Fig.3 Mise en place des jauges FBG sur le panneau supérieur

Les jauges de contrainte optiques HBM (Fig.3) ont été employées la première fois pour réaliser des essais structuraux lors de la conception de l’aile de type canard wing de l'ATD, en appliquant des charges variables sur l’aile à l'aide d'un vérin hydraulique. Un des objectifs du projet était de surveiller les effets des dommages occasionnés par des impacts sur l'aile, les mesures étant prises en compte par 18 voies de jauges de contrainte optiques (Fig.4). Les chercheurs se sont concentrés également sur le développement d'un système de surveillance de la santé (HMS) des nouvelles structures des ailes grâce à la technologie des jauges de contrainte optiques.

Fig.4 Exemple de surveillance du niveau et de l'emplacement de l'impact

La décision d’utiliser les jauges de contrainte optiques, contrairement aux systèmes mécaniques, était de réduire au minimum le risque d’explosion tout en assurant une protection électromagnétique efficace (CEM) de manière à obtenir de très bons résultats. Un total de 20 jauges de contrainte optiques ont été instrumentées sur l'aile pour permettre le calcul des contraintes (Fig.5).

Fig.5 Affichage des valeurs de contrainte et de l'image de distribution des contraintes par la méthode des éléments finis (FEA)

Les chercheurs travaillant sur le projet ont été en mesure de gagner un temps considérable en ajustant les jauges de contraintes optiques avec le patch HBM au-delà du temps nécessaire pour s’adapter aux jauges de contrainte mécaniques standard. Les jauges de contrainte optiques conviennent à la fois aux essais dynamiques et statiques menés sur la structure.

Les chercheurs ont utilisé le système de mesure MGCplus de HBM associé à trois interrogateurs DI410 pour jauges optiques également de HBM. Des appareils 4 voies d'une capacité jusqu'à 1 000 mesures / sec. Deux multiplexeurs M416 de HBM ont aussi été utilisés pour raccorder jusqu'à 320 points de mesure optiques de manière à permettre une mesure entièrement synchronisée en temps réel. La saisie et l'analyse des données ont été effectuées avec le logiciel HBM catman Enterprise en liaison avec tous les appareils.

Ainsi, l’analyse structurale complète pouvait être facilement réalisée avec cet équipement de mesure HBM. La capacité du logiciel d'analyse à exécuter des calculs rapides et à visualiser les graphiques représentants les déformations structurales a considérablement aidé les chercheurs à prévoir toutes défaillances prématurées de la structure des avions.

 

Les jauges de contrainte optiques sont utilisées par les chercheurs -développeurs de structures composites destinées aux prochaines générations d’avion.

Au Japon, l’agence d'exploration spatiale (JAXA : Japan Aerospace Exploration Agency) s'est appuyée sur les systèmes d’acquisition de données HBM pour étudier la santé des structures en matières composites des nouveaux avions. Dans le cadre d’un projet de collaboration avec le gouvernement (Tokyo Metropolitan Government) et l’université de Tokyo (Tokyo Metropolitan University - TMU), JAXA a développé, deux types d’avions destinés au transport de passagers de petite et moyenne taille.

Pour cette nouvelle génération d’avions, le service recherche de JAXA s'est concentré à la fois sur un développement de structures composites supérieures et sur une technologie de pointe. Parallèlement à la recherche menée par JAXA, l’université TMU a entrepris une recherche pour les futurs développements probables en avionique.

La recherche a exigé deux phases d’essai, qui ont nécessité l’emploi d’équipements HBM. La première phase, lancée en 2011, a permis le développement d’un Advanced Technology Demonstrator (ATD) à savoir un jet d’affaire pour 8 passagers (Fig.1).

Au cours de la deuxième phase, qui a eu lieu en 2012, un jet 120 personnes pour le transport régional a été développé. Après le succès des essais réalisés sur l'aile de l'ATD (Fig.2), une plus grande structure composite d’une aile de 5 m de long a été étudiée et des essais statiques ont été effectués pour examiner l'intégrité des réservoirs de carburant qui sont placés dans l'aile principale de l'avion.

Ces deux avions ont été particulièrement développés à partir de stratifiés de carbone renforcé de fibres de polymère (CFRP). Ces stratifiés hautement résistants aux chocs, sont renforcés par du Vectran réduisant toute délamination.

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