DÉFI DU CLIENT
Le National Institute for Aviation Research (NIAR) de l’Université d’Etat de Wichita est la plus grande institution universitaire de recherche et de développement en aviation aux Etats-Unis. Sur quatre sites, il couvre 29 729 mètres carrées (320 000 pieds carrés) et compte plus d’une douzaine de laboratoires, tous consacrés à l’avancement de la technologie pour les aéronefs, les avions commerciaux et militaires.
« Les clients choisissent le NIAR parce que nous disposons d’une main-d’œuvre expérimentée et d’un équipement de pointe », a déclaré le Dr Waruna Seneviratne, directeur technique au NIAR et scientifique principale du programme de recherche sur la navigabilité et le maintien en puissance des aéronefs. « Nous avons de l’expérience dans plusieurs secteurs. Nous consultons sur tout, de la sélection des matériaux et des essais autorisés aux tests de certification à grande échelle et aux inspections de démontage. C’est un système d’assistance complet. »
Le NIAR utilise son expertise pour résoudre certains des problèmes les plus difficiles de l’aérospatiale. L’un de ces problèmes est la durée de vie des composants composites de première génération, lorsqu’ils atteignent la fin de leur durée de vie certifiée. Un aperçu significatif de la mécanique de la rupture des structures composites est insaisissable, car ces composants ne disposent pas des décennies de données opérationnelles et de recherche facilement accessibles pour les composants métalliques. En conséquence, la poursuite de la prolongation de la durée de vie des structures composites ne peut pas être accomplie par les méthodologies existantes. Étude de cas : le F/A-18 Hornet.
« Le F/A-18 a été conçu dans les années 1970, mais son remplaçant, le F-35, ne sera pas prêt pour l’US Navy avant 2019 », a déclaré M. Seneviratne. « La Marine a un grand nombre de F/A-18 proches de la retraite et souhaite prolonger en toute sécurité la durée de vie de ces structures composites. Cependant, on ne sait pas dans quelle mesure ces structures vieillissantes toléreront un service aussi prolongé. C’est l’objet d’exploration de notre recherche. »
SOLUTIONS MTS
Pour effectuer des essais de fatigue des composants et structures composites vieillissants du F/A-18, Seneviratne et son équipe utilisent un éventail de solutions d’essais MTS, des bâtis de charge uniaxiaux posés au sol aux bancs d’essai structurels multiaxiaux à grande échelle qui intègrent de nombreux vérins MTS résistant à la fatigue. Ces solutions intègrent également le logiciel de contrôle et d’acquisition de données AeroPro™ de MTS, les commandes numériques de MTS et les groupes hydrauliques SilentFlo™ MTS.
La structure de l’aile du F/A-18 Hornet se compose de revêtements d’aile composites et de joints collés composite-titane à l’emplanture de l’aile – la zone fortement chargée où l’aile se fixe au fuselage. La recherche s’est initialement concentrée sur l’évaluation d’échantillons en forme d’haltères de 63 cm (25 po) de longueur extraits des revêtements d’aile de F/A-18 déclassés. Les essais cycliques avec chargement de spectre ont reproduit les charges de fonctionnement réelles, de sorte que l’équipe a pu comparer les données de résistance résiduelles et de durée de vie en fatigue de chaque échantillon aux données de certification d’origine ainsi que déterminer la durée de vie restante du joint.
« Nous avons constaté que les joints collés entre le composite et le titane avaient une durée de vie beaucoup plus longue qu’on ne le pensait », a déclaré M. Seneviratne. « L’historique d’entretien n’a eu aucun effet significatif sur la résistance résiduelle de chaque joint. Les joints avaient généralement plus de cinq durées de vie en fatigue supplémentaires restantes sous un spectre de fatigue à tension dominante, et plusieurs ont survécu à dix durées de vie sans dégradation significative de la résistance. »
Ces conclusions ont conduit à des essais structurels à grande échelle plus approfondis de l’intérieur de l’aile, qui se compose de revêtements composites. L’article d’essai comprenait un fuselage central de F/A-18, des ailes intérieures et des volets de bord de fuite. Au cours de la première phase d’essai, la structure de l’aile a été cyclée pour une durée de vie supplémentaire des charges d’essai tout en étant surveillée pour les dommages induits par la fatigue. Une deuxième phase d’essai a simulé plusieurs types de dommages au cours d’un cycle de fatigue continu afin d’évaluer le confinement des dommages et le taux de croissance, le cas échéant.
AVANTAGES CLIENTS
Le résultat le plus important de la recherche du NIAR est que l’US Navy dispose désormais des données nécessaires pour soutenir les efforts deprolongation de la durée de vie des F/A-18 avec un degré de confiance bien plus élevé, en particulier lorsqu’il s’agit de la construction composite avancée de l’aile intérieure. La Marine et d’autres branches des forces armées peuvent appliquer cette méthodologie à d’autres plateformes vieillissantes.
« En recensant les problèmes potentiels dans un environnement de laboratoire contrôlé, nous pouvons réduire le risque d’incidents inattendus qui peuvent compromettre la sécurité d’une flotte entière », a déclaré M. Seneviratne. « Les données de nos travaux aideront également à informer et à améliorer les nouvelles conceptions de composants et de structures d’avions composites. »
L’utilisation des solutions d’essai de MTS a aidé l’équipe de Seneviratne à mener à bien cette recherche de manière sûre et efficace. La réponse des vérins et des systèmes de contrôle numérique a permis de protéger à la fois les articles d’essai coûteux et les opérateurs d’essai. L’agilité des servovalves MTS, combinée à un contrôle de pression indépendant et à d’autres fonctions de sécurité, a facilité la gestion précise des vérins du banc d’essai structurel, qui peuvent exercer une force énorme en très peu de temps.
« La fiabilité est également importante », a ajouté M. Seneviratne. « Chaque fois que vous arrêtez un grand essai structurel pour la maintenance de l’équipement d’essai, cela coûte des dizaines de milliers de dollars. Les solutions d’essai MTS sont très fiables. Vous configurez le vérin et il est prêt à fonctionner jusqu’à ce qu’il soit temps de recalibrer. Nous avons réalisé avec eux des dizaines de milliers d’essais de fatigue et le retour sur investissement est très satisfaisant. »
M. Seneviratne apprécie également la polyvalence du logiciel AeroPro, qui permet à ses chercheurs d’automatiser plus facilement la configuration et l’exécution d’une grande variété d’essais – dont certains utilisent plusieurs centaines de jauges de déformation et des dizaines de canaux de contrôle – sans avoir à entreprendre le processus fastidieux de reconfiguration physique de bancs d’essai très complexes. En plus de cela, MTS offre un service et un support technique de haute qualité ainsi que des services à valeur ajoutée tels que l’étalonnage et la conception de systèmes hydrauliques.
« MTS a de l’expérience dans la production et la prise en charge de solutions d’essai complexes », a conclu M. Seneviratne. « MTS sait comment nous aider à fonctionner plus efficacement afin que nous puissions faire notre travail à moindre coût. C’est un partenariat gagnant-gagnant. »
