Innovation dans l'aviation civile

Des vols plus sécuritaires grâce aux recherches du CNRC sur le givrage

À l'hiver 2019, une équipe de chercheurs participant au projet ICICLE (pour In-Cloud Icing and Large-Drop Experiment, ou expérience sur les grosses gouttes et le givrage dans les nuages) ont effectué plus de 100 heures de vol dans des nuages de précipitations et des nuages propices à la formation de givre, au‑dessus du secteur ouest des Grands Lacs. En effet, durant six semaines, des chercheurs du Conseil national de recherches du Canada (CNRC) et d'Environnement et Changement climatique Canada ont réalisé 30 vols dans l'une des régions les plus sujettes à la formation de givre en Amérique du Nord. Leur objectif : recueillir des données sur les grosses gouttes surfondues (pluie verglaçante et bruine verglaçante) et sur les conditions dans lesquelles elles se forment.

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Insuffler une dose d'innovation dans la fabrication d'injecteurs de carburant

Les injecteurs (ou buses) de carburant jouent un rôle essentiel dans les moteurs industriels dérivés de l'aéronautique, mais leur fabrication à pièces multiples exige une main‑d'œuvre abondante et présente un taux de rejet considérable. C'est pourquoi Siemens Canada a approché le Conseil national de recherches du Canada (CNRC) avec un concept hautement intégré de buse par fabrication additive qui comporte beaucoup moins de pièces que les buses traditionnelles. Ce nouveau concept novateur qui avait le potentiel de rendre la fabrication plus efficace ne respectait pas toutefois les tolérances requises pour les rigueurs du transport aérien.

C'est ici qu'entre en scène l'équipe interdisciplinaire de spécialistes du CNRC, laquelle a aidé Siemens à mettre au point des procédés de fabrication d'injecteurs de carburant et à valider leur fonctionnement. En effet, les laboratoires expérimentaux du CNRC ont permis de non seulement améliorer la précision du procédé de fabrication à 5 axes de l'injecteur, mais aussi mettre au point une technique pour le soudage de matériaux et formes dissemblables. Grâce à ces innovations, la buse a pu passer de l'étape de la conception aux premières étapes de la production. De plus, le CNRC a effectué des tests de validation cruciaux pour démontrer la fonctionnalité des composants et connaître leur durée de vie, le tout afin que Siemens puisse mettre en service en toute confiance les nouvelles pièces issues de la fabrication additive.

« Siemens Canada considère le CNRC comme un partenaire stratégique en matière de procédés de fabrication et d'essai, surtout en ce qui touche la mise au point de notre combustion. »

La lutte contre le bruit des avions

Entre 1960 et 1980, le trafic aérien et l'urbanisation ne faisaient pas bon ménage autour des aérogares. L'engouement pour les voyages en avion posait de sérieux problèmes immobiliers.

Des scientifiques du CNRC ont étudié les effets du bruit dans les quartiers proches des aéroports, ce qui a entraîné la création d'un logiciel novateur pour aider les architectes et les constructeurs à réduire cette nuisance. Le logiciel intégrait les propriétés acoustiques des matériaux à l'intensité du bruit mesurée dans les maisons voisines des aérogares. Ainsi, on pouvait établir comment un emplacement différent et l'utilisation de certains éléments de construction affectaient le confort des habitants. Le CNRC a modifié l'une de ses souffleries pour mesurer le son des pièces d'avion fendant l'air, notamment le train d'atterrissage, ce qui a aussi permis aux chercheurs d'étudier le bruit émis par des pièces précises.

À présent, les avionneurs viennent au CNRC pour s'assurer que le moteur de leurs appareils ne dépasse pas les seuils de tolérance pour le bruit et les vibrations. Le CNRC recourt aussi à la modélisation sur ordinateur pour prévoir l'intensité du bruit dans la cabine. Enfin, le CNRC a contribué à atténuer les problèmes liés au bruit dans les aérogares et permis une meilleure planification de leurs agrandissements, des nouveaux aéronefs et des couloirs de circulation aérienne.

Préparer l'avenir de la mobilité aérienne

Les systèmes aériens sans pilote transformeront radicalement nos villes en réduisant la circulation automobile et en accélérant la mobilité. Cette vision futuriste comporte toutefois ses défis sur le plan autant de l'aérodynamisme que de l'acoustique.

Le Conseil national de recherches du Canada (CNRC) a travaillé avec Bell Helicopter pour surmonter certains de ces défis, dont l'un consiste à mesurer le bruit généré par la soufflante canalisée axiale, une partie du système de propulsion des taxis aériens qui permet aux appareils de se déplacer vers l'avant après avoir été en position de décollage ou d'atterrissage à la verticale.

Les normes régissant le bruit ne sont pas encore fixées, et la réglementation à cet égard n'est pas au point, mais Bell Helicopter vise à limiter le bruit de ces appareils à 62 dB à une altitude de 250 pieds (76 mètres).

À la soufflerie de 9 mètres du CNRC, il est possible de réaliser des essais et d'évaluer les pales en grande réelle et de recueillir des données sur l'aérodynamique et l'acoustique selon différents paramètres, notamment la vitesse anémométrique, la géométrie, les angles d'attaque et les angles de calage des pales du rotor. Les résultats obtenus dans la soufflerie ont été corrélés aux conditions à l'air libre.

« Chaque nouvelle technologie apporte son lot de défis, et le CNRC compte plus de 300 spécialistes techniques qui peuvent aider les entreprises à faire tomber les barrières auxquelles elles sont confrontées aux étapes du développement, de la mise à l'essai et de certification de leurs produits. »

Une nouvelle perspective aérienne pour étudier notre territoire

La technologie d'imagerie hyperspectrale conçue au Conseil national de recherches du Canada (CNRC) permet de surveiller entre autres les espèces envahissantes et les pipelines.

Cette technologie d'imagerie hyperspectrale exploite les longueurs d'onde de proche infrarouge et d'infrarouge court du spectre électromagnétique pour détecter des caractéristiques qui sont invisibles à l'œil nu. Élaboré en partenariat avec l'Université McGill, le système UAV‑μCASI peut être ajouté à des véhicules aériens sans pilote pour effectuer de la surveillance en basse altitude.

Le système UAV-uCASI détecte de très petits pixels (< 5 cm), et il fournit des informations suffisamment détaillées sur les caractéristiques des plantes pour permettre de cartographier les espèces rares et menacées, et de détecter les espèces envahissantes.

Cette technologie a également des applications commerciales. Le capteur CASI, plus grand, peut être installé dans un système aéroporté et a été utilisé pour surveiller les fuites dans les pipelines, ce qui permet aux entreprises de faire des économies tout en atténuant les dégâts potentiels pour l'environnement et de réduire les dommages environnementaux.

« Grâce à la collaboration entre notre laboratoire de télédétection appliquée et l'équipe de l'imagerie hyperspectrale du CNRC, nous avons pu explorer de toutes nouvelles applications environnementales et devenir des chefs de file de la recherche axée sur les drones. »

Système indicateur de lieu d'accident

Trouver un avion qui s'écrase dans un coin perdu, surtout le Grand Nord canadien, sans signal de détresse revient à chercher une aiguille dans une botte de foin. Le meilleur système expérimental comptait trop de pièces pour être exploitable : un parachute, des amortisseurs, une antenne extérieure articulée, deux bras orientables et un ballonnet de flottaison!

Pour y remédier, le légendaire ingénieur du CNRC Harry Stevinson a inventé, dans les années 40, un appareil sans pièces mobiles, mais intégrant un émetteur, une antenne et un système permettant de détacher l'appareil de l'aéronef, et ce dans un tout petit réceptacle. Fixé au fuselage, un mécanisme à ressort permettait au dispositif de se détacher lors du choc et de le faire tomber à une distance sûre de l'appareil. L'ingénieur avait conçu un revêtement protecteur et un amortisseur robuste que les ondes radio pouvaient traverser. Une antenne diffusait le signal, peu importe son orientation par rapport au sol. Le dispositif flottait et résistait au feu; il a fini par être fabriqué par Leigh Instruments, près d'Ottawa.

À présent, la fameuse « boîte noire » comprend un enregistreur de vol et accompagne tous les aéronefs commerciaux de la planète. Subséquemment, le CNRC a acquis une grande expertise dans la récupération des données à partir des enregistreurs de vol endommagés.

Commande de vol électrique

En 2003, le CNRC était reconnu pour ses travaux novateurs dans le développement de commandes de vol électriques pour les hélicoptères. Les premiers appareils à en être dotés furent créés en 1960, au laboratoire réservé à cette fin. Les nouvelles commandes permirent au pilote de se concentrer sur d'autres tâches pendant que des ordinateurs et des signaux électroniques prenaient en charge les commandes.

Les scientifiques testèrent cette technologie sur un hélicoptère Bell adapté par le CNRC pour servir de simulateur de vol aérien. Depuis, le CNRC n'a cessé de mettre au point de nouveaux types de commandes électriques et dirige un des centres de formation pour pilotes parmi les plus sophistiqués du monde.

Des yeux plus perçants dans le ciel

Dans les années 1930, les pilotes de brousse se mirent à explorer le nord, la carte du Canada demeurant incomplète. Le CNRC joua un rôle déterminant dans l'aventure en mettant au point un équipement efficace et peu coûteux pour les levés aériens, de sorte que l'on put élaborer des cartes détaillées et recenser avec précision les richesses naturelles.

Après maints essais, notamment dans des souffleries ultramodernes, le CNRC améliora de manière draconienne la stabilité et les qualités aéronautiques des accessoires destinés aux appareils photo servant aux levés aériens. Grâce aux recherches et aux concepts du CNRC, les pilotes de brousse disposèrent ainsi des outils pour identifier les objets du haut du ciel et compléter la carte du Canada.

Le Beaver de Havilland

Le CNRC perfectionna les patins du Beaver de De Havilland, l'avion de brousse le plus populaire du pays, en les allégeant, en les rendant plus aérodynamiques et en réduisant leur adhérence à la neige.

Parsemé de lacs, de montagnes et de forêts sur un sol parfois gelé en permanence, le Nord canadien se prête mal à l'aménagement de pistes d'atterrissage ordinaires. Pourtant, des pilotes acheminent du matériel, quelquefois même des gens, dans les coins les plus reculés du pays. Pour cela, ils ont besoin d'un appareil sûr, capable d'atterrir et de décoller rapidement sur l'eau, la neige et des terrains parsemés d'arbres et de rochers.

En 1947, de Havilland Canada dévoilait son DHC‑2 Beaver, un appareil à décollage et atterrissage courts (ADAC) dont le montage industriel a débuté l'année suivante. Très polyvalent, le Beaver a surpassé les attentes des pilotes, tant dans les airs que sur l'eau ou sur les pistes. Cependant, l'Air Service ontarien a demandé au CNRC d'améliorer les skis de l'appareil. Les ingénieurs du CNRC y sont parvenus en mettant au point des skis plus légers et aérodynamiques, qui adhéraient moins à la glace. Ils se sont ensuite rapidement attaqués à d'autres aspects en testant la performance de l'appareil en vol et en soufflerie, en redessinant ses ailes, en modifiant son moteur et en perfectionnant les capacités ADAC du Beaver et de ses successeurs, l'Otter et le Twin Otter.

Après plus d'un demi-siècle, les aviateurs révèrent encore les centaines de Beaver et d'Otter qui poursuivent inlassablement leurs vols vers les coins les plus retirés de la planète, et sont prêts à payer le prix fort pour s'en procurer un. Avec les 1 692 exemplaires produits, le Beaver a établi un record canadien en construction aéronautique et a lancé l'industrie des avions ADAC au pays.