Une nouvelle approche pour tester des matériaux avancés destinés aux cellules d’aéronef
Responsable de 2 % des émissions totales de CO2 dans le monde, le secteur de l’aviation doit s’efforcer de réduire son empreinte carbone. Un bon point de départ est la cellule d’aéronef elle-même. «Plus l’avion est lourd, plus il consomme de carburant», explique Alfonso Carpio Rovira, responsable du programme de R&D chez Applus Laboratories. «Le fuselage, qui représente entre 20 et 30 % du poids total de l’aéronef, pourrait être allégé et ainsi contribuer à réduire la consommation de carburant et donc les émissions de carbone.» De combien d’économies parlons-nous? Selon certaines estimations, les cellules d’aéronef fabriquées en alliages d’aluminium-lithium (Al-Li) peuvent réduire le poids d’une cellule de 10 %, ce qui se traduit par une augmentation de 20 % de l’efficacité en carburant. Afin d’aider les concepteurs d’aéronefs à exploiter le potentiel de réduction des émissions de carbone des cellules plus légères, Applus, soutenu par le projet DEMONSTRATE financé par l’UE, et en collaboration avec Athena, a entrepris d’évaluer la résistance structurelle de deux nouvelles conceptions de cellules d’aéronef, l’une en alliages AI-Li et l’autre en thermoplastique.
Des méthodologies avancées de simulation et d’essai
En tant que structure critique pour la sécurité, chaque composant d’une nouvelle cellule d’aéronef doit faire l’objet d’essais et de validations rigoureux. C’est là que le projet DEMONSTRATE entre en jeu. «Notre objectif était de démontrer l’intégrité structurelle de ces panneaux de fuselage en utilisant des méthodologies de simulation et d’essai avancées associées à des données expérimentales», explique Alfonso Carpio Rovira. La première étape a consisté à développer la technologie nécessaire, y compris une méthode d’essai virtuel pour définir les conditions limites et de charge des panneaux raidis. «Garantir des conditions limites correctes à l’aide d’un outil flexible à plusieurs degrés de liberté s’est avéré plus difficile que prévu», ajoute Alfonso Carpio Rovira. Pour surmonter cet obstacle potentiel, Athena a développé un modèle réaliste à éléments finis (FEM pour «finite element model») pour prédire le comportement et fournir des lignes directrices pour la conception optimale de l’outillage. D’autres technologies clés comprennent un large éventail de techniques de mesure et de méthodes de simulation avancées.
Un banc d’essai grandeur nature
Ces technologies ont ensuite été intégrées dans un banc d’essai grandeur nature innovant, rentable et facilement adaptable pour les panneaux de fuselage. Le banc a été utilisé pour une campagne d’essais optimisée des panneaux composites et métalliques. Plus précisément, les chercheurs ont utilisé le banc pour réaliser des essais statiques sur des panneaux métalliques et thermoplastiques avancés courbes et autoraidis, tels que ceux utilisés sur le fuselage d’un avion d’affaires typique. Il a également été utilisé pour réaliser un essai d’endurance sur un panneau courbe AI-Li de 4e génération, autoraidi, dans des conditions réelles.
Un effort mutuellement bénéfique
Cette campagne d’essais a permis aux chercheurs de déterminer que cette nouvelle méthodologie d’essai et ce nouvel outillage peuvent réduire de moitié la durée et le coût des essais. «Il s’agit d’un résultat important pour Applus, car le fait de pouvoir améliorer les délais et les coûts de nos services sans sacrifier la précision augmentera la compétitivité de nos activités d’essai et contribuera à mettre plus rapidement ces matériaux importants sur le marché», a déclaré Alfonso Carpio Rovira. Athena bénéficie également de son implication dans le projet. L’entreprise prévoit de poursuivre le développement de ses modèles FEM en vue d’une utilisation dans les universités et l’industrie. «L’acquisition d’une grande quantité d’informations à l’aide d’une corrélation d’images numériques précises ouvre la voie à une meilleure corrélation des expériences avec les modèles FEM», ajoute George Lampeas d’Athena. «Elle contribuera ainsi à une validation plus précise de ces derniers tout en améliorant leur fiabilité et donc leur utilité dans les environnements de développement industriel.»
Source: DEMonstration Of Novel fuSelage sTructuRAl inTEgrity - Résultats de la recherche de l'UE.