Pour un aéronef, les risques liés à un impact en vol par un oiseau ou un objet d’autre nature sont considérables. Afin d’étudier leur résistance, la plateforme Stimpact effectue des simulations et des essais d’impacts sur matériaux structuraux. Pour l’aéronautique et les transports, c’est un outil de recherche de premier plan.

L’Institut Clément Ader1 (ICA) au travers de deux de ses tutelles ISAESUPAERO et Université Toulouse III – Paul Sabatier, Airbus et l’IRT Saint Exupéry ont décidé de mutualiser leurs équipements et leurs expertises sur le campus de Toulouse Aerospace pour créer la plateforme STIMPACT, inaugurée officiellement en mars 2017. Grâce à des essais et simulation d’impacts à haute vitesse, son objectif vise à traiter l’ensemble des cas d’impacts pour l’aéronautique actuelle et future.

Développer des matériaux et géométries résistants
Malgré les mesures de prévention mise en place sur les aéroports, les risques d’impacts sont nombreux, aussi bien pour les hélicoptères que pour les avions. Ils peuvent se produire au sol, durant les phases de décollage ou atterrissage, et en croisière, à différentes vitesses. Les oiseaux ne sont pas seuls en cause, car des impacts liés à des facteurs externes comme les grêlons ou le givrage représentent également un danger pour les aéronefs, tout comme d’éventuels débris de rotors, débris sur pistes… Ces différentes origines d’impacts sont réparties en 2 catégories que sont les corps mous comme les débris de pneu (poids inférieur à 2 kg, 120 m/s), grêlons (poids inférieur à 100 g ; 150 m/seconde), oiseau (poids 1,8 kg ; 180 m/s) …, ou les corps durs comme les débris moteurs (poids inférieur à 100 g ; 800 m/s), débris sur piste (poids inférieur à 100 g ; 100 m/s), rupture de pale (poids inférieur à 1 kg ; 300 m/s). Les normes et les certifications des organismes de régulation (EASA5, FAA6) évoluent, en accord avec les avionneurs qui proposent de nouveaux designs adaptés et utilisent des matériaux plus résistants et légers. Afin d’étudier tout le spectre de ces impacts différents, la plateforme Stimpact a été dotée depuis 2016 de 3 canons à gaz de 40, 60 et 120 mm. Ils couvrent respectivement des pressions de tir de 2 à 10 bars, 2 à 250 bars et 2 à 35 bars. La vitesse de projectiles d’un poids de 100 g jusqu’à 3 kg peut ainsi atteindre entre 50 et 800 m/s. Des caméras ultra-rapides et un banc de stéréo corrélation d’images permettent la mise au point et l’application de mouchetis adaptés. Face aux canons, un châssis modulaire de 5 tonnes sert de support aux cibles et accepte des charges jusqu’à 25 tonnes. En testant différents matériaux sous diverses géométries, les ingénieurs de recherche augmentent leurs connaissances et compréhension des phénomènes physiques d’absorption d’énergie d’impact. Cela permet la mise en évidence des paramètres influant la performance et le développement d’approches originales de modélisation.

Des résultats encourageants
Depuis sa mise en activité, la plateforme Stimpact a déjà généré plusieurs résultats encourageants. Des brevets ont été déposés sur un dispositif d’absorption d’énergie pour éléments de structure d’aéronef. Des matériaux absorbeurs de choc ont pu être sélectionnés pour les boucliers de protection contre les impacts d’oiseaux. Une étude des paramètres matériau et géométrie influant sur le comportement à l’impact d’oiseau a été conduite à propos des structures sandwich. Des méthodes de suivi de ligne ont été développées, pour l’analyse des mécanismes de rupture dynamique en cisaillement. Enfin, une classification des matériaux a été effectuée par rapport à leur capacité à limiter les fissures lors d’impact. Mais de nouvelles problématiques voient le jour, soit liées à de nouveaux concepts (hélicoptères à grande vitesse ou véhicules volants autonomes, par exemple), soit à de nouvelles menaces, comme la multiplication des drones, pouvant potentiellement entrer en collision avec les plateformes aéronautiques civiles ou militaires. La diversité des moyens à disposition au sein de la plateforme Stimpact vient compléter les capacités d’Airbus à évaluer expérimentalement l’ensemble des menaces existantes. La collaboration mise en place permet, en outre, un partage des compétences et expertises développées par chacun des partenaires, apportant une réelle valeur ajoutée aux essais de la plateforme. « Ce nouveau moyen constitue une avancée importante. Dans le domaine des essais d’impacts à haute vitesse, il était quasiment absent du monde aéronautique. En ce qui concerne les hélicoptères, les travaux réalisés conjointement avec l’Institut Clément Ader ont amélioré significativement nos connaissances dans ce domaine, nous permettant de gagner en cycle de développement. » conclut Patrice Rauch, Executive Expert Dynamic Systems – Airbus Helicopters.