SUrvivabilité des STructures Aéronefs Impactées par des chocs à éNErgie Dirigée 21 – SUSTAINED21

Les aéronefs et systèmes volants actuels (drones p.e.) civils et militaires sont conçus à partir de structures minces et légères multi matériaux, assemblés par boulonnage, collage ou fabrication rapportée. Par leur constitution, ces structures présentent une vulnérabilité aux phénomènes d’explosion qui se produisent en surface lors d’une agression naturelle type foudre, ou intentionnelle type Armes à Energie Dirigée (AED) telles que les lasers. Ces agressions, gouvernées par des mécanismes multiphysiques dans l’environnement proche de la surface impactée (thermique, mécanique, électrique, EM), génèrent des dommages superficiels ou à cœur (écaillage, perforation). Les performances résiduelles des structures s’en trouvent fortement diminuées et les organes internes (réservoirs, équipements) sont exposés.
Il apparaît nécessaire de protéger ces systèmes pour limiter leur vulnérabilité. Les objectifs du projet SUSTAINED21 sont en adéquation avec les besoins civils et militaires dont les systèmes sont susceptibles à ces différents types d’agression, afin d’envisager des solutions industrielles à forte valeur ajoutée pour augmenter leur survivabilité. Les défis relevant de ces applications sont de disposer d’une méthode de dimensionnement des protections des structures en rupture avec les pratiques industrielles actuelles, et contribuer à la supériorité opérationnelle des forces armées.
Le premier objectif de cette étude consiste à construire une base de données expérimentale et une cartographie des dommages induits par trois moyens différents de dépôt d’énergie: le moyen foudre (qui constitue l’essai de référence), le laser impulsionnel et le canon à électrons. L’exploitation de cette cartographie de dommages permettra d’évaluer les analogies entre les dommages produits par les deux moyens alternatifs vis-à-vis de l’essai de référence « foudre », dont les résultats sont déjà disponibles sur les composites CFRP, et de s’assurer de leur représentativité notamment vis-à-vis de l’environnement électromagnétique. Par extension, cette base de données peut servir pour comparer avec les dommages d’impacts à très hautes vitesses.
Le second objectif consiste à simuler numériquement le comportement des matériaux d’intérêt agressés de manière à évaluer la capacité de prédiction des dommages engendrés et à identifier les limites des modèles actuels notamment en ce qui concerne les modalités d’application de chargements multiphysiques. L’atteinte de cet objectif s’appuiera sur l’adaptation de modèles existants, et sur la confrontation avec la cartographie de la base de données.
Le troisième objectif consiste à établir une méthodologie d’emploi des briques technologiques développées aux objectifs 1 et 2. L’influence des couches de protection sera explorée ici afin d’aider, à terme, l’émergence d’un outil de dimensionnement des protections. Cette démarche prédictive sera transposable au domaine militaire pour le dimensionnement des futures armes à énergie dirigée en fonction des couches de protection à traverser.
Cette démarche satisfera les enjeux des industriels de diminuer le coût des études de développement, seules les protections les plus robustes faisant l’objet d’une certification/qualification sur le moyen ‘foudre’ de référence.
Le projet s’appuie sur un partenariat entre un porteur du projet académique ayant travaillé sur la modélisation des dommages causés par la foudre, un partenaire académique spécialisé dans la mise en œuvre d’un dispositif expérimental de choc laser, un partenaire industriel expert dans la spécification de solutions de protection, un sous-traitant industriel du secteur des PMEs ayant un savoir-faire dans la mise en œuvre et l'analyse des chocs laser. Les travaux s'inscrivent dans la continuité des collaborations et des partenariats scientifiques avec la DGA-Ta qui pourra intervenir en tant qu’expert foudre, et Airbus Operations. Etant intéressé par ce domaine, DGA-EM SG pourra ponctuellement apporter son soutien.