Evaluation de la dégradation d’un élément de drone par impact d’un faisceau laser

Dans certaines situations, il est nécessaire d’être en mesure de neutraliser des structures de type drone ayant des activités non autorisées. Un chargement émergent a démontré son efficacité à des fins de neutralisation : le chargement laser. Alors que la neutralisation laser a déjà pu être démontrée opérationnellement, il ne semble pas y avoir d’outil numérique permettant de statuer sur la neutralisation laser d’une structure. Dans le cadre du projet de recherche interne Onera « ARE-NEUTR », plusieurs outils numériques ont été évalués pour estimer les effets du chargement laser sur une structure et envisager un couplage pour prévoir le comportement du drone impacté. L’Onera travaille depuis de nombreuses années à la modélisation de la dégradation de matériaux composites aéronautiques soumis à un événement feu. D’une part des moyens expérimentaux de caractérisation des propriétés thermiques de ces matériaux ont été développés en association avec un code de simulation numérique MoDeTheC pour modéliser le comportement du matériau soumis au feu. L’objet de ces travaux est d’évaluer l’applicabilité de ce code de simulation thermique pour estimer précisément les effets thermiques du chargement d’une pièce en matériau composite ou métallique par une arme laser : calcul de l’échauffement et de l’ablation de la structure impactée. Ces effets thermiques ont des conséquences en termes de propriétés mécaniques qui devront être prises en compte pour estimer la tenue de la structure et la probabilité d’interception du drone. Dans cet article, seuls les aspects thermiques sont évalués. Le code MoDeTheC repose sur une approche volumes finis isochore. Il intègre entre autres un solveur de dégradation thermique des matériaux, basé sur des réactions chimiques régies par des lois d’Arrhenius. Les effets de l’ablation sont calculés par un solveur dédié qui utilise une méthode de déformation du maillage pour suivre la dégradation surfacique des matériaux. Plusieurs cas d’application sont présentés. Le matériau est un composite aéronautique constitué de fibres de carbone et d’une résine époxy, dont les propriétés thermophysiques et thermochimiques ont été complètement caractérisées. Plusieurs scénarios ont été définis, en fonction de la taille et de la distance de l’objet visé, pour préciser les paramètres réalistes tels que la puissance laser et la taille de l’impact sur la structure. Ces trois scénarios sont simulés pour estimer l’échauffement et l’ablation d’un élément de drone soumis à ce chargement laser. On peut ainsi démontrer que l’ablation de la paroi dépend principalement de la densité de flux laser appliquée à sa surface. Le solveur actuel ne permet pas d’aller jusqu’au percement mais les résultats des simulations montrent que dans les conditions choisies, le percement d’une paroi en composite de faible épaisseur aurait lieu en un temps très court, ce qui serait compatible d’une interception en vol.

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