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Accélérer l'électrification des avions grâce à la numérisation 3D

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Ces dernières années, l'électrification des véhicules a fait couler beaucoup d'encre et de temps d'antenne en tant qu'alternative convaincante aux voitures et camions traditionnels fonctionnant au carburant.

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Mais saviez-vous aussi que les équipes de R&D aérospatiales et les groupes de recherche universitaires s'affrontent pour développer des avions électriques afin d'atténuer la montée en flèche des coûts liés 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 de possession d'un avion. Cela constitue un argument convaincant en faveur de l'électrification des avions. Et les constructeurs d'avions misent sur cet argument.

L'Université de Sherbrooke, une université d'avant-garde au Québec, ouvre également la voie aux avions électriques. Vingt-et-un étudiants du département de génie mécanique de l'université ainsi que des étudiants du collège local 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 en l'électrification d'un avion biplace KR-2. Pour réaliser cet exploit, l'équipe a utilisé le scanner 3D HandySCAN de Creaform pour les inspections, le contrôle de la qualité et la rétroingénierie : "Le but de notre projet est de prouver la viabilité de l'utilisation de l'électricité pour la propulsion des avions et de développer un prototype entièrement fonctionnel et performant d'un KR-2 électrique, le tout premier avion domestique électrique au Canada", explique François Lachance, 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"

À titre de commanditaire principal du projet, Creaform a offert à l'équipe HERA un scanner HandySCAN 3D afin que les différents membres de l'équipe puissent effectuer diverses inspections dimensionnelles ainsi que la rétroingénierie de l'ensemble de l'appareil. "Comme l'avion a été construit par des particuliers, nous n'avions pas de modèles 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"

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 une fin de semaine et avec l'aide de trois membres de l'équipe. A déclaré M. Lachance : "La qualité du modèle numérique a été très importante pour nous aider à concevoir les différents systèmes de l'avion" L'équipe a été particulièrement impressionnée par la portabilité et la précision (jusqu'à 0,030 mm) du HandySCAN 3D, ainsi que par la facilité d'utilisation du logiciel VXmodel de Creaform et de ses fonctions de numérisation vers la CAO, qui ont permis à l'équipe de rationaliser facilement ses maillages 3D en modèles CAO dans son logiciel de CAO préféré.

M. Lachance a également mentionné que le HandySCAN 3D a accéléré l'ensemble des processus de mesure et d'inspection, qui auraient été lourds et auraient pris trop de temps et 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 manuelles traditionnelles, il lui aurait fallu jusqu'à 300 heures pour effectuer le processus de mesure et de numérisation. Avec le HandySCAN 3D, il ne leur a fallu que 80 heures !

De plus, les modèles 3D générés avec 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 résultat d'une collaboration entre l'équipe de développement et les principaux sponsors, qui comprennent Bombardier, Pratt & Whitney Canada, Siemens, Unither Bioélectronique, Optis Ingénierie, Creaform, L3 Harris, le Conseil national de recherches du Canada et MayaHTT. "C'est une excellente occasion pour les acteurs de l'industrie de travailler côte à côte avec des étudiants en ingénierie prometteurs pour créer l'avenir des puissants avions électriques", a ajouté M. Lachanced.

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 d'abord dévoilé pour la première fois lors de l'événement de fin d'année de l'Université de Sherbrooke et de l'une des plus grandes expositions canadiennes présentant des projets d'ingénierie au début de décembre 2019. Les premiers essais au sol seront effectués pour tester la maniabilité 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 équipé d'un moteur électrique et de batteries très puissantes", a indiqué M. Lachance. "L'un des principaux défis a été de concevoir et d'assembler une batterie au lithium-ion de manière sûre. 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 dû faire face était 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 noté M. Lachance.

Les travaux de l'équipe HERA ont été réalisés dans une salle dédiée à l'hébergement des véhicules électriques - par opposition à un environnement de laboratoire fermé. "Nous avions la certitude que la précision et la répétabilité de nos résultats de mesure n'étaient pas compromises en raison de l'emplacement de notre travail" Lachance attribue le fait que leurs résultats n'ont pas été compromis grâce au HandySCAN 3D qui est un dispositif d'auto-positionnement et à son système de référencement dynamique qui verrouille la position du scanner sur la pièce, la rendant imperméable aux mouvements et aux vibrations.

Le projet HERA de l'Université de Sherbrooke n'est qu'un exemple de la façon dont l'ensemble éducatif ACADEMIA de Creaform aide les facultés d'ingénierie du monde entier à bénéficier des avantages des solutions de mesure 3D pour les aider à repousser les limites de la technologie. En fait, de nombreuses universités lancent des laboratoires gérés par les étudiants avec des scanners 3D afin que les ingénieurs de demain puissent apprendre la métrologie sur le tas et développer des projets étonnants avec ce domaine émergent et ses technologies de mesure 3D associées.

Restez à l'écoute pour connaître les résultats des prochains tests d'HERA et les futures contributions de Creaform à ce projet novateur !

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