers le haut ou le bas de l'aileron - au travers du système hydraulique - à l'aide d'un signal de type échelon (ou créneau) : 1 pour lever l'aileron, 0 pour revenir à la position basse, par défaut ;
la température extérieure, qui simule la température extérieure rencontrée par l'avion : elle évolue de 20 °C au niveau du sol à -50 °C à l'altitude de croisière de l'appareil ;
la force aérodynamique, qui représente la force exercée par l'écoulement d'air sur l'aileron ; pour la simulation, elle sera supposée constante.
