Installations d'essais aérospatiaux structurels en grandeur réelle

Les installations d'essais structuraux en grandeur réelle (ESGR) du CNRC répondent aux besoins de la clientèle commerciale et militaire en matière de validation de concept et de certification, notamment grâce à des essais statiques, de fatigue, de durabilité et de tolérance aux dommages, et ce, pour des éléments allant d'un aéronef à ses sous-systèmes, composantes et matériaux. À son installation d'Ottawa, qui mesure 25 m de longueur par 18 m de largeur et 7 m de hauteur (80 pi × 60 pi × 20 pi), le CNRC est en mesure d'effectuer simultanément divers tests de grande envergure pour ses clients, parmi lesquels on compte d'importants fabricant d'équipement d'origine. Le CNRC possède d'autres installations d'ESGR qui lui permettent de réaliser des essais balistiques, des essais qui tiennent compte des effets de l'environnement (température et taux d'humidité) ainsi que des essais d'exposition au feu sous chargement (effectués à l'installation nationale d'essai en sécurité incendie du CNRC à Almonte, en Ontario). Pour les essais de plus grande envergure encore, le CNRC a accès à de vastes hangars d'aviation de 40 m de longueur par 42 m de largeur et 9 m de hauteur (130 pi × 140 pi × 30 pi) et de 49 m de longueur par 30 m de largeur et 7 m de hauteur (160 pi × 100 pi × 23 pi).

Capacités et compétences

Notre équipe travaille avec les clients afin de répondre à leurs besoins en matière d'essais dans le cadre du développement de leurs produits aéronautiques ou pour satisfaire aux exigences de certification du gouvernement, tout en respectant leurs engagements et leur échéancier. Lors des essais au sol, notre équipe peut mettre en œuvre de nouvelles technologies, particulièrement dans le domaine de la surveillance de l'état des structures, que l'on pourra ensuite tester en vol puis intégrer aux flottes commerciales.

Voici un aperçu des services offerts par l'équipe d'ESGR du CNRC :

1. Définition des besoins et gestion des essais

Définition des besoins du client et de l'envergure du projet
Élaboration du protocole expérimental et des méthodes d'essai
Gestion du rendement et de la qualité, et systèmes de gestion de projet

2. Conception du banc d'essai

Dimensionnement et optimisation du banc d'essai et des systèmes d'équilibrage connexes
Sélection, dimensionnement et installation des servocommandes et des mécanismes de chargement
Conception de caisson climatique spécialement pour contrôler la température et le taux d'humidité
Pressurisation (ou fuselage pressurisé)
Autres effets environnementaux, selon les exigences du client

3. Développement du spectre des charges

Soutien au client lors de l'établissement de la séquence de base
Élaboration et interprétation des cas de chargement (manœuvres et missions)
Calcul des charges aux interfaces et des servocommandes reproduisant les charges ou les contraintes réelle vol

4. Instrumentation des spécimens

Installation et réparation des capteurs, y compris des jauges de contrainte, cellules de charge, capteurs de déplacement et accéléromètres
Technologie à fibre optique et autres technologies de pointe de détection des dommages et des contraintes pour la surveillance de l'état des structures, permettant une surveillance aux endroits inaccessibles
Caractérisation du champ de contrainte eu utilisant les techniques de corrélation d'images numériques

5. Montage et exécution

Assemblage du banc d'essai
Installation du spécimen à tester
Inspection avant les essais
Vérification des contraintes avant les essais

6. Essais de fatigue

Essais de fatigue allant de sur la cellule complète de l'aéronef à ses sous-systèmes ou éléments
Essais à haute vitesse avec un spectre des charges complexes grâce à un logiciel d'optimisation
Réparations non certifiées pour le vol
Traitement des données, notamment suivi des variations de contraintes et de la propagation des dommages
Vérification périodique des contraintes
Évaluation non destructive par des méthodes d'inspection à la fine pointe de la technologie
Atténuation des risques et minimisation du temps d'inutilisation au moyen de l'analyse de la tolérance aux dommages

7. Essais statiques

test activities ranging from entire airframes, to subsystems and components, including:
- charge maximale théorique
- charge limite
- charge de défaillance
- traitement sur mesure des données

8. Démontage

Démontage et inspection des structures
Fractographie quantitative détaillée des dommages

9. Documentation

Consultations et élaboration de spécifications et de protocoles expérimentaux selon les besoins du client
Rapports d'essais (notamment, définition des essais, plans d'expérimentation, rapports d'étape, rapports sur les dommages et rapports des réparations

Équipement

Vaste assortiment de servocommandes hydrauliques, de cellules de chargement et de servovalves d'une capacité de 4,5 à 979 kN (1,1 à 220 kips)
Quatre systèmes de contrôle à canaux multiples pour les essais statiques et de fatigue
Au-delà de 300 canaux d'acquisition des données
Puissance hydraulique allant jusqu'à 530 l/min à 20 000 kPa (140 gpm à 3 000 psi)
Pont roulant ayant une capacité de 10 tonnes (22 000 lbf)
Caissons climatiques spéciaux pouvant être adaptés aux exigences expérimentales du client

Pourquoi collaborer avec nous

En tant que principal expert canadien en conception de systèmes complexes pour essais de fatigue, le CNRC cumule plus de 60 années d'expérience dans les essais statiques et de fatigue des structures en grandeur réelle. Le CNRC a réalisé plusieurs projets d'ESGR pour le Ministère de la Défense Nationale du Canada et d'importantes sociétés du secteur de l'aéronautique. Le CNRC met l'accent sur la sécurité, la qualité du travail et le professionnalisme. Ses réalisations ont été reconnues à l'échelle mondiale dans le domaine des ESGR en 2002, quand l'International Council of the Aeronautical Sciences lui a décerné le prestigieux prix Von Karman au terme de ses essais exceptionnels de fatigue structurale du F/A-18 Hornet (disponible en anglais seulement). Plus récemment, le CNRC a mis au point plusieurs innovations dans les méthodes d'essai et de surveillance qui sont à présent utilisées par l'industrie aéronautique dans le monde entier, comme par exemple :

Technologies d'essai en grandeur réelle, y compris la compensation interactive de chargement (C³), une technologie que MTS exploite maintenant aux quatre coins du monde grâce à son logiciel de commande (en anglais seulement); cette technologie permet d'effectuer des essais en fatigue avec un spectre de charge plus rapidement grâce à des systèmes à servocommandes multiples
Méthodes avant-gardistes pour la conception des bancs d'essai de fatigue, minimisant la masse des bancs d'essai et des interfaces des spécimens à tester, offrant un meilleur accès aux spécimens en vue des inspections et permettant une application plus fidèle des charges
Suivi des variations de contraintes pour surveiller l'évolution du comportement de la structure durant les essais, afin de permettre une détection précoce les dommages
Analyse de la tolérance aux dommages et évaluation des risques en vue de réduire les besoins d'inspection et de réparation
Suivi de l'état des structures afin de vérifier l'intégrité structurale des aéronefs, de réduire la maintenance des appareils grâce au suivi de leur état opérationnel et d'évaluer le reste de leur vie utile en fonction de leur utilisation
Techniques d'évaluation non destructives à la fine pointe de la technologie permettant d'inspecter les structures métalliques, en matériaux composites ou hybrides, incluant l'étude de la probabilité de détection
Développent d'étalons pour des essais non destructifs simulant les fissures, la corrosion ou les impacts