Le CNRC met au point un nouveau capteur ultrasonique pour détecter le givrage des moteurs

Le 01 mars 2016— Ottawa (Ontario)

Des ondes acoustiques pour améliorer la sécurité aérienne

Au cours des dernières années, l’industrie aérienne a cerné un nouveau risque pour la sécurité des vols : l’existence de concentrations élevées de particules de glace à haute altitude. Si certaines conditions sont rassemblées (température, débit d’air, géométrie et concentrations de cristaux de glace), la glace peut s’accumuler très rapidement dans un moteur d’aéronef. Cette accumulation de glace dangereuse peut étouffer un moteur en quelques minutes et réduire son régime au ralenti, ou elle peut se déloger et endommager le moteur ou entraîner une extinction du moteur. Actuellement, il n’y a aucun système de détecteur pouvant donner une indication rapide de l’accumulation de cristaux de glace, mais le Conseil national de recherches du Canada (CNRC) vise à combler cette lacune technologique en mettant au point un détecteur ultrasonique de givrage.

Diagramme du détecteur ultrasonique de givrage

Diagramme du détecteur ultrasonique de givrage

La technologie

Le détecteur ultrasonique de givre est un dispositif non intrusif, minuscule, léger et mince, qui consomme peu d’énergie, caractéristiques très prisées par l’industrie aérospatiale. Il fonctionne comme un microphone et un haut-parleur en utilisant des ultrasons; il envoie une onde acoustique qui lui est réfléchie, ce qui lui fournit des données sur les conditions de l’autre côté de la paroi. Le signal acoustique réfléchi est analysé au moyen de méthodes mises au point au CNRC.

L’aspect le plus novateur est que, contrairement à la plupart des autres capteurs, ce détecteur ultrasonique n’a pas besoin d’être placé dans l’environnement mesuré. Il est posé sur une surface du moteur ou un composant de l’aéronef qui n’est pas exposé, ce qui élimine le risque qu’il se déloge et qu’il entre dans le moteur ou qu’il soit endommagé par de la glace ou des débris.

Dan Fuleki tenant des exemples du détecteur ultrasonique de givrage.

Dan Fuleki tenant des exemples du détecteur ultrasonique de givrage.

« En sachant où le givre est susceptible de se produire dans un moteur, on peut limiter ce risque – le programme Réduction des risques de givrage en aéronautique du CNRC se penche sur cette question depuis des années », explique Dan Fuleki, gestionnaire de projet responsable du groupe sur le givrage du CNRC. « Ainsi, lorsque l’on a placé ce détecteur aux bons endroits de l’autre côté de la paroi où l’air circule, nous avons été en mesure de déterminer qu’il y avait accumulation de cristaux de givre. »

Pendant trois ans, le détecteur a fait l’objet d’essais rigoureux dans les installations de classe mondiale du CNRC pour les études sur le givrage provoqué par des cristaux de glace. Des modifications ont été apportées pour perfectionner la technologie, notamment l’amélioration du rendement et de la durabilité en changeant des matériaux, des câbles et la technique de fabrication, et l’élaboration et la mise à l’essai de procédures d’installation. Finalement, le détecteur était prêt à subir un essai moteur définitif en altitude pour vérifier le givrage provoqué par des cristaux de glace.

Cet essai a eu lieu en novembre 2015. Dans le cadre du protocole d’entente entre le CNRC et la NASA pour faire progresser de façon collaborative la recherche sur le givrage et améliorer la sécurité des vols, le détecteur a été mis à l’essai au Propulsion Systems Laboratory de la NASA. Dans le cadre d’un autre partenariat avec Honeywell Engines et l’Ice Crystal Consortium, qui a fourni un moteur d’essai dont la décélération au ralenti dans certaines conditions de givrage est reconnue, le détecteur a été mis à l’essai à 30 000 pieds dans de véritables conditions de givrage.

Détecteur ultrasonique de givrage sur un composant d’un moteur d’aéronef

Détecteur ultrasonique de givrage sur un composant d’un moteur d’aéronef

« L’essai nous a donné une bonne occasion d’évaluer la technologie et les résultats préliminaires sont très encourageants », a indiqué Dan. « Nous avons pu détecter une accumulation de glace dans des conditions de givrage de moteur réelles, et nous avons constaté que ce détecteur est suffisamment sensible pour faire la distinction entre une accumulation légère et forte et, dans les faits, pour mesurer l’intensité de l’accumulation. » Une importante compagnie aérienne, qui a assisté à l’essai, a manifesté beaucoup d’intérêt à l’égard de l’utilisation de ce détecteur dans ses futurs essais sur le givrage pour la détection du givrage au moyen de méthodes classiques.

L’impact

Le détecteur est maintenant au niveau de maturité technologique (NMT) 6, et il existe déjà plusieurs utilisateurs de l’industrie à qui pourrait convenir cette technologie. L’intégration de ce détecteur dans un aéronef, avec les autres sondes et la technologie radar, pourrait permettre aux pilotes d’éviter les situations de givrage du moteur provoqué par des cristaux de glace. L’impact de ce puissant détecteur de petite taille sera important, car il permettra à l’industrie aérospatiale de réaliser des avantages sur le plan financier et, surtout, d’améliorer la sécurité des vols.

Le projet du détecteur ultrasonique de givre a été réalisé grâce à l’appui du programme Réduction des risques de givrage en aéronautique du CNRC.

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