Hélicoptères à grande vitesse produits de manière durable

Hélicoptères à grande vitesse produits de manière durable

Les coques latérales durcies, prêtes à être installées dans le prototype d’hélicoptère RACER. Les coques latérales durcies, prêtes à être installées dans le prototype d’hélicoptère RACER. Crédit : Fraunhofer-Gesellschaft

Rapide, léger et économe en carburant : RACER, l’hélicoptère à grande vitesse atteint des vitesses de vol allant jusqu’à 400 kilomètres par heure. Les composants de sa coque extérieure sont fabriqués par un processus de fabrication innovant et hautement automatisé. Une équipe de recherche du Fraunhofer Institute for Casting, Composite and Processing Technology IGCV a développé cette méthode innovante et durable en collaboration avec Airbus Helicopters.

À plus de 400 kilomètres par heure, RACER (abréviation de Rapid and Cost-Effective Rotorcraft) se déplace dans les airs beaucoup plus rapidement que les hélicoptères conventionnels, qui se déplacent à environ 230 à 260 kilomètres par heure. Mais ce n’est pas la seule particularité qui distingue l’hélicoptère. Les couches supérieures de ses coques latérales sont constituées de plastique renforcé de fibres de carbone (CFRP), le noyau sandwich en nid d’abeilles en résine phénolique. Jusqu’à présent, ces coquilles de sandwich de grande taille étaient produites manuellement par stratification à la main, un processus coûteux et chronophage. En coopération avec Airbus, les chercheurs de Fraunhofer IGCV à Augsbourg ont développé un processus hautement automatisé pour la fabrication des composants de la coque CRFP. Le développement est financé dans le cadre du programme CleanSky 2 de l’Union européenne. L’Institut Fraunhofer pour la dynamique à grande vitesse, Ernst-Mach-Institut, EMI à Fribourg soutient et coordonne les processus de négociation et de communication entre Bruxelles et les instituts Fraunhofer participants. Bel exemple de coordination et d’intégration européennes, la plate-forme de démonstration rassemble plus de 25 consortiums d’organisations industrielles et scientifiques dans 13 pays, soutenus par un écosystème à grande échelle de PME, unies dans l’effort de l’UE pour parvenir à un transport aérien plus propre.

Les segments de coque de 3,4 x 1,5 mètres, fabriqués par ce processus automatisé, forment les parties arrière droite et arrière gauche de la peau extérieure. Ils relient la poutre de queue arrière au cockpit. « À ce jour, les coques ont été fabriquées à l’aide de matériaux légers renforcés de fibres de carbone, mais nous avons avancé le processus de production. Il est désormais basé sur ce que l’on appelle le processus de placement automatisé des fibres », explique Thomas Zenker, scientifique à l’IGCV. Un robot place les matériaux pré-imprégnés continus renforcés de fibres de manière automatisée. Le processus implique l’utilisation de rubans unidirectionnels qui ont de meilleures propriétés mécaniques et génèrent moins de déchets que les composites plastiques à base de toile. Le noyau sandwich, composé de nids d’abeilles en résine phénolique, augmente la rigidité de la structure, sa résistance vient des couches de peau renforcées de fibres. Un film adhésif assure la transmission de la force entre le noyau et les couches de peau.

« Avant que le matériau ne durcisse, le robot place les fibres de haute qualité dans un outil. Il le fait en suivant une méthodologie de programmation spécialement développée. Le concept d’outil a été développé spécifiquement pour la chaîne de processus. Sa surface définit la forme du
fibres au cours du processus AFP. Les géométries complexes des poches sandwich de forme variable sont prises en compte. En d’autres termes, les rubans sont placés précisément là où la structure du composant fini l’exige », explique l’ingénieur, résumant le processus.

RACER détient un énorme potentiel de durabilité

En fonction de la séquence d’empilement et des fibres, un composant CFRP fabriqué à l’aide du processus de placement automatisé des fibres atteint un degré de résilience plus élevé qu’un élément en acier, tout en pesant nettement moins. « C’est un aspect important de l’aviation, où chaque kilogramme économisé permet de réduire la consommation de carburant », explique le chercheur. Le matériau économisé réduit le poids des segments de coque de cinq pour cent.

Cela peut améliorer l’empreinte écologique jusqu’à 15 % par segment de coque, en fonction du mix énergétique utilisé lors de la production.

Placement automatisé des fibres pour des processus à faibles déchets

Les processus de production avancés offrent également des avantages supplémentaires : grâce au processus plus efficace, Zenker et son équipe sont en mesure de réduire les déchets de production de 45 à 20 %, par exemple. Selon le nombre d’hélicoptères produits, le processus automatisé est également en mesure de réaliser une économie de coûts de production par rapport à la méthode de lay-up manuelle conventionnelle. A une cadence de production de 65 hélicoptères par an, cette économie s’élève par exemple à 20 %.

Les deux parties latérales du prototype d’hélicoptère ont été achevées en août 2020. Airbus a ensuite pris en charge le processus de durcissement et les tests de matériaux non destructifs, qui impliquent l’utilisation d’ultrasons pour examiner les composants à la recherche de défauts potentiels. Les nouvelles combinaisons de matériaux et de processus de production nécessitent un examen minutieux, en particulier dans les secteurs critiques pour la sécurité tels que l’aviation. Des caractéristiques supplémentaires des échantillons de matériaux ont été déterminées et évaluées dans le cadre des procédures d’autorisation de vol. Ces tests mécaniques sont le préalable à respecter pour que le démonstrateur soit autorisé à voler.

Les composants de Fraunhofer IGCV ont réussi le test et sont actuellement assemblés en un prototype. L’hélicoptère durable devrait être achevé et effectuera son premier vol d’essai au début de 2022.

La vitesse élevée qu’il atteint le rend particulièrement adapté à une utilisation dans tous les types de situations d’urgence. Cependant, il pourrait également être utilisé comme taxi aérien pour transporter des passagers entre les centres urbains, sans embouteillage en vue.


Nouveaux procédés de fabrication automatisée de structures composites en fibre et silicone pour la robotique douce


Plus d’information:
www.cleansky.eu/

Fourni par Fraunhofer-Gesellschaft

Citation: Hélicoptères à grande vitesse produits de manière durable (2021, 1er juillet) récupérés le 1er juillet 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-07-sustainably-high-speed-helicopters.html

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