BAE Systems, entreprise anglaise construit et développe des avions de combat et effectue les essais structuraux des CTOL

Les performances du F-35 sont issues du programme d'essais structuraux du fuselage chez BAE Systems

Beaucoup de monde parle des performances de l’avion de combat F-35 Joint Strike Fighter ou Lightning II, connu sous ces noms aux Etats-Unis; en Angleterre le nom choisi pour cet avion est Joint Combat Aircraft (JCA). Ces avions de combat seront fabriqués en trois variantes : décollage et atterrissage conventionnel (CTOL), décollage court et atterrissage vertical (STOVL) et une variante pour porteur (CV) avec l'espoir de construire environ 3.000 avions au total.

La grande variété de rôles pour lesquels ces avions seront déployés et les différentes espérances des militaires exigent que la structure du fuselage soit complètement testée, de manière à garantir des performances supérieures durant toute sa vie opérationnelle. Cet avion, en commun avec la plupart des avions de combat modernes, est dynamiquement instable pour qu’il puisse bénéficier d’une grande manoeuvrabilité. Des défis importants suplémentaires sont relevés, les structures doivent être soigneusement vérifiées lors du développement de l'avion et durant toute sa vie de fonctionnement.

BAE Systems, une entreprise anglaise constructeur et concepteur d’avions, est responsable des essais structuraux effectués sur le fuselage des avions CTOL. Son centre d’essais Structural and Dynamic Test Facility (S&DT), situé à Brough, West Yorkshire, met en œuvre et surveille les phases de développement des structures constituants les deux fuselages du F-35. 

L'objectif du S&DT est de fournir des données quantitatives dans lesquelles les fuselages répondent à leurs caractéristiques de conception en termes de résistance de la structure bien au-delà de la vie opérationnelle prévue. Ce centre se spécialise dans la conception, la fabrication et l’exécution des essais structuraux à grande échelle pour tout le cycle de vie entier.

Un aspect clé des systèmes BAE pour approcher les essais structuraux du F-35 au régime normal de fonctionnement a été de développer des méthodes améliorées de contrôle de l'information des essais. La société a voulu rationaliser son approche en adoptant une nouvelle mentalité même si cela  contestait les méthodes précédentes.

Essais statiques et dynamiques

Essais structuraux chez BAE Systems sur le F-35 avec des équipements de mesure HBM de 3800 voies de mesure, un des plus grands systèmes de mesure au monde pour les essais de structures.

S&DT a entrepris à la fois des essais de fatigue et des essais statiques. Les essais de fatigue prennent beaucoup plus de temps que pour accomplir les essais statiques et sont essentiellement basés sur des données de tendance qui recherche les changements de la structure en fonction du temps. Ce changement peut facilement signifier des possibilités de fissures ou autres conditions relatives au fonctionnement.

Les essais sont effectués en appliquant diverses charges à différents composants de la structure dans une période de temps accélérée pour reproduire des dommages opérationnels potentiels. Pour ces essais complexes, des systèmes d’acquisition de données pilotés par un PC sont employés afin de déterminer les forces qui sont appliquées aux différentes structures et de surveiller soigneusement les réponses de la structure. Les échantillons d'essai sont habituellement équipés de jauges de contrainte permettant l'enregistrement en temps réel des contraintes produites.

Pour ces essais structuraux, S&DT utilisent les équipements de mesure HBM pour capturer et analyser les données. L'équipement comprend un système d’acquisition de données constitué de 32 appareils MGCPlus associés au logiciel catman® Enterprise. Sur le banc, les appareils MGCplus sont répartis dans huit cabines d’essais. L'équipement HBM est entièrement synchronisé et offre à BAE Systems un des plus grands systèmes de mesure structuraux du monde.

Le MGCplus accepte une grande variété de capteurs, de sondes, de bus de terrain et d'interfaces standards pour PC, c’est vraiment le choix approprié pour cette application. Sa conception modulaire vous garantit qu'il peut être facilement étendu en nombre de voies ou modifié si les exigences de BAE Systems sont amenées à changer.

La suite logicielle catman® Enterprise est spécifiquement conçue pour mesurer un grand nombre de voies de mesure en utilisant le système DAQ MGCplus tandis que son serveur de données (MDS : Measurement Data Server) effectue la mesure réelle permettant la surveillance et l'évaluation en temps réel. Cette installation donne aux ingénieurs de contrôle l'accès à environ 3.800 voies connectées aux platines de raccordement AP815 à l'aide de connecteurs RJ45, platines associées aux cartes ML801.

Partage des données

Les MGCplus et le logiciel professionnel catman® sont utilisés pour capturer et analyser les données pendant les essais en vol du F-35’s.

L’autre défi était de réussir à partager les données des essais en temps utile à différents sites. Ces sites sont ceux de BAE Systems à Brough et Samlesbury , trois usines de Lockheed Martin et les usines de Northrop Grumman’s El Segundo aux Etats-Unis. Cet aspect de partage était important parce qu’ainsi les équipes d'essai pouvaient prendre des décisions immédiates en toute collaboration et indépendamment de leur lieu réel de travail. Avec son logiciel MD Client, HBM a permit le partage des essais en temps réel et les opérateurs de diverses équipes pouvaient comparer ces derniers avec les données prédictives et avec les limites d'alarme supérieures et inférieures.

BAE Systems dispose d’un réseau local (LAN) pour faciliter les communications entre chaque ordinateur du système d'essai. Le serveur de données HBM (MDS) est configuré pour communiquer avec le réseau de BAE Systems en plus d’Ethernet en utilisant le protocole industriel compatible TCP-IP.

BAE Systems utilise également le logiciel nCode Automation™ de HBM pour le stockage des données et pour produire automatiquement des données statistiques pendant le processus de téléchargement. Tandis que le logiciel nCode GlyphWorks® de HBM est employé pour générer des tracés graphiques. Le logiciel nCode Automation de HBM fournit le stockage et l’analyse des données ainsi que l’établissement automatisé du rapport d’essai avec une interface de collaboration basée sur le WEB pour partager les essais et l'information. Avec cette solution, BAE systems pouvaient publier les données aux différentes équipes dans un délai de deux heures après avoir accompli un essai. La gamme des produits nCode de HBM est conçue pour compléter les équipements DAQ de HBM par des outils d'analyse.

La traçabilité du système entier est constamment assurée par l’équipe HBM d’Angleterre, qui coordonne les étalonnages et le fonctionnement avec le personnel BAE Systems. Ce service apporte aux ingénieurs d’essais une confiance supplémentaire et leur procure une meilleure sécurité des résultats acquis pendant les essais des fuselages. HBM GB dispose de l'accréditation ISO 9001 pour assurer d’une manière optimale un support efficace pour répondre aux défis critiques.

Essais FTI

Un autre secteur dans le développement du F-35 où l’expertise de BAE Systems est importante est le risque zéro des instruments d’essais en vol (Flight Test Instrumentation (FTI)) pour les appareils placés à bord des avions. Cela démontre particulièrement une remise en question et exige une approche unique. Normalement, la tâche cruciale pour faire des essais avec un système d’acquisition de données sur les avions militaires modernes est d'employer le propre système FTI de l'avion.

Cependant, dans le cas du F-35, les systèmes d’essais installés à bord ont besoin d’être soigneusement coordonnés lorsque le système est monté à Fort Worth, dans le Texas, alors que les sections de queue sont construites en Angleterre. Cela signifie que BAE Systems à Samlesbury doit alimenter et contrôler le fonctionnement de chaque capteur et vérifier le câblage sur l’avion pendant la construction. Cette approche confère un niveau élevé de confiance quand le système entier fonctionne.

Encore une fois l'équipement HBM fournit aux ingénieurs de BAE les outils dont ils ont besoin. Avec le  MGCplus pour capturer les données et logiciel professionnel catman® pour les analyser, BAE Systems peut effectuer ses essais facilement et avec précision.

L'équipement est constitué de nombreux éléments comprenant des jauges de contrainte, des capteurs de pression et des accéléromètres. Après sa consultation auprès de HBM, BAE Systems a choisi un système comprenant 48 voies jauges de contrainte, 16 voies accéléromètres et huit thermocouples. En plus, HBM a assuré la formation sur site et le support.

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