ACTUALITÉ SCIENTIFIQUE
ET INNOVATION DE L'ÉTS
Automatisation du changement d’angle d’une aile dans la soufflerie Price – Païdoussis du LARCASE - Par : Antoine Machetto, David Communier, Ruxandra Botez, Oscar Carranza Moyao, Tony Wong,

Automatisation du changement d’angle d’une aile dans la soufflerie Price – Païdoussis du LARCASE


Antoine Machetto
Antoine Machetto Profil de l'auteur(e)
Antoine Machetto est un étudiant français issu de l’EPF, École d’Ingénieur-e-s. Il a effectué son stage scolaire au sein du LARCASE. Antoine fait partie de la filière mécanique de l’EPF afin de mieux se spécialiser dans ce domaine.

David Communier
David Communier Profil de l'auteur(e)
David Communier a obtenu son baccalauréat en génie de la production automatisée et sa maîtrise en aérospatiale à l’ÉTS. Il est doctorant en génie aérospatial à l’ÉTS. Il se spécialise dans les ailes déformables pour des avions autonomes.

Ruxandra Botez
Ruxandra Mihaela Botez est professeure au Département de génie des systèmes à l’ÉTS. Elle est spécialiste en modélisation et simulation de vols d’aéronefs, d’hélicoptères, de systèmes de vol, et d’ailes déformables.

Tony Wong
Tony Wong est professeur au Département de génie de la production automatisée à l’ÉTS. Ses intérêts de recherche sont les algorithmes d’optimisation multicritères évolutionnaires, l’’apprentissage machine et la programmation parallèle.

Une balance aérodynamique a été créé pour faciliter les tests en soufflerie
RÉSUMÉ:

Des étudiants-chercheurs de l'ÉTS ont conçu une balance aérodynamique permettant de tourner automatiquement des pièces de modèles à échelle réduite dans une soufflerie à des angles précis afin de calculer les coefficients de portance, de traînée et de moment. Cette balance aérodynamique a été installée dans la soufflerie subsonique Price–Païdoussis du Laboratoire de recherche en commande active, avionique et aéroservoélasticité (LARCASE) de l'École de technologie supérieure (ÉTS) de Montréal. Elle permet de réduire considérablement la durée des tests de soufflerie nécessitant la rotation de pièces de modèles à échelle réduite.

Most clés : soufflerie, balance aérodynamique, test, portance, trainée, moment

Introduction

Dans une soufflerie, il faut être en mesure de tourner fréquemment des pièces à des angles précis pour calculer les coefficients de portance, de traînée et de moment. La soufflerie subsonique Price – Païdoussis du Laboratoire de recherche en commande active, avionique et aéroservoélasticité (LARCASE) de l’École de technologie supérieure (ÉTS) de Montréal ne disposait jusqu’à tout récemment que d’un système manuel de rotation des pièces.

Les étudiants-chercheurs du laboratoire LARCASE ont conçu une balance aérodynamique permettant de tourner automatiquement des pièces et, de cette façon, réduire considérablement le temps alloué à la réalisation des tests requis en soufflerie.

Balance aérodynamique conçue

La balance aérodynamique permet d'automatiser les changements d'angles

Figure 1 Partie d’une aile posée sur le plateau porteur de la balance dans la soufflerie

Photo de la partie inférieure de la balance aérodynamique du LARCASE

Figure 2 Partie inférieure de la balance aérodynamique

La balance aérodynamique permet de faire une rotation automatique d’une pièce disposée dans la soufflerie Price – Païdoussis. Cette balance a été conçue et fabriquée à l’ÉTS. Les composantes de cette balance aérodynamique sont les suivantes :

  • Un moteur électrique
  • Un carter muni d’une vis sans fin
  • Le plateau porteur
  • Un axe central
  • Une base de soutien

Une carte de contrôle permet d’activer le moteur pour obtenir une position précise à une vitesse de rotation choisie.

Choix du moteur électrique et de la carte de contrôle

Le moteur recherché devait être à un coût abordable et être contrôlable de façon à obtenir un ratio précis de rotation.  Le système de contrôle doit faire tourner automatiquement le plateau porteur à un angle donné pour effectuer des tests en soufflerie sur une aile d’avion ou toute autre pièce.

Moteur de la balance aérodynamique

Figure 3 Moteur pas à pas choisi

Les chercheurs ont évalué les caractéristiques de trois types de moteurs : un moteur pas à pas, un moteur à courant continu et un servomoteur. Ils ont choisi le moteur pas-à-pas NEMA 23 de Phidgets (57STH56 NEMA 23 Bipolar Precision Gearless). Il possède les caractéristiques recherchées et il est économique (28 $ US) (figure 3).

 

 

 

Carte de contrôle de la balance aérodynamique

Figure 4 Carte de contrôle

Pour ce type de moteurs, la carte de contrôle proposée se détaille 95 $ US (PhidgetStepper Bipolar HC) (Figure 4). Plusieurs systèmes de codage informatique pour contrôler le moteur peuvent être utilisés :  les langages de programmation C, Python et Java ou encore le logiciel LabVIEW. Nous utilisons déjà le logiciel LabVIEW pour la lecture des forces sur la balance aérodynamique : nous allons contrôler le moteur avec ce logiciel, ce qui  permet d’utiliser une seule interface lors des tests.

 

 

 

 

 

Modélisation des pièces

Afin de mieux visualiser le système rotatif du changement d’angle à effectuer, une modélisation sur le logiciel CATIA V5 a été réalisée. Un premier assemblage a été réalisé avec un engrenage planétaire.  Malheureusement, son prix était trop élevé. Nous avons fait une seconde modélisation aussi performante avec un engrenage de type « roue et vis sans fin ».

Le moteur fait tourner l’axe horizontal entraînant la rotation de la « vis sans fin » fixée sur lui. Les dents de la vis sans fin incrustées dans les creux de la roue dentée, entraînent sa rotation (Figure 5).

Vis sans fin à la base du mécanisme de la balance aérodynamique

Figure 5 Principe de fonctionnement de la vis sans fin

L’axe central est relié à la roue dentée, mais aussi au plateau porteur (Figure 6). Le plateau peut ainsi tourner correctement. Pour compléter l’assemblage, il suffit de faire le montage de l’ensemble des pièces.

La balance aérodynamique a été créée par le LARCASE

Figure 6 Dessin d’assemblage des pièces principales de la balance aérodynamique

Contrôle du moteur

Pour faciliter l’utilisation de la balance aérodynamique, une interface graphique conçue à l’aide du logiciel LabVIEW est fournie avec le moteur. Il s’agit d’un panneau de contrôle muni de curseurs faisant varier la position, la rapidité et l’accélération du moteur (Figure 7).

User interface image for the aerodynamic balance

Figure 7 interface graphique du panneau de contrôle.

Grâce à cette automatisation, les variations d’angle se font à partir d’un ordinateur de la salle de soufflerie, rendant les tests plus rapides. En effet, nous pourrons effectuer les mesures de 30 angles et 4 vitesses d’air dans la soufflerie en moins de 30 minutes. Auparavant, ces tests auraient nécessité plus de 9 heures en changeant d’angles manuellement.

La balance aérodynamique réalisée aidera à effectuer des travaux de recherche importants et plus précis qui seront validés expérimentalement dans la soufflerie Price- Païdoussis. Plusieurs articles ont été rédigés au laboratoire LARCASE portant sur des études numériques expérimentalement validées dans la soufflerie Price- Païdoussis. Des exemples de ces travaux sont : des études numériques sur l’aile déformable de l’ATR-42 (Réf. 1 et 2), des études de modélisation aéro-structurelle d’une aile en utilisant CATIA V5 et XFLR5 (Réf. 3), des études sur de la conception d’un contrôleur de position et des techniques de calibration en soufflerie (Réf. 4, 5 et 6).

Les étudiants qui ont créé la balance aérodynaique

Figure 8 David Communier, étudiant au doctorat et Antoine Machetto, étudiant en stage élève-ingénieur devant la chambre d’essai en soufflerie

Antoine Machetto

Profil de l'auteur(e)

Antoine Machetto est un étudiant français issu de l’EPF, École d’Ingénieur-e-s. Il a effectué son stage scolaire au sein du LARCASE. Antoine fait partie de la filière mécanique de l’EPF afin de mieux se spécialiser dans ce domaine.

Programme : Génie de la production automatisée  Génie aérospatial 

Laboratoires de recherche : LARCASE – Laboratoire de recherche en commande active, avionique et aéroservoélasticité 

Profil de l'auteur(e)

David Communier

Profil de l'auteur(e)

David Communier a obtenu son baccalauréat en génie de la production automatisée et sa maîtrise en aérospatiale à l’ÉTS. Il est doctorant en génie aérospatial à l’ÉTS. Il se spécialise dans les ailes déformables pour des avions autonomes.

Programme : Génie de la production automatisée  Génie aérospatial 

Chaire de recherche : Chaire de recherche du Canada en technologies de modélisation et simulation des aéronefs 

Laboratoires de recherche : LARCASE – Laboratoire de recherche en commande active, avionique et aéroservoélasticité 

Profil de l'auteur(e)

Ruxandra Botez

Profil de l'auteur(e)

Ruxandra Mihaela Botez est professeure au Département de génie des systèmes à l’ÉTS. Elle est spécialiste en modélisation et simulation de vols d’aéronefs, d’hélicoptères, de systèmes de vol, et d’ailes déformables.

Programme : Génie de la production automatisée 

Chaire de recherche : Chaire de recherche du Canada en technologies de modélisation et simulation des aéronefs 

Laboratoires de recherche : LARCASE – Laboratoire de recherche en commande active, avionique et aéroservoélasticité 

Profil de l'auteur(e)

Oscar Carranza Moyao

Profil de l'auteur(e)

Oscar Carranza Moyao est associé de recherche à l’ÉTS.

Chaire de recherche : Chaire de recherche du Canada en technologies de modélisation et simulation des aéronefs 

Laboratoires de recherche : LARCASE – Laboratoire de recherche en commande active, avionique et aéroservoélasticité 

Profil de l'auteur(e)

Tony Wong

Profil de l'auteur(e)

Tony Wong est professeur au Département de génie de la production automatisée à l’ÉTS. Ses intérêts de recherche sont les algorithmes d’optimisation multicritères évolutionnaires, l’’apprentissage machine et la programmation parallèle.

Programme : Automated Manufacturing Engineering 

Laboratoires de recherche : LIVIA – Laboratoire d'imagerie, de vision et d'intelligence artificielle 

Profil de l'auteur(e)