Aerospace Testing
L'aérospatiale est un secteur stratégique de l’économie. Les développements dédiés aux vols entièrement autonomes et sans pilote - Advanced Air Mobility (AAM) et Unmanned Air Systems (UAS) – sont en pleine expansion; de grandes avancées dans le domaine de la gestion des vols et systèmes de contrôle les accompagnent. Dans l'écosystème du „New Space“, des entreprises privées coopèrent avec les organisations spatiales établies et boostent, dans le monde entier, le développement de lanceurs afin de répondre à la demande croissante en prestations de lancement dans l'espace. Dans l'optique d'un avenir plus durable, l'industrie aéronautique mise en effet sur le développement à moyen terme de systèmes de propulsion basés sur les Sustainable Aviation Fuels (SAF) et à plus long terme sur l’hydrogène. Les flottes existantes sont modernisées et les besoins en matière d'entretien des aéronefs – Maintenance, Repair and Overhaul (MRO) – sont en augmentation constante
Grâce à nos systèmes d’essai bien adaptés à l’essai de matériau aux températures cryogéniques allant de -253°C (20K) aux systèmes d’essai haute-température allant jusqu’à 2 000°C, nous permettons à nos clients de développer des matériaux et structures de construction légère toujours plus performants. Découvrez nos conseils sur l’essai mécanique des matériaux métalliques, des plastiques renforcés de fibres et composites sandwich, des matériaux céramiques et sur l’essai des éléments de fixation pour applications aérospatiales afin de valoriser votre expérience et compétence. Les machines d'essai des matériaux statiques et dynamiques de ZwickRoell sont utilisées, dans le monde entier, par nos clients du secteur aérospatial à tous les niveaux de TRL, et permettent des solutions d’essai accréditées NADCAP.
Matériaux métalliques Composites Haute-température Températures cryogéniques Éléments de fixation Essai de dureté Projets client
Les alliages d’aluminium sont en raison de leurs poids spécifiques, des processus de fabrication et méthodes de calcul établis largement utilisés dans les structures aérospatiales. Les alliages de titane, une autre catégorie de matériaux métalliques légers, possèdent également de très bonnes caractéristiques de poids, une résistance à la corrosion bien supérieure à celle de l'aluminium et de très bonnes propriétés à haute température. Ils sont donc particulièrement utilisés pour les pièces soumises à de fortes contraintes mécaniques et pour les composants de moteurs. Dans une moindre mesure, des alliages d’acier à haute-résistance sont également présents dans des éléments de structure soumis à de fortes contraintes.
Des progrès importants en matière de procédés de fabrication additive pour matériaux métalliques permettent, de plus, aujourd'hui de concevoir des structures légères très complexes qui ne pouvaient jusqu'alors être réalisées avec les procédés de fabrication traditionnels. Les matériaux métalliques, et notamment les matériaux métalliques légers et leurs alliages, jouent donc un rôle clé dans la conception et fabrication des aéronefs et systèmes spatiaux.
Principales normes d’essai Matériaux métalliques
Outre les méthodes d'essai statiques, les essais de fatigue des matériaux métalliques sont essentiels pour déterminer le comportement des matériaux métalliques utilisés dans les structures aéronautiques et spatiales dans des conditions de charge réelles. Les systèmes d’essai ZwickRoell couvrent toutes les normes courantes dédiées aux matériaux métalliques. Outre les solutions standardisées, nous proposons différents niveaux d'adaptation et systèmes d'essai automatisés pour matériaux métalliques.
Plastiques renforcés de fibres et composites sandwich
Grâce à leurs excellentes propriétés mécaniques de poids, les plastiques renforcés par de fibres et composites sandwich pour structures légères sont bien établis dans la technique aéronautique et spatiale. Les stratifiés en plastique renforcé de fibres de carbone (PRFC), notamment, permettent de simplifier la conception et le dimensionnement des structures aéronautiques grâce à leurs propriétés de fatigue avantageuses. Une résistance à la corrosion plus élevée comparée à celle de matériaux métalliques établis est en outre à l’origine de l'utilisation des plastiques renforcés de fibres dans ce secteur. Le secteur de l’aérospatiale a été et continue d'être pionnier dans le développement continu de systèmes de matériaux composites, de processus de fabrication et, surtout, de méthodes d'essai mécaniques pour la caractérisation des stratifiés composites et composites sandwich.
Outre un large éventail d'essais statiques et dynamiques à température ambiante, les composites utilisés dans les structures aéronautiques font souvent l'objet d'essais dans les limites d’utilisation en température établies de -55°C (-67°F) à 121°C (250°F). Le développement de concepts de propulsion, innovants et durables, qui a connu une forte croissance au cours de ces dernières années, et le stockage d'hydrogène liquide à des températures cryogéniques, plus avantageux pour les gros avions, mettent dorénavant l'accent sur les essais statiques et essais de fatigue à des températures très basses de -253°C (20K).
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Principales normes d’essai des composites dans l’aéronautique et l’aérospatiale
| Méthode d’essai | Norme | Normes usine Airbus / Boeing |
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| Essai de traction des composites |
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| Essai de compression des composites |
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| Essais de cisaillement In-Plane (dans le plan) |
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| Essai de flexion des composites |
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| Résistance à cisaillement interlaminaire ILSS |
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| Compression After Impact CAI |
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| Positionnement du trou et résistance des assemblages |
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| Taux de libération d’énergie interlaminaire |
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Pour déterminer le comportement à haute-température des matériaux métalliques utilisés dans les moteurs d’avion, des seront principalement réalisés sur une machine d’essai statique équipée d’un four haute-température. L’utilisation combinée de la machine d'essai avec une enceinte thermique standard et un four à haute-température permet en outre de couvrir une très large plage de températures, allant des basses températures jusqu'à 1 200 °C. Afin de déterminer, dans des conditions extrêmes, la fiabilité et la longévité de composants soumis à de fortes contraintes, les matériaux métalliques haute-température sont en outre soumis à des essais de fluage et essais de fatigue-fluage, dans le but de spécifier par exemple les limites de fluage et les résistances au fluage à différents niveaux de température. Cela aide nos clients à comprendre le comportement des nouveaux alliages à haute température, à choisir le bon matériau pour une application donnée et fournit des données appropriées pour la conception de pièces soumises à des contraintes à haute température.
La résistance mécanique des matériaux composites céramiques (CMC) peut également être testée à des températures maximales allant jusqu'à 2 000°C. L'aptitude des CMC à des applications spécifiques est alors évaluée à l'aide de tests de résistance à la traction, à la compression, au cisaillement, à la flexion, au fluage et à la fatigue par fluage. Afin de s'assurer que les CMC sont testés dans des conditions de fonctionnement réelles, les essais pourront être réalisés dans des conditions de vide et de gaz inerte, dans des limites d’utilisation en température allant de 650 °C à 2000 °C.
Les système d'essai haute-température de ZwickRoell permettent également de mesurer la déformation sans contact jusqu'à la température maximale. Une défaillance prématurée des éprouvettes sensibles, causée par les entailles de systèmes de mesure par contact habituels, peut ainsi être exclue. Un régulateur haute-température automatique et adaptatif permet en outre une régulation très précise de la température et évite les erreurs de l'opérateur. Les éprouvettes sacrifiées, corrolaire souvent indispensable aux essais à haute-température, ne sont plus nécessaires.
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Les lanceurs spatiaux utilisent différents types de propergols liquides qui devront être refroidis à des températures cryogéniques. Leur choix dépend, pour la production des propergols liquides y compris, des exigences spécifiques de la mission, des performances souhaitées et des possibilités technologiques. Grâce à des décennies d'expérience dans le développement de lanceurs spatiaux, une solide expérience en matière de comportement des différents matériaux à des températures cryogéniques est disponible. Ces connaissances sont cependant peu diffusées voire inexistantes lorsqu’il s’agit de nouveaux systèmes de matériaux. Les fusées utilisées ont, en outre, été conçues pour des lancements uniques, alors que certains systèmes actuels sont conçus pour des lancements multiples et prévoient leur réutilisation. Dans le cadre des futurs concepts de propulsion durable de l'aviation, l'objectif à long terme est donc d'utiliser de l'hydrogène liquide, qui devra être stocké à bord à -253°C (20K).
Grâce à la très longue durée de vie des avions de ligne modernes, l'attention porte désormais sur le comportement statique des matériaux à des températures cryogéniques, mais aussi sur le comportement de fatigue des matériaux utilisés pour la construction des systèmes embarqués. Les connaissances acquises jusqu'à présent sur le comportement des matériaux à des températures cryogéniques dans le domaine spatial ne sont donc que partiellement transposables aux développements futurs de l'aéronautique.
ZwickRoell propose, dans le domaine des méthodes d’essai cryogéniques,
des solutions d’essai statiques et dynamiques pour la caractérisation de matériaux métalliques de même que des plastiques non-renforcés et plastiques renforcés de fibres. Selon les températures cryogéniques à atteindre, des cryostats à immersion (77 K) ou cryostats à écoulement (température ambiante jusqu'à 15K) seront utilisés.
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Outre les propriétés mécaniques des matériaux utilisés dans les structures aéronautiques et spatiales, le comportement de la structure est largement déterminé par les propriétés des assemblages boulonnés et rivetés utilisés de diverses manières. Pour cela, la résistance statique et, à l'aide d'essais dynamiques, la résistance à la fatigue des éléments de fixation mécaniques filetés utilisés, doivent être vérifiées; ces caractéristiques sont notamment définies dans les méthodes d’essai normalisées selon l’ASTM F606 de même que selon NASM 1312-8 et NASM 1312-13.
Pour réaliser ces essais de manière sûre et efficace, ZwickRoell vous propose des solutions d’essai statiques et dynamiques.
Les pièces et composants métalliques destinés aux applications aérospatiales et à la défense doivent répondre aux exigences les plus élevées en matière de fiabilité, de durée de vie et d'intégrité fonctionnelle, parfois dans des conditions d'utilisation extrêmes. Le principe de conception Safe-Life utilisé dans l'aéronautique et l'aérospatiale exclut par exemple toute défaillance ou tout dysfonctionnement d'un composant ainsi conçu pendant sa durée de vie prévue. Les composants métalliques sont par conséquent soumis à une surveillance étroite des processus et à des contrôles précis de la qualité. Dans ce contexte, l’essai de dureté joue également un rôle essentiel.
ZwickRoell propose des machines d’essai de dureté conformes à toutes les méthodes d'essai de dureté établies et normes d'essai internationales.
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