Une nouvelle technologie renforce la sécurité des composants du moteur

Des capteurs et des logiciels intelligents permettent de surveiller les paramètres essentiels à la qualité des lingots tout au long des processus de fusion.

Conception et fabrication aérospatiales | Paul E. King et Andrew J. Elliott

Les voyages aériens commerciaux n’ont jamais été aussi sûrs. Mais des pannes mécaniques peuvent toujours se produire, et c’est d’ailleurs encore le cas. Le vol UA 328, qui a décollé de Denver, dans le Colorado, le 20 février 2021, a subi une panne moteur catastrophique quatre minutes après le décollage. Heureusement, l'avion a pu regagner l'aéroport et atterrir en toute sécurité. Bien que l'Administration fédérale de l'aviation (FAA) améliore sans cesse les réglementations en matière de sécurité, il reste encore beaucoup à faire pour prévenir les pannes moteur critiques.

Des améliorations peuvent être apportées dès le début du processus de fabrication, lors de la transformation primaire des métaux. Les matériaux doivent être conçus pour résister aux contraintes intenses et aux températures extrêmes auxquelles sont soumis les composants, comme les disques de turbine qui maintiennent les aubes de turbine en place tout en tournant à plus de 10 000 tr/min et à des températures pouvant atteindre 1 700 °C. Les pales de ventilateur sont également vulnérables, comme l’a démontré le vol UA 328. Le Bureau national de la sécurité des transports (NTSB) a déterminé que la cause était la rupture de pales de ventilateur : deux pales se sont fracturées en raison de la fatigue du métal, souvent due à des discontinuités macroscopiques et microscopiques pouvant survenir lors de la transformation primaire des métaux.

Les procédés de fabrication actuels ne permettront pas de produire les composants des moteurs d'avion de demain. Pour répondre à ces normes, il faut une véritable révolution dans la fabrication des pièces, où des procédés irréprochables et des équipements de précision garantissent une confiance absolue dans la capacité des matériaux à atteindre des performances maximales.

Ampere Scientific et Consarc Corp. ont uni leurs forces pour mettre à profit des capteurs et des technologies logicielles intelligentes afin de révolutionner la fabrication de pièces. Leur mission actuelle consiste à détecter, au cours du processus de refusion à l'arc sous vide (VAR), les conditions susceptibles d'entraîner l'apparition de défauts sur des composants critiques des moteurs. Ils utiliseront cette technologie pour anticiper les conditions à l'origine de ces défauts et empêcher leur apparition.

Les fours VAR servent à refondre et à affiner des alliages spéciaux qui sont ensuite transformés en pièces critiques pour les moteurs d'avion. Les fours VAR actuels s'appuient sur des signaux électriques pour le contrôle du processus et l'évaluation de la qualité des lingots, plutôt que sur une évaluation directe et une visualisation en temps réel du lingot en cours de formation.

Ampere Scientific est déterminée à changer la donne grâce à sa technologie de détection de position de l’arc « VARmetric », qui offre un aperçu du processus de fusion. VARmetric combine une détection avancée des champs électromagnétiques avec les mesures du four VAR de Consarc afin de capturer, d’enregistrer et d’afficher les caractéristiques de fonctionnement du four qui n’étaient auparavant pas détectables pendant la fusion. Elle utilise les commandes de Consarc pour surveiller le courant du four, la tension, le niveau de vide, la cellule de charge, la position et la vitesse du piston, ainsi que l’agitation électromagnétique. VARmetric intègre ensuite les mesures des champs magnétiques en de nombreux points à l’intérieur du four VAR afin de visualiser l’emplacement de l’arc à l’intérieur de celui-ci.

 

Le résultat : des données en temps réel qui indiquent :

• Graphiques représentant les caractéristiques de fonctionnement du four (courant, tension, vide, vitesse de fusion, vitesse du piston, etc.)
• Position de l'arc radial superposée aux images vidéo provenant des caméras de l'anneau VAR
• Répartition de l'arc dans le temps
• Forme et position de l'électrode en fonction du temps
• Alarmes en cas d'arc latéral, d'écartement excessif de l'arc, d'autres événements anormaux ou de mouvements des électrodes

Ces données sont mises à la disposition de l’opérateur au fur et à mesure de la production du lingot et peuvent être utilisées dans le cadre de la traçabilité de tout lingot d’alliage certifié. Ces informations permettent de calculer la probabilité d’apparition de défauts de solidification pendant l’exploitation, dans le cadre du jumeau numérique. Cela donne aux producteurs de métaux, aux équipementiers (OEM) de moteurs et aux organismes de réglementation davantage d’assurance que les matériaux qu’ils utilisent sont produits de manière homogène et peuvent résister aux contraintes auxquelles ils sont censés être soumis dans des environnements extrêmes. VARmetric capture des données tout au long du processus de fusion et crée une cartographie détaillée permettant d’évaluer la qualité du lingot bien avant que des contrôles de qualité microscopiques ou macroscopiques ne soient effectués sur les pièces finies. À mesure que la technologie mûrit et que les bases de données s’enrichissent, VARmetric peut devenir un système d’alerte précoce, permettant aux opérateurs d’intervenir de manière proactive pendant la fusion afin d’éviter tout dépassement des limites du processus de production, ce qui garantit des résultats optimaux de manière constante à chaque coulée, à chaque fois.

Grâce à ces recommandations, les défauts de solidification seront réduits et la confiance dans la qualité des lingots s'en trouvera renforcée. Des lingots de meilleure qualité permettent de fabriquer des composants de meilleure qualité, contribuant ainsi à ce que la prochaine génération d'avions vole plus léger, plus vite, soit plus résistant et plus sûr.

 

Source : Aerospace Manufacturing & Design