Les essais structurels réalisés sur un avion en grandeurs réelles sont toujours spectaculaires : des fuselages complets et des structures d’ailes enchevêtrés dans des cadres en acier, soumis à des charges extrêmes introduites par des douzaines d’actionneurs, des déformations sur les ailes impressionnantes et l’installation de milliers de jauges de contrainte et de capteurs. Mais en ce qui concerne les essais sur hélicoptères, les choses sont différentes : sans pour autant se départir des aspects structurels, les exigences sont extrêmement spécifiques et diversifiées. Contrairement aux essais sur aéronefs à voilure fixe, pour lesquels la plupart des efforts en termes d’acquisition de données sont concentrés sur des structures de tests grandeur réelle, un laboratoire d’essais type sur hélicoptère dispose d’une multitude de bancs d’essais tous différents les uns des autres.
Un parc de systèmes d’acquisition pour répondre à tous les besoins de tests : HBM accompagne Sikorsky dans la réalisation d’essais complexes sur hélicoptères
Les équipes Sikorsky en charge de l’instrumentation des essais en sol ont été mis au défi de gérer, à la fois, plusieurs scénarios de tests et les nombreuses exigences inerrantes aux systèmes d’essais complexes utilisés pour le développement de leurs hélicoptères. Le challenge consistait à trouver un système d’acquisition de données capable de répondre à l’ensemble de ces besoins d’essais.
Sikorsky a choisi HBM comme partenaire pour développer un parc complet de systèmes d’acquisition répondant à leurs ses toutes ces exigences. Une équipe de gestion de projet, composée de personnes de la société Sikorsky en charge de l’instrumentation et des essais au ainsi que des experts HBM venant d’Allemagne et des États-Unis, a analysé les besoins et démarré le développement d'un concept de système complet permettant de répondre à l’ensemble de leurs problèmes.
Problème
Un hélicoptère est un appareil complexe, composé d’une multitude de systèmes à tester et à qualifier. Par conséquent, le laboratoire d’essais dispose de plusieurs bancs de test, très différents. Disposer d’un système d’acquisition capable de couvrir une large gamme d’applications de tests et de rationaliser plusieurs voies de données en un seul fichier, selon divers scénarios d’essais, offre un avantage important.
Solution
HBM a identifié QuantumX comme étant le système d’acquisition idéal pour répondre aux besoins d’essais de Sikorsky. Ce système modulaire et évolutif offre une architecture flexible, qui répond aux exigences d’un système devant être reconfiguré facilement et rapidement. De plus, QuantumX est conçu pour supporter une gamme extrêmement large de capteurs et d’accéléromètres.
Résultats
La flexibilité et l’évolutivité du système d’acquisition de données QuantumX de HBM permettent désormais à Sikorsky de n’utiliser qu’un seul et unique système d'acquisition de données pour satisfaire tous ses besoins en matière d'essais. Les possibilités d’une reconfiguration rapide du système d’acquisition de données QuantumX, se prête parfaitement aux multiples configurations d’essais nécessaires à Sikorsky.
En ce qui concerne les essais sur hélicoptères
Gamme d’essais requis
Les pièces rotatives (moyeux, maillons de tension, arbres, leviers, etc.) concentrent les efforts en ce qui concerne les tests de composants. Les tests réalisés peuvent passer par des bancs d'essais simples et de petite dimension, notamment pour une simple biellette de commande dans une configuration de charge uniaxiale, à des installations plus complexes, pour un moyeu de rotor principal, par exemple. Une partie importante des recherches se concentre sur les pales. Les pales du rotor principal et du rotor anticouple doivent être qualifié au moyen d'essais de fatigue simulant le cycle de vie complet, en appliquant un facteur de sécurité important. Les pales d'hélicoptère sont extraites de la production de manière aléatoire sont transformées en spécimen de test, moyennant l’ajout d’interfaces nécessaires pour le montage sur le banc d’essais. Les charges exercées étant très élevées, les pales sont systématiquement testées sur une courte section, afin de gérer plus efficacement l’insertion de la charge et la déflexion.
Airframe testing is of very high importance. The fuselage is tested in full scale configuration for fatigue and static test clearance. Large test structures, dozens of actuators and many thousands of strain gauges are common on this kind of test.
In certain cases, fuselage sections can also be tested separately on smaller test benches for more in-depth analysis.
Les boîtes de vitesses et la transmission sont des éléments très critiques. Des bancs d’essais spécifiques sont installés afin de tester la durée de vie complète d’une transmission, simulant des charges émanant du rotor et des conditions extrêmes, comme des surcouples ou des fuites d’huile. Les mesures effectuées dans ces domaines ont tendance à se concentrer sur le couple, la rotation, la pression et la température. De plus, tous les actionneurs, systèmes hydrauliques et de commande jouent un rôle essentiel pour le contrôle de l’engin et ne peuvent en aucun cas tomber en panne ou présenter des défaillances.
Cela implique que les scénarios d’essais les plus importants inclut des mesures de température, de charge et de pression. Sur une échelle légèrement plus grande, pour les campagnes d'essais environnementales, de simples composants, comme des cellules entières, peuvent être testés en chambres climatiques afin de vérifier leur résistance au froid ou chaleur extrême. En effet, il est indispensable de s’assurer que tous les composants critiques de l’appareil restent efficaces et réactifs, même lors de conditions climatiques difficiles.
Une seule et unique solution pour l’acquisition de données
Imaginez maintenant que vous êtes ingénieur d’essais et que vous êtes chargé de spécifier un système d’acquisition de données pour la large gamme d’applications nécessaire à la conception d’un hélicoptère, vous aurez une idée du challenge que les équipes d’essais au sol de Sikorsky ont dû relever. Plusieurs scénarios d’essais, de nombreuses contraintes, et un seul objectif : trouver un système d’acquisition unique, capable de répondre à toutes ces exigences. Sikorsky a fait appel au partenariat de HBM pour son nouveau système d’acquisition. Ainsi une équipe projet, composée des ingénieurs Sikorsky en charge de l’instrumentation d’essais au sol de et d’experts de HBM - Allemagne et US, a analysé les exigences et lancé le développement d’un système global.
Lors de la phase de conception, Sikorsky a formulé certaines exigences primordiales, qui allaient jouer un rôle majeur dans la définition du système d’acquisition final.
- Le système devait supporter tous les capteurs et transducteurs susceptibles d'être utilisés par les laboratoires de la société, avec des types de capteurs configurables par voie individuels, des filtres et des taux d’échantillonnage sur le matériel embarqué. De plus, les données de bus d’avionique numériques MIL-STD-1553 et ARINC-429 devaient être enregistrées.
Le système d’acquisition de données devait être placé dans une armoire spécifique, nommée « Shell ».
- Cette armoire « Shell » devait être mobile, compacte, de conception robuste, et offrir une interface efficace avec le système d’acquisition de données. Une connectivité sans fil et Ethernet était nécessaire.
L’armoire « Shell » devait pouvoir être restructurée rapidement en ajoutant, en supprimant ou échangeant des modules de mesure sans l’utilisation d’outils, dans un délai de reconfiguration n’excédant pas 5 minutes.
Les modules de mesure devaient permettre un fonctionnement hors de l’armoire « Shell », sous la forme de systèmes d’acquisition compacts et portables.
- Le système devait pouvoir s'interfacer avec l'infrastructure réseau existante de l'entreprise via une connexion Ethernet sans fil, en téléchargeant des données à partager en cours d’essai.
- Le système devait pouvoir être relié aux systèmes de sécurité/d’arrêt et aux systèmes de contrôle existants de Sikorsky, garantissant la connectivité de verrouillage et la capacité de comptage de cycle.
QuantumX Data Acquisition System
HBM a identifié QuantumX comme étant le système DAQ idéal pour répondre aux besoins d’essais de Sikorsky. Ce système modulaire et évolutif offre une architecture flexible, qui répond aux exigences d’un système devant être reconfiguré facilement et rapidement. De plus, QuantumX est conçu pour supporter une gamme extrêmement large de capteurs et d’accéléromètres.
À la suite des essais et des consultations, le résultat de la collaboration Sikorsky et HBM, est une armoire « Shell » capable d’accueillir 18 modules QuantumX, offrant un nombre total de plus de 250 voies, basé sur des modules à 16 voies haute densité. Chaque armoire « Shell » est une station d’acquisition de données mobile entièrement autonome. De plus, grâce à l’enregistreur de données QuantumX CX22B-W, qui exploite le logiciel PC catman®AP de HBM, il n’est plus nécessaire de disposer d’un PC supplémentaire.
Station d’acquisition sur mesure basée sur le système flexible QuantumX
L’armoire « Shell » inclut :
- Armoire mobile légère
- Large écran monté sur la partie supérieure
- Système d'alimentation sans coupure (onduleur) géré en réseau
- Switch Ethernet compatible PTP pour un fonctionnement en réseau
- Connectivité sans fil à haut débit
- Fonction chien de garde
- Eclairage intérieur, multiples brosses, supports de fixation des câbles
- Tiroir coulissant, clavier et touchpad
- Porte arrière vitrée verrouillable
Avec l’équipement de HBM, les ingénieurs d’essais au sol Sikorsky disposent dorénavant d’un parc de systèmes d’acquisition satisfaisant en tous points leurs besoins d’essais. La conception sur mesure permet une reconfiguration extrêmement rapide pour adapter le système à différents scénarios de tests. De plus, le logiciel catman®AP installé sur l’enregistreur de données CX22B-W inclut des fonctionnalités spécifiques aux essais de fatigue, comme un enregistrement des données cyclique et plusieurs enregistreurs en parallèle.
Grâce à la flexibilité et à l’évolutivité du système d’acquisition QuantumX, les applications à grand nombre de voies sont désormais possibles en reliant plusieurs armoires ensemble données, avec une synchronisation de milliers de voies et enregistrement dans un seul fichier.
A propos de Sikorsky
Depuis le vol du premier hélicoptère au monde en 1939, la société, Sikorsky est restée le leader du secteur grâce à son engagement en faveur de l’innovation, de l’excellence et de la sécurité.
Sikorsky (une société Lockheed Martin) fournit des aéronefs à usage militaire et à voilure tournante aux cinq divisions des forces armées américaines, de même qu'à des organes militaires et à des opérateurs commerciaux dans 40 pays.