L'université de Gand utilise le GEN5i de HBM pour mesurer les impacts d'oiseaux

Le laboratoire du Département des Sciences Appliquées des Matériaux de l'Université de Gand simule des chocs d’oiseaux afin d’acquérir une plus grande perspicacité sur les conséquences d’impacts de volatiles sur les avions. Ces tests de collisions sont réalisés non seulement pour étudier les matériaux et les pièces mécaniques mais également pour déterminer les contraintes techniques lors de la conception de manière à réduire au minimum les effets d'impacts. Les moyens d’essai ont été accrus maintenant que le laboratoire participe au projet E-Break de la Commission Européenne. Pour travailler à ce projet, l'université s’est équipée d’un enregistreur graphique HBM GEN5i (GEN7i), qui a été particulièrement conçu pour des acquisitions de données extrêmement rapides.

« Les impacts d'oiseaux peuvent avoir des conséquences fatales pour l'aviation », dit Geert Luyckx, qui dirige l’implication du laboratoire au projet E-Break. « En soi, une collision avec un oiseau ne cause nécessairement beaucoup de dégâts physiques, mais même un léger déséquilibre dans un moteur d’avion peut par la suite occasionner des dommages plus graves jusqu’à la panne du moteur. Rechercher les conséquences d’impacts d'oiseaux dans l'aviation fait partie des procédures d'essais et cela pour encore de nombreuses années. »

Le département a acquis une réputation considérable dans l’analyse des conséquences de ces impacts. Un moyen d’essai a été mis en place en 1997 dans le cadre de « la simulation expérimentale des impacts d’oiseaux sur les pièces d'avion' (une partie du projet européen BRITE-EURAM II). Les premières simulations concernaient seulement des chocs avec des  oiseaux pesant 500 grammes, mais les équipements ont été améliorés avec le nouveau projet pour passer à des oiseaux de 1.8 kilogramme, poids équivalents à celui d'un canard. Des essais sont également réalisés avec des poids de quatre kilos, correspondant à une oie. Bien que l'industrie aéronautique effectue des essais avec de vrais oiseaux, le laboratoire de Gand utilise des blocs de gélatine, qui ont la masse et le comportement similaires à ceux des oiseaux. La gélatine est moulée dans un moule sous la forme d’une balle qui sera projetée sur l'objet en test. Les essais sont normalisés et sont effectués selon les spécifications des avionneurs tels que Airbus.

Simulated bird strikes: The entire test is recorded on video.

Installation d'essai : Un grand nombre de grandeurs peut être mesuré pendant les tests d’impacts d’oiseaux

« L'installation d'essai du laboratoire est tout à fait simple », explique Frederik Allaeys, qui est responsable des essais. « La balle supposée être un oiseau est chargée dans un tube de lancement. Elle est projetée sous une pression de 30 à 40 bar, ce qui la propulse à une vitesse de 200 à 250 mètres par seconde. À l'extrémité du tube se trouve une chambre métallique contenant la pièce à tester, qui peut être un composant complet, des pales de ventilateurs ou des plaques faites à partir de nouveaux matériaux. Une dépression est créée dans la chambre afin de réduire la résistance de l'air et les effets de la pression ondulent sur la mesure. Avant d'entrer dans la chambre, le projectile traverse un décolleur qui enlève le manchon du bloc de gélatine. »

Durant la simulation de l’impact, un certain nombre de grandeurs peut être mesuré : la vitesse et l’accélération de l'oiseau, la pression, le déplacement, les vibrations et le choc ainsi que les allongements et déformations du matériau. L'essai est entièrement enregistré sur vidéo. Un essai demande environ un jour de préparation et le coût moyen est autour de 1500 euros. Chaque essai est réalisé deux fois pour pouvoir valider les résultats. Il est très important que les essais soient enregistrés pour pouvoir évaluer la progression et analyser plus précisément par la suite car il est difficile de le faire sur un événement qui dure seulement environ deux secondes. Pour satisfaire à cette rapidité, l'université avait besoin d'un système d’acquisition de données qui puisse non seulement rassembler simultanément une multitude de données de mesure avec une très grande vitesse. Pour de tels essais, le démarrage de l’enregistrement simultané de toutes les données par déclenchement et le faire au bon moment sont vraiment cruciaux.

Enregistreur graphique HBM GEN5i, sur le banc de tests

GEN5i : Acquisition rapide des données

Pour le projet, l'université de Gand a acheté un appareil GEN5i chez HBM. Selon Frederik Allaeys, ce système d’acquisition de données a été choisi principalement en raison de sa structure modulaire, qui permet d’utiliser facilement les cartes correspondantes aux différentes applications et besoins. Le GEN5i est un système complet et portable qui a été spécialement développé pour l’acquisition rapide des données avec des taux d’échantillonnage élevés jusqu'à 100 Méch par seconde. Il peut être augmenté au maximum à 160 voies de mesure simultanées et s’adapte parfaitement aux besoins de mesure complexes. Le laboratoire de Gand utilise en moyenne de dix à quinze voies avec un taux d’échantillonnage jusqu'à 25 Méch/s.

L'enregistreur GEN5i est équipé d’un ordinateur complet avec disque dur intégré permettant le stockage des données. Celles-ci peuvent être transférées pour une analyse approfondie via  des interfaces standard comme WLAN, Ethernet Gigabit ou USB. En plus, la configuration standard de l'enregistreur inclut divers filtres, ainsi que le logiciel Perception d’HBM pour le traitement, l'analyse et la visualisation sur écran d'un très grand nombre de données. Le GEN5i est un enregistreur de transitoires, qui enregistre des signaux extrêmement rapides et uniques. Ce type de signal est bien souvent une caractéristique des essais destructifs des matériaux, des tests pyrotechniques et des mesures de tension. L'enregistreur peut être configuré et démarré rapidement, grâce à son interface utilisateurs extrêmement simple et au logiciel de propriété industrielle.

Analyse d’impacts d’oiseaux une partie du "projet E-Break"

L'installation de mesure configurée au laboratoire du département des sciences appliquées sur les matériaux contribue au déroulement du projet E-Break, qui tourne depuis octobre 2012 et se poursuivra jusqu’à septembre 2016 inclus, projet financé par la Commission Européenne. « E-Break a été programmé pour limiter les émissions et les nuisances du bruit provoquées par l’aviation » explique Frederik Allaeys. Les fabricants de moteurs pour l’aéronautique essayent d'optimiser l'efficacité de leurs moteurs afin de réduire au minimum les émissions de CO2 et de NOX, mais aussi de réduire la consommation de carburant et les coûts de maintenance.

Ces contraintes ont amené au développement de moteurs haute pression, qui sont non seulement plus petits de moitié mais tournent considérablement plus vite et génèrent des températures beaucoup plus élevées. Cela affecte la conception des moteurs et les matériaux à employer, car les moteurs doivent être extrêmement puissants mais ne doivent pas être plus lourds. De nouveaux matériaux composites et alliages titane-aluminium ont été introduits pour répondre à ces exigences. Les technologies, les matériaux et les composants très cruciaux pour le développement de ce nouveau type de moteurs sont examinés dans le cadre d’E-Break. Les impacts d'oiseaux représentent seulement une petite partie du projet, mais fournissent une information essentielle pour la conception et la sûreté des nouvelles générations de moteur et de leurs composants. »

Notre client

Université de Gand

Contactez-nous Nous sommes à votre écoute pour répondre à toutes vos demandes.