Entrer dans l'espace avec un test de relevé modal en moins de quatre jours

S'orienter vers le secteur spatial

Le Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) est l'agence spatiale allemande, qui gère le programme national du gouvernement. En stimulant l'excellence scientifique et en exploitant l'expertise technologique, le DLR vise à renforcer la commercialisation et la compétitivité de l'industrie spatiale allemande.

L'institut d'aéroélasticité du DLR est un institut de recherche de premier plan qui réalise régulièrement des expériences et des essais de dynamique structurelle spécialisés pour des tiers, tels que des entités aérospatiales. Situé à Göttingen, en Allemagne, l'institut s'est traditionnellement concentré sur les essais aéronautiques, et a développé son expertise et ses installations pour les essais de vibrations au sol (GVT), l'excitation vibratoire multiaxiale, la mesure des signaux instationnaires et les bancs d'essai pour les tunnels aérodynamiques. Plus récemment, l'institut a évolué pour mener également des activités telles que des tests de relevé modal (MST) pour l'industrie spatiale.

"Nous sommes bien placés pour appliquer au secteur spatial notre vaste expérience et les méthodes d'essai éprouvées que nous utilisons pour étudier les avions et réaliser des essais rapides, fiables et rentables", explique Julian Sinske, responsable des essais de dynamique structurelle au DLR.

Pour le DLR, la capacité à générer des résultats de tests précis dans des délais courts est essentielle pour l'analyse et la modélisation de haute qualité que l'institut est fier de fournir. À cette fin, le DLR utilise depuis plusieurs années les solutions de test de Siemens Digital Industries Software. "Nous connaissons désormais très bien les produits de test de Siemens et nous bénéficions de la possibilité de les intégrer à nos propres techniques et algorithmes", rapporte M. Sinske.

Conquérir l'espace

Le projet Bartolomeo d'Airbus Defence and Space est un bon exemple d'utilisation commerciale potentielle de la Station spatiale internationale (ISS). Lors du test, le DLR a utilisé le matériel Simcenter™ SCADAS™ Mobile à 192 canaux, qui fait partie de la plateforme commerciale Siemens Xcelerator composée de logiciels, de matériel et de services, en tant qu'équipement de mesure critique pour un test de relevé modal destiné à mettre à jour le modèle de simulation d'éléments finis (EF) du satellite Bartolomeo. Cela a permis à l'équipe de simuler et de prédire des éléments tels que la manière dont la plateforme s'accouplerait avec le lanceur, ce qui n'était possible que par simulation et analyse. La fiabilité était donc essentielle.

Pour ce faire, le DLR devait recueillir des données expérimentales précises afin de valider ou d'améliorer la fidélité du modèle EF. La configuration Simcenter SCADAS Mobile comportait deux ordinateurs centraux et était capable de mesurer 192 signaux simultanément. Après être passé de Simcenter SCADAS 3 à Simcenter SCADAS Mobile au cours de l'année écoulée, le DLR a réalisé son premier grand test industriel en utilisant ce matériel puissant, mais compact et flexible.

"D'après notre expérience, Simcenter SCADAS a toujours été fiable et n'a jamais posé problème, c'est pourquoi nous étions extrêmement confiants dans le système mis à jour", confirme M. Sinske. Le passage à Simcenter SCADAS Mobile offre une flexibilité supplémentaire pour gérer différents types de tests. Le système d'acquisition de données est polyvalent et peut être utilisé sans problème pour des tests de relevé modal, des essais GVT ou autres.

Flexibilité et rapidité

Selon M. Sinske, l'architecture ouverte de Simcenter est également entrée en jeu lors de la configuration des données de test avec le logiciel Simcenter Testlab™.

"Simcenter Testlab est bien adapté aux tests à grande échelle comme celui-ci, en particulier grâce à la souplesse de personnalisation qu'il offre", déclare M. Sinske. Par exemple, outre l'algorithme PolyMax de Siemens fonctionnant en arrière-plan, le DLR a pu intégrer ses propres algorithmes dans Simcenter Testlab afin de l'adapter à ses besoins de test spécifiques. L'équipe du DLR a également personnalisé l'interface utilisateur et projeté les résultats sur la paroi du laboratoire afin d'avoir une bonne vue d'ensemble de la progression des tests. Les premières mesures étant disponibles moins d'une heure après l'installation, l'ensemble de la configuration a permis d'obtenir des résultats beaucoup plus rapidement que dans des scénarios de test comparables.

Dans l'ensemble, le test, qui a été réalisé en moins de quatre jours, a permis d'obtenir des résultats fiables et qualitatifs à une vitesse sans précédent. L'ensemble des données dynamiques structurelles qui en résulte a permis à Airbus de déterminer le modèle modal approprié, d'identifier les non-linéarités et de mettre à jour le modèle d'éléments finis (FEM). En effet, AIRBUS Defence and Space a pu commencer à mettre à jour le modèle alors que les mesures étaient encore en cours. "Airbus avait des attentes très élevées, auxquelles nous avons pu répondre grâce aux outils adéquats dont nous disposions", ajoute M. Sinske. "Nous avons pu analyser immédiatement environ 80 % des données pour le rapport de test final."

"L'ensemble du test s'est déroulé comme prévu. Nous devions travailler aussi vite que possible pour fournir rapidement les données requises. Simcenter SCADAS Mobile et Simcenter Testlab nous ont aidés à atteindre cet objectif."

En route vers le succès futur

En appliquant des méthodologies éprouvées et des outils fiables à ses capacités de test, l'institut d'aéroélasticité du DLR a créé une approche de test reproductible qui lui permet de passer facilement de l'aviation à l'espace. "Nous utilisons le même matériel et les mêmes logiciels pour les tests GVT et MST, et nous avons mis en place un plan", explique M. Sinske. "Les projets comme celui-ci nous donnent une plus grande confiance dans notre façon de travailler et dans les outils que nous utilisons."

Aujourd'hui, l'équipe s'appuie sur cet élan pour introduire de nouvelles méthodes et technologies de test pour l'avenir, notamment des méthodes intégrant l'intelligence artificielle (IA) et l'automatisation.

En tirant parti de l'agilité de Simcenter SCADAS Mobile et de la flexibilité de Simcenter Testlab, le DLR a réussi à créer un modèle de test rapide, efficace et fiable dans le domaine aérospatial, pour les structures situées de part et d'autre de la ligne de Kármán, la limite entre l'atmosphère terrestre et l'espace.

"J'espère qu'il y aura beaucoup d'autres projets de ce type", déclare M. Sinske. "Nous disposions d'un processus solide, d'une bonne planification et d'outils de test performants, ce qui nous a permis de réduire le nombre d'erreurs et d'obtenir des résultats rapides."