ACCÉLÉRER L’ÉLECTRIFICATION DES AVIONS GRÂCE À LA RÉTRO-INGÉNIERIE ET À LA NUMÉRISATION 3D

L’électrification des véhicules a fait couler beaucoup d’encre et a également obtenu du temps d’antenne ces dernières années, car elle représente une alternative convaincante aux voitures et aux camions traditionnels fonctionnant au carburant.

Mais saviez-vous également que les équipes de R&D de l’aérospatiale et les groupes de recherche universitaires se lancent dans une course au développement d’avions électriques afin d’atténuer la montée en flèche des coûts associés à la consommation de carburant des avions ainsi que l’impact négatif des avions à carburant sur l’environnement? Selon l’Association internationale du transport aérien, le carburant représente près de 50 % du coût total d’opération d’un avion. C’est un argument convaincant en faveur de l’électrification des avions. Et les constructeurs d’avions misent là-dessus.

L’Université de Sherbrooke, une université avant-gardiste de la province de Québec, ouvre également la voie aux avions électriques. Vingt et un étudiants du département de génie mécanique de l’université ainsi que des étudiants des collèges de la région font leur part pour transformer l’industrie aérospatiale. Leur projet, HERA (Hybrid Extended Range Aircraft), est un projet de fin d’études, qui s’étendra sur deux ans, et qui consiste à électrifier un avion biplace KR-2.

Pour réaliser cet exploit, l’équipe a utilisé le scanner HandySCAN 3D de Creaform pour les inspections, le contrôle de la qualité et la rétro-ingénierie. « L’objectif de notre projet est de prouver la viabilité de l’utilisation de l’électricité pour la propulsion des avions et de développer un prototype haute performance entièrement fonctionnel d’un KR-2 électrique – le tout premier avion électrique de construction amateur au Canada », a expliqué François Lachance, l’un des responsables du projet.

« La deuxième mission du projet est de partager le savoir-faire et les compétences que nous avons développés au cours des derniers mois avec d’autres écoles et entreprises aérospatiales afin qu’elles puissent bénéficier de nos découvertes et développer leurs propres versions électriques ou hybrides ».

Techniques de conception de produits en rétro-ingénierie et développement de nouveaux produits

En tant que principal commanditaire du projet, Creaform a offert à l’équipe de l’HERA un scanner HandySCAN 3D afin que les différents membres de l’équipe puissent effectuer diverses inspections dimensionnelles. Le scanner a également été utilisé pour faire de la rétro-ingénierie sur l’ensemble de l’avion afin d’obtenir une modélisation adéquate.

Numérisation 3D : rétro-ingénierie pour construire des modèles 3D

« Comme l’avion a été construit par des individus, nous ne disposions d’aucun modèle 3D. De plus, le prototype initial n’était pas nécessairement parfaitement symétrique et les dimensions réelles de certains composants différaient de celles de nos plans d’assemblage », explique M. Lachance.

Un processus de conception rapide par rétro-ingénierie

Grâce aux technologies de mesure 3D de Creaform, l’équipe a pu créer rapidement et avec précision des modèles numériques de la structure interne et externe de l’avion, le tout en un weekend et avec l’aide de trois membres de l’équipe.

Analyse de produit par rétro-ingénierie

Lachance a déclaré : « La qualité du modèle numérique était très cruciale pour nous aider à concevoir les différents systèmes de l’avion ». L’équipe a été particulièrement impressionnée par la capacité du HandySCAN 3D à aider les experts à analyser rapidement un produit en utilisant la rétro-ingénierie. Sa portabilité et son exactitude (jusqu’à 0,030 mm) ont rendu l’ensemble du processus efficace. Le logiciel VXmodel de Creaform et ses fonctions de numérisation vers la CAO, qui ont aidé l’équipe à rationaliser facilement leurs maillages 3D en modèles CAO dans leur logiciel CAO préféré, étaient également très faciles à utiliser.

La numérisation 3D accélère les processus de mesure et d’inspection

Lachance a également mentionné que le HandySCAN 3D a accéléré l’ensemble des processus de mesure et d’inspection, qui auraient été fastidieux, auraient pris trop de temps et auraient augmenté la probabilité d’erreurs s’ils avaient été effectués manuellement. Encore plus impressionnant : l’équipe a estimé que si elle avait utilisé des méthodes traditionnelles et manuelles, il lui aurait fallu jusqu’à 300 heures pour réaliser le processus de mesure et de numérisation. Avec le HandySCAN 3D, il ne leur a fallu que 80 heures !

En outre, les modèles 3D générés par le HandySCAN 3D ont permis à l’équipe de réaliser des Analyses par éléments finis (FEA) sur la structure de l’avion. HERA est le fruit d’une collaboration entre l’équipe de développement et les principaux commanditaires, dont Bombardier, Pratt & Whitney Canada, Siemens, Unither Bioélectronique, Optis Ingénierie, Creaform, L3 Harris, le Conseil national de recherches du Canada et MayaHTT. « Il s’agit d’une excellente occasion pour les intervenants de l’industrie de travailler côte à côte avec des étudiants en génie prometteurs afin de bâtir l’avenir des puissants avions électriques », a ajouté M. Lachance.

Pour l’instant, le principal objectif de l’équipe, d’un point de vue technique, est de prouver que son prototype peut voler. L’avion sera initialement dévoilé pour la première fois lors de l’événement d’ingénierie de fin d’année de l’Université de Sherbrooke et de l’une des plus grandes expositions du Canada présentant des projets d’ingénierie, au début de décembre 2019. Les premiers essais au sol seront effectués pour tester la manœuvrabilité et la puissance de l’avion en janvier 2020. En même temps, l’avion sera également inspecté par Transports Canada. « Nous sommes dans les derniers kilomètres pour voir notre projet prendre vie ! »

« L’avion sera doté d’un moteur électrique et de batteries très puissantes », a indiqué Lachance. « L’un des principaux défis a été de concevoir et d’assembler une batterie lithium-ion de façon sécuritaire. Cela signifie que nous avons dû effectuer plusieurs tests pour atténuer l’emballement thermique ainsi que pour déterminer les niveaux de performance électrique et mécanique du moteur ».

En outre, un autre défi auquel l’équipe a été confrontée a été d’intégrer de manière transparente tous les systèmes de l’avion. « Comme notre avion est une première en Amérique du Nord, les normes et standards de navigabilité n’ont pas encore été développés ou certifiés pour ce type de propulsion électrique. La sécurité des batteries et du pilote est primordiale », a souligné M. Lachance.

Les travaux de l’équipe d’HERA ont été réalisés dans une pièce dédiée à l’hébergement de véhicules électriques, par opposition à un environnement de laboratoire fermé. « Nous avions la certitude que l’exactitude et la répétabilité de nos résultats de mesure n’étaient pas compromises en raison de l’emplacement de nos travaux ». M. Lachance attribue le fait que leurs résultats n’ont pas été compromis au fait que le HandySCAN 3D est un appareil autopositionné et à son système de référencement dynamique qui verrouille la position du scanner sur la pièce, ce qui le rend insensible aux mouvements et aux vibrations.

Le projet HERA de l’Université de Sherbrooke n’est qu’un exemple de la façon dont la trousse pédagogique ACADEMIA de Creaform aide les facultés d’ingénierie du monde entier à profiter des avantages des solutions de mesure 3D pour les aider à repousser les limites de la technologie. En fait, de nombreuses universités développe des laboratoires gérés par des étudiants, afin que les ingénieurs de demain puissent apprendre la métrologie de façon pratique et élaborer des projets étonnants grâce à ce domaine émergent et aux technologies de mesure 3D qui y sont associées.

Restez à l’affût des prochains résultats des tests d’HERA et des futures contributions de Creaform à ce projet novateur!