Banc d'essai d'aile pour simuler le flux d'air
Vérin hydraulique & bloqueur de tige dans le banc d'essai structurel
Airbus – ce nom est synonyme des normes de sécurité les plus élevées, ainsi que d'un réseau de sites européens qui partagent la recherche, le développement et la fabrication. Afin de garantir un tel niveau de sécurité, des simulations et des tests de structure approfondis sont réalisés. Les tests de système, qui simulent également les charges et les conditions environnementales dans différentes phases de vol sur le banc d'essai, sont particulièrement exigeants. Dans le projet présenté, les volets et les becs sont testés sur le banc d'essai de structure.
Comme il s'agit de forces à changement rapide avec des paramètres très irréguliers, les exigences envers les actionneurs qui simulent le flux d'air sont très élevées. C'est pourquoi Airbus Bremen a décidé de se procurer les 26 vérins hydrauliques pour le nouveau banc d'essai auprès de la société Hänchen. À cela s'ajoutent 8 bloqueurs de tige pour la sécurisation du banc d'essai.
Ce qui distingue la technologie de bancs d'essai Hänchen:
- Longue durée de vie des produits
- Propriétés de frottement optimales
- Réaction fiable et précise
- Conseil compétent, même sur site
Image 1 Vérin hydraulique de l'hexapode avec Ratio-Clamp® à bride
Image 2 Avion A380 d'Airbus
Image 3 Banc d'essai d'aile pour simuler le flux d'air.
Exigences techniques Banc d'essai de structure
- Ecart de régulation de 1 % en cas de charge statique et de 4 % lors d'essais dynamiques
- Mouvements minimaux jusqu'à 0,02 m/s
- Mouvements maximaux jusqu'à 1 m/s
- Élément de sécurité pour la protection du personnel d'exploitation et du banc d'essai
Mise en œuvre technique
- Vérin hydraulique série 300 en version Servocop®
- Alésage entre 40 et 160 mm
- Ø tige entre 30 et 110 mm
- Course de 300 à 1 670 mm
- Bloqueurs de tige Ratio-Clamp®
- Force de retenue entre 140 et 300 kN
Le système hypersustentateur
Dans différents domaines d'essai, les vérins hydrauliques de Hänchen ont fait leurs preuves dans de nombreuses générations de la technique des bancs d'essai d'Airbus. Cette expérience positive a également été faite au High-Lift-Test-Center sur le site de Brême. Le développement, la conception et la production de systèmes hypersustentateurs pour les ailes de tous les programmes Airbus, y compris l'A380, y sont réalisés. Les éléments les plus connus du système hypersustentateur sont appelés volets d'atterrissage et becs de bord d'attaque. Pendant les différentes phases de vol, ils adaptent et optimisent les propriétés aérodynamiques des ailes, les systèmes d'entraînement correspondants étant particulièrement sollicités. Ils déplacent les ‚Slats‘, appelés becs de bord d'attaque, ainsi que les ‚Flaps‘ sur le bord de fuite de l'aile. De nombreux composants d'entraînement hydrauliques et électriques positionnent les Slats et les Flaps pendant le décollage, le vol de croisière et l'atterrissage. Des tests approfondis simulent les conditions environnementales, les forces et autres charges qui se produisent. Ainsi, la sécurité du système nécessaire pour le premier vol et l'homologation est assurée et prouvée – et ce, même dans des conditions extrêmes.
Un test approfondi
À Brême, l'examen des vols normaux et des situations extrêmes est effectué afin de prouver la fonctionnalité nécessaire, en particulier pour le système hypersustentateur complexe. Le test du système A350 XWB est également déterminant pour l'homologation de cet avion. Il se distingue des essais précédents par une complexité nettement plus élevée : « Lors des tests à Brême, nous nous concentrons sur chaque détail du système », explique Dipl.-Ing. Michael Johst, responsable de l'exploitation des installations d'essai dans le domaine High-Lift. « Nous avons complètement installé les moteurs d'entraînement originaux, la technique de sécurité et les capteurs du système hypersustentateur afin de tester le système individuel de fond en comble. Ce faisant, nous n'examinons pas seulement différents ‚Normal Operation Cases‘, mais aussi d'éventuelles situations extrêmes. Celles-ci sont reproduites sur le système original afin de prouver que la stabilité du système est garantie en toutes circonstances. En complément des essais sur les bancs d'essai réels, nous utilisons des plateformes de test virtuelles.»
L'hydraulique simule les charges aérodynamiques
Les tests de système vérifient les redondances et la fonction de l'ordinateur de contrôle en interaction avec tous les composants de système et de structure pertinents, ce qui est parfois assez complexe. Sur le banc d'essai, par exemple, les charges aérodynamiques ainsi que les températures hautes et basses de respectivement -56° C minimum et +90° C maximum sont simulées. Un objectif supplémentaire du test du système hypersustentateur chez Airbus à Brême est la qualification de nouveaux composants High-Lift. Là où des forces linéaires agissent dans ces bancs d'essai, des vérins hydrauliques de Hänchen d'Ostfildern près de Stuttgart sont généralement utilisés, en particulier pour la simulation des charges aérodynamiques.
Dans différents domaines d'essai, les vérins hydrauliques de Hänchen ont fait leurs preuves dans de nombreuses générations de la technique des bancs d'essai d'Airbus. Cette expérience positive a également été faite au High-Lift-Test-Center sur le site de Brême. Le développement, la conception et la production de systèmes hypersustentateurs pour les ailes de tous les programmes Airbus, y compris l'A380, y sont réalisés. Les éléments les plus connus du système hypersustentateur sont appelés volets d'atterrissage et becs de bord d'attaque. Pendant les différentes phases de vol, ils adaptent et optimisent les propriétés aérodynamiques des ailes, les systèmes d'entraînement correspondants étant particulièrement sollicités. Ils déplacent les ‚Slats‘, appelés becs de bord d'attaque, ainsi que les ‚Flaps‘ sur le bord de fuite de l'aile. De nombreux composants d'entraînement hydrauliques et électriques positionnent les Slats et les Flaps pendant le décollage, le vol de croisière et l'atterrissage. Des tests approfondis simulent les conditions environnementales, les forces et autres charges qui se produisent. Ainsi, la sécurité du système nécessaire pour le premier vol et l'homologation est assurée et prouvée – et ce, même dans des conditions extrêmes.
Un test approfondi
À Brême, l'examen des vols normaux et des situations extrêmes est effectué afin de prouver la fonctionnalité nécessaire, en particulier pour le système hypersustentateur complexe. Le test du système A350 XWB est également déterminant pour l'homologation de cet avion. Il se distingue des essais précédents par une complexité nettement plus élevée : « Lors des tests à Brême, nous nous concentrons sur chaque détail du système », explique Dipl.-Ing. Michael Johst, responsable de l'exploitation des installations d'essai dans le domaine High-Lift. « Nous avons complètement installé les moteurs d'entraînement originaux, la technique de sécurité et les capteurs du système hypersustentateur afin de tester le système individuel de fond en comble. Ce faisant, nous n'examinons pas seulement différents ‚Normal Operation Cases‘, mais aussi d'éventuelles situations extrêmes. Celles-ci sont reproduites sur le système original afin de prouver que la stabilité du système est garantie en toutes circonstances. En complément des essais sur les bancs d'essai réels, nous utilisons des plateformes de test virtuelles.»
L'hydraulique simule les charges aérodynamiques
Les tests de système vérifient les redondances et la fonction de l'ordinateur de contrôle en interaction avec tous les composants de système et de structure pertinents, ce qui est parfois assez complexe. Sur le banc d'essai, par exemple, les charges aérodynamiques ainsi que les températures hautes et basses de respectivement -56° C minimum et +90° C maximum sont simulées. Un objectif supplémentaire du test du système hypersustentateur chez Airbus à Brême est la qualification de nouveaux composants High-Lift. Là où des forces linéaires agissent dans ces bancs d'essai, des vérins hydrauliques de Hänchen d'Ostfildern près de Stuttgart sont généralement utilisés, en particulier pour la simulation des charges aérodynamiques.
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Image 1 Station de becs avec 14 vérins hydrauliques Hänchen
Image 2 Surveillance et contrôle des essais sur les ailes.
Image 3 À gauche: Dipl.-Ing. Michael Johst, Head of High Lift Rig Operations & Maintenance, d'Airbus Deutschland à Brême.
A350 XWB – le projet le plus récent
Lors des essais des becs de bord d'attaque et des volets de l'A350 XWB, 26 vérins sont utilisés – exclusivement de Hänchen. L'hydraulique est particulièrement adaptée ici en raison de la taille des entraînements, de la densité de puissance, de la qualité de la régulation et de la dynamique, afin de pouvoir simuler de manière optimale les conditions de vol. L'écart de régulation admissible de 1 % en cas de charge statique est respecté grâce aux vérins hydrauliques de Hänchen. Lors des essais dynamiques, l'écart de régulation admissible est de 4 %. Le banc d'essai est conçu pour une durée de 15 à 20 ans. Les exceptions sont les outils spéciaux destinés à l'étude des situations extrêmes, qui sont conçus pour des cycles de charge limités dans des conditions de charge ultime.
Type de fond Servocop®
Ces exigences peuvent être facilement satisfaites en série par les vérins hydrauliques de Hänchen : les vérins hydrauliques de la série 300 utilisés à Brême sont tous conçus dans le type de fond Servocop® en raison des exigences élevées en matière de puissance et de dynamique. La pression d'approvisionnement maximale appliquée est de 250 bars pour les vérins de volet et de 300 bars pour les vérins de bec. Sur le banc d'essai, la pression d'approvisionnement est réduite à 180 bars en raison de la chute de pression nécessaire à la régulation. L'alésage est compris entre 40 et 160 mm, le diametre tige entre 30 et 110 mm pour une course de 300 à 1 670 mm. Les caractéristiques importantes sont une grande précision et un jeu minimal entre le fond et la tige de piston. La surface de glissement garantit des propriétés de frottement optimisées. Une longue durée de vie est assurée par la grande précision de fabrication et le faible jeu de guide. De plus, la version Servocop® offre un mouvement pratiquement sans stick-slip, même à des vitesses de piston très faibles (jusqu'à 0,02 m/s) et très élevées (jusqu'à 1 m/s). C'est pourquoi le type de fond Servocop® est particulièrement adapté à la construction de bancs d'essai et de contrôle comme chez Airbus. À Brême, il s'agit également d'aspects de sécurité pour la protection du personnel d'exploitation et du banc d'essai lui-même, car les dommages peuvent retarder un essai de plusieurs mois. Les entraînements électriques se sont avérés peu efficaces pour ce domaine d'application lors des essais, notamment lors des simulations de charge. Tous les vérins hydrauliques de la nouvelle génération de bancs d'essai sont équipés d'un capteur de position intégré compatible EtherCAT, car ce bus de terrain temps réel est devenu la norme à Brême. La régulation des actionneurs, alimentés hydrauliquement de manière centrale depuis le sous-sol, s'effectue par la charge et la position. La régulation de la charge de la simulation de charge aérienne dépend de la position respective dans le système d'origine. Pour les plus petits bancs d'essai, le fabricant de vérins hydrauliques fournit également des unités d'entraînement complètes avec accumulateur, vanne et autres éléments.
Lors des essais des becs de bord d'attaque et des volets de l'A350 XWB, 26 vérins sont utilisés – exclusivement de Hänchen. L'hydraulique est particulièrement adaptée ici en raison de la taille des entraînements, de la densité de puissance, de la qualité de la régulation et de la dynamique, afin de pouvoir simuler de manière optimale les conditions de vol. L'écart de régulation admissible de 1 % en cas de charge statique est respecté grâce aux vérins hydrauliques de Hänchen. Lors des essais dynamiques, l'écart de régulation admissible est de 4 %. Le banc d'essai est conçu pour une durée de 15 à 20 ans. Les exceptions sont les outils spéciaux destinés à l'étude des situations extrêmes, qui sont conçus pour des cycles de charge limités dans des conditions de charge ultime.
Type de fond Servocop®
Ces exigences peuvent être facilement satisfaites en série par les vérins hydrauliques de Hänchen : les vérins hydrauliques de la série 300 utilisés à Brême sont tous conçus dans le type de fond Servocop® en raison des exigences élevées en matière de puissance et de dynamique. La pression d'approvisionnement maximale appliquée est de 250 bars pour les vérins de volet et de 300 bars pour les vérins de bec. Sur le banc d'essai, la pression d'approvisionnement est réduite à 180 bars en raison de la chute de pression nécessaire à la régulation. L'alésage est compris entre 40 et 160 mm, le diametre tige entre 30 et 110 mm pour une course de 300 à 1 670 mm. Les caractéristiques importantes sont une grande précision et un jeu minimal entre le fond et la tige de piston. La surface de glissement garantit des propriétés de frottement optimisées. Une longue durée de vie est assurée par la grande précision de fabrication et le faible jeu de guide. De plus, la version Servocop® offre un mouvement pratiquement sans stick-slip, même à des vitesses de piston très faibles (jusqu'à 0,02 m/s) et très élevées (jusqu'à 1 m/s). C'est pourquoi le type de fond Servocop® est particulièrement adapté à la construction de bancs d'essai et de contrôle comme chez Airbus. À Brême, il s'agit également d'aspects de sécurité pour la protection du personnel d'exploitation et du banc d'essai lui-même, car les dommages peuvent retarder un essai de plusieurs mois. Les entraînements électriques se sont avérés peu efficaces pour ce domaine d'application lors des essais, notamment lors des simulations de charge. Tous les vérins hydrauliques de la nouvelle génération de bancs d'essai sont équipés d'un capteur de position intégré compatible EtherCAT, car ce bus de terrain temps réel est devenu la norme à Brême. La régulation des actionneurs, alimentés hydrauliquement de manière centrale depuis le sous-sol, s'effectue par la charge et la position. La régulation de la charge de la simulation de charge aérienne dépend de la position respective dans le système d'origine. Pour les plus petits bancs d'essai, le fabricant de vérins hydrauliques fournit également des unités d'entraînement complètes avec accumulateur, vanne et autres éléments.
«Nous aimons travailler avec les vérins hydrauliques et les bloqueurs de tige Hänchen, car ils ont fait leurs preuves et la qualité est au rendez-vous.»
Dipl.-Ing. Michael Johst, Airbus
La structure des bancs d'essai High-Lift
Pour le banc d'essai High-Lift de l'A350 XWB, Airbus a reproduit fidèlement les systèmes de l'aile gauche, tandis que le côté droit est représenté de manière raccourcie. Les stations de bec sont chargées par un agencement de 14 vérins et sont directement reliées aux composants du système par des crémaillères. Sur les volets intérieurs et extérieurs du bord de fuite, la simulation de charge est soutenue par des hexapodes. Les actionneurs sont respectivement 6 vérins hydrauliques. Des entraînements linéaires pneumatiques sont placés sur les vérins hydrauliques afin de soutenir les mouvements rapides avec une faible masse.
Coupe schématique d'un bloqueur de tige Ratio-Clamp® avec un Servocop® Système de joints
Pour le banc d'essai High-Lift de l'A350 XWB, Airbus a reproduit fidèlement les systèmes de l'aile gauche, tandis que le côté droit est représenté de manière raccourcie. Les stations de bec sont chargées par un agencement de 14 vérins et sont directement reliées aux composants du système par des crémaillères. Sur les volets intérieurs et extérieurs du bord de fuite, la simulation de charge est soutenue par des hexapodes. Les actionneurs sont respectivement 6 vérins hydrauliques. Des entraînements linéaires pneumatiques sont placés sur les vérins hydrauliques afin de soutenir les mouvements rapides avec une faible masse.
Coupe schématique d'un bloqueur de tige Ratio-Clamp® avec un Servocop® Système de jointsBloqueur de tige Ratio-Clamp®
Afin de fixer les hexapodes en toute sécurité, même sans pression appliquée et pour une durée illimitée, tous les vérins hydrauliques des volets sont équipés d'un bloqueur de tige Ratio-Clamp® monté par bride. Ce blocage breveté est conçu, selon le vérin, pour une force de retenue comprise entre 140 et 300 kN. La force est stockée dans des ressorts à disque hélicoïdaux et bloque la tige en cas de chute de pression par un assemblage conique par adhérence. Les groupes de ressorts utilisés et la longueur du cône définissent avec précision la force de serrage et la pression de déverrouillage. Ce processus de serrage peut être déclenché par une désactivation ciblée, par une baisse de pression ou par une panne d'énergie ainsi que par des dommages au système. La force de serrage est alors maintenue sans alimentation en énergie pendant une durée quelconque, jusqu'à ce que la pression de déverrouillage soit de nouveau appliquée et que la tige de piston soit ainsi libérée. Lorsque la pression est appliquée, la tige peut être déplacée dans les deux sens avec un faible frottement. L'utilisation du bloqueur de tige Ratio-Clamp® offre également les avantages typiques d'un système hydraulique : densité de puissance élevée et réaction précise en raison de la compressibilité minimale du fluide. Ainsi, les dommages aux bancs d'essai coûteux d'Airbus, par exemple en cas de défaillance de l'alimentation hydraulique, sont pratiquement exclus.
Afin de fixer les hexapodes en toute sécurité, même sans pression appliquée et pour une durée illimitée, tous les vérins hydrauliques des volets sont équipés d'un bloqueur de tige Ratio-Clamp® monté par bride. Ce blocage breveté est conçu, selon le vérin, pour une force de retenue comprise entre 140 et 300 kN. La force est stockée dans des ressorts à disque hélicoïdaux et bloque la tige en cas de chute de pression par un assemblage conique par adhérence. Les groupes de ressorts utilisés et la longueur du cône définissent avec précision la force de serrage et la pression de déverrouillage. Ce processus de serrage peut être déclenché par une désactivation ciblée, par une baisse de pression ou par une panne d'énergie ainsi que par des dommages au système. La force de serrage est alors maintenue sans alimentation en énergie pendant une durée quelconque, jusqu'à ce que la pression de déverrouillage soit de nouveau appliquée et que la tige de piston soit ainsi libérée. Lorsque la pression est appliquée, la tige peut être déplacée dans les deux sens avec un faible frottement. L'utilisation du bloqueur de tige Ratio-Clamp® offre également les avantages typiques d'un système hydraulique : densité de puissance élevée et réaction précise en raison de la compressibilité minimale du fluide. Ainsi, les dommages aux bancs d'essai coûteux d'Airbus, par exemple en cas de défaillance de l'alimentation hydraulique, sont pratiquement exclus.
À Brême, Hänchen est obligatoire
« Nous aimons travailler avec les vérins hydrauliques et les blocages Hänchen, car ils ont fait leurs preuves et la qualité est au rendez-vous », résume l'ingénieur d'essai en chef Johst. « Nous avons acquis cette expérience depuis nos premiers essais de sustentation en 1980. Même si nous travaillons avec plusieurs partenaires dans de nombreux domaines : Ici, Hänchen Standard est la norme pour nous. »
« Nous aimons travailler avec les vérins hydrauliques et les blocages Hänchen, car ils ont fait leurs preuves et la qualité est au rendez-vous », résume l'ingénieur d'essai en chef Johst. « Nous avons acquis cette expérience depuis nos premiers essais de sustentation en 1980. Même si nous travaillons avec plusieurs partenaires dans de nombreux domaines : Ici, Hänchen Standard est la norme pour nous. »
Jörg Beyer, mediaword
© Hänchen 2013
© Hänchen 2013
Notre compétence en tant que fabricant de bancs d'essai et de machines d'essai
Des projets internes et clients complexes font aujourd'hui de Hänchen un fournisseur de qualité fiable de machines d'épreuve complètes. Cela reflète notre développement de compétences de longue date - en commençant par la construction de vérins, en passant par les composants électroniques et les systèmes d'entraînement complets. Désormais, Hänchen propose à ses clients des machines entières, y compris les axes d'entraînement, le bâti et les éléments de machine.
- Plus d'un demi-siècle de compétence en matière d'hydraulique et de joints
- Vaste expérience dans la conception individuelle et la réalisation de projets clients
- Expérience dans la conception individuelle systématisée de machines industrielles et de rétrofit
- Technique de mesure, de commande et de régulation, régulation en temps réel, acquisition de valeurs de mesure, capteurs, connexion de bus de terrain et évaluation
- Développement de notre propre logiciel modulaire, incluant une interface graphique pour la commande et le contrôle, ainsi que la communication au niveau du processus
- Planification et réalisation de machines d'essai
- Construction de bancs d'essai personnalisée
- Concepts de sécurité complets jusqu'à PLe conformes à la directive machines, conformité CE, logiciel de sécurité