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Installations de qualification structurale

Le Laboratoire David-Florida (LDF) dispose de plusieurs outils de qualification structurale, allant d’excitateurs électrodynamiques jusqu’aux systèmes d'essais sous charge statique. Les excitateurs électrodynamiques génèrent respectivement une force nominale de 178 kN (40 k lbf), 105 kN (23,6 k lbf) et 27 kN (6 k lbf). Pour compléter et appuyer les essais aux vibrations classiques, le LDF peut également soumettre le matériel spatial complexe à des essais modaux. De plus, on peut procéder à des essais de charge d'épreuve sur l'installation de charge statique qui comprend un système de commande numérique Cyber Fatigue Master à 12 voies. De plus, le LDF dispose des installations spécialisées suivantes :

Excitateur UD 4000

• Excitations sinusoïdales à 178 kN (40 k lbf)
• Excitations aléatoires à 165 kN (37 k lbf)
• Course : 1 po, crête à crête
• Plaque vibrante pouvant mesurer jusqu'à 1,83 m x 1,83 m (72 po x 72 po); plaques multiples disponibles
• Extension de tête de 1,22 m (48 po) de diamètre.

  Nota : des paliers linéaires hydrauliques supplémentaires peuvent compléter la grande table vibrante sur l'excitateur UD 4000.

Excitateur LDS V9

• Excitations sinusoïdales à 105 kN (23,6 k lbf)
• Excitations aléatoires à 105 kN (23,6 k lbf)
• Course : 3 po, crête à crête
• Plaque vibrante pouvant mesurer jusqu'à 1,52 m x 1,52 m (60 po x 60 po)
• Extension de tête de 0,81 m (32 po) de diamètre.

Installation d’essais aux vibrations thermiques

Excitateur LING A395

• Vibrations sinusoïdales à 27 kN (6 k lbf)
• Vibrations aléatoires à 22 kN (5 k lbf)
• Plaque vibrante pouvant mesurer jusqu'à 0,6 m x 0,6 m (24 po x 24 po)
• Extension de tête de 0,6 m (24 po) de diamètre
  Nota : cet excitateur peut également être utilisé pour la réalisation d'essais aux vibrations conventionnelles.

Caisson thermique BURNSCO

• Plage de températures : de 170 ºC à -50 ºC (de 338 ºF à -76 ºF)
• Dimensions du caisson (vertical) : 1,2 m x 1,2 m x 0,9 m (48 po x 48 po x 36 po)
• Dimensions du caisson (latéral) : 1,2 m x 1,2 m x 1,35 m (48 po x 48 po x 53 po).

Appareil de choc MTS

• Hauteur de 3 m (10 pi)
• Plateau de 0,6 m x 0,6 m (24 po x 24 po)
• Poids de spécimen jusqu'à 270 kg (600 lb)

Banc de simulation de choc pyrotechnique

Le banc de simulation de choc pyrotechnique est utilisé pour la simulation de chocs pyrotechniques sur trois axes en champ lointain.

• SRC : jusqu’à 3 000 G, trois axes
• Poids de spécimen : jusqu’à 10 kg (22 lb)
• Fréquence de coude : 1 000 Hz (autres fréquences disponibles).

Installation d'essais modaux

L’installation d’essais modaux, composée des excitateurs, du logiciel LMS Test.Lab et du système frontal LMS SCADAS III S offre une capacité d’acquisition de données en ligne pouvant aller jusqu’à 180 voies.

Une autre installation d’essais modaux, composée d’un poste de travail HP B2000, d’un système frontal HP 3565S et du logiciel LMS CADA-X, offre une capacité d’acquisition de données en ligne pouvant aller jusqu’à 104 voies.

L’installation d’essais modaux offre les caractéristiques suivantes :

• Analyse modale (entrée simple, impact, relaxation par bonds)
• Analyse modale à entrées/sorties multiples
• Essai sinusoïdal progressif à entrées/sorties multiples
• Essais en modes normaux
• Essais modaux sur base entraînée
• Analyse modale opérationnelle

Installation de charge statique

Un système de commande numérique Cyber Fatigue Master 7000 à 12 voies avec progiciels de contrôle de fatigue et de charge statique assure la commande et la surveillance aux fins des essais.

L'installation de charge statique offre les caractéristiques suivantes :

• Capacités de commande de déplacement
• Capacités de commande d'asservissement de force
• Bloc hydraulique de 75 L/min (20 gal. US/min) d’une capacité maximale de 20,68 MPa (3 000 lb/po2)
• Bloc hydraulique de secours de 38 L/min (10 gal. US/min; 3 000 lb/po2)
• 17 vérins de 11,1 kN à 267 kN (de 2,5 à 60 k lbf) avec course jusqu'à 15 cm (6 po)
  Nota : six de ces vérins sont dotés de transmetteurs intégrés de position.
• 4 servovannes à débit de 9,5 L/min (2,5 gal. US/min) et 6 à débit de 3,8 L/min (1 gal. US/min)
• Système d'acquisition de données : système HP 3852 et logiciel Autonet
• 250 voies de jauges de contrainte
• 40 capteurs de déplacement LVDT c.c.-c.c.
• 35 dynamomètres piézoélectriques de 4,5 kN à 225 kN (de 1 000 lbf à 50 000 lbf)
• Bâti de réaction
• Aire de fixation de 6 m x 7 m (20 pi x 24 pi) sur la masse sismique
• Série complète de dispositifs de sécurité

Masse sismique – hall 3

• Dimensions : 7,3 m x 8,8 m x 2,75 m (de haut) (24 pi x 29 pi x 9 pi)
• Poids : 366 tonnes (400 tonnes impériales)
• Matériaux : béton et acier
• Suspension pneumatique
• Premier mode dynamique : 98 Hz
• Mode de corps rigide maximal : 3 Hz
• Plage d'exploitation dynamiquement inerte : 90 Hz
• 14 rails à rainure en T pour fixer les dispositifs à l'essai, à 60 cm (24 po) d'entraxe
• Située dans une salle blanche de classe 100 000. Possibilité de passer rapidement à la classe 10 000 ou à une classe supérieure.

Installation de mesure des propriétés de masse

• MRC MK VII-16 (machine à double palier à gaz)
• Capacité de chargement : de 25 kg à 2 720 kg (de 50 lb à 6 000 lb)
• Vitesse de rotation : jusqu'à 200 tours/minute
• Mesure des déséquilibres statiques : centre de gravité
• Mesure des déséquilibres dynamiques : produits d'inertie
• Mesure des moments d'inertie
• Mesure du centre de gravité et des moments d'inertie dans trois axes avec fixation appropriée
• Mesure précise des produits d'inertie à faibles vitesses
• Calcul des poids d'équilibre nécessaires
• Optimisation de la répartition des poids d'équilibre pour n'avoir à en utiliser que le strict minimum
• Calcul de nouveaux poids d'équilibre à des endroits donnés
• Traitement des données relatives aux axes de l'article testé
• Pupitre de commande informatisé
• Fonctionnement à la pression atmosphérique ou dans le caisson TV5 (7 m x 10 m), sous vide léger
• Dynamomètres piézoélectriques d’une capacité allant de 2 000 lb à 50 000 lb (mesure du poids)
• Sept systèmes Hydrasets de Del-Mar Avionic d’une capacité variant entre 2 000 lb et 40 000 lb pour le positionnement précis des charges.

Systèmes de commande des excitateurs

Deux systèmes de commande LMS, comprenant le logiciel LMS Test.Lab et le matériel de mesure LMS SCADAS III. Les systèmes modulaires comprennent, au total, 180 accéléromètres dont 28 voies de jauges de contrainte.

De plus, trois systèmes de commande LMS / HP (postes de travail HP B2000, matériel de mesure HP 3565S et logiciel LMS) peuvent contrôler jusqu’à 64 voies. Note : Le système offre une capacité d'acquisition de données en temps réel allant jusqu'à 104 voies (150 voies en temps différé).

Les systèmes de commande des excitateurs offrent les capacités suivantes :

• Ondes aléatoires
• Ondes sinusoïdales
• Essais aux vibrations à charge limitée
• Temporisation des ondes sinusoïdales
• Ondes de choc
• Synthèse de la réponse au choc
• Ondes sinusoïdales/aléatoires
• Ondes aléatoires/aléatoires
• Ondes sinusoïdales et aléatoires /aléatoires
• Réduction de données sinusoïdales
• Réduction de données aléatoires
• Réduction de données de choc
• Analyse de la réponse au choc
• Saisie transitoire

Instrumentation et systèmes de contrôle

• Plus de 800 accéléromètres (diverses marques et sensibilités)
• 34 dynamomètres piézoélectriques Kisler (de 1 100 lbf à 22 500 lbf [5 à 100 kN) pour les applications d’essais aux vibrations en charge limitée
• Vibromètre laser à balayage Polytec pour la mesure des nanocontacts
• 144 amplificateurs de charge UD D-22
• 5 enregistreurs de données à cassettes 28 voies TEAC XD-9000
• 15 amplificateurs de jauge de contrainte Visay
• 6 moniteurs/limiteurs de vibrations UD AM-123

Matériel d'excitation modale

• Marteau à percussion électrique PCB
• 4 marteaux de force PCB de dimensions diverses
• 16 transducteurs de force PCB et DYTRAN avec force nominale de 44 N à 440 N (de 10 à 100 lbf)
• Contrôleur de phase et de niveau : LMS Krypton
  Nota : requis pour les essais modaux courants.
• 2 excitateurs portables B&K 45 N (10 lbf) avec amplificateurs de puissance
• 3 excitateurs portables MB 110 N (25 lbf) avec amplificateurs de puissance
• 2 excitateurs portables APS 135 N (30 lbf) avec amplificateurs de puissance
• 2 excitateurs portables VTS 220 N (50 lbf) avec amplificateurs de puissance
• Mécanisme d'excitation à relaxation par bonds
• 6 modules sources SCADAS III
• 5 modules sources HP 35653C.

Installation de photogrammétrie

L'installation de photogrammétrie exploite le système de mesure par photogrammétrie V-STARS/S de la société Geodetic Services. Ce système permet de mesurer rapidement, avec une grande précision, de façon automatique et sans contact des coordonnées de cibles immobiles rétroréfléchissantes et d'effectuer des levés photogrammétriques. Ces levés comprennent des essais de distorsion thermique menés sur des articles tels que des réflecteurs d'antenne. Ces essais sont réalisés dans le caisson TV5 (7 m x 10 m), le plus grand caisson de vide thermique du LDF. Le système est exploité à distance et est installé dans un boîtier à l’épreuve du vide. Le système sert aux essais de répétabilité de déploiement et aux essais de distorsion thermique menés sur des surfaces ou des structures avec une précision de 10 ppm.

Le système de photogrammétrie à une seule caméra comprend les éléments suivants :

• une caméra numérique INCA 6.3 comportant un ordinateur de commande intégré et ayant une résolution de 6,3 millions de pixels
• un logiciel de traitement V-STARS/S qui utilise une visionneuse 3D intégrée pour visualiser ou analyser des données de même que des analyses géométriques intégrées
• un ensemble d'échelle graphique invar Brunson de 2,8 m (110 pouces) de long, à huit sections
• une résolution haute précision (0,002 po)
• un système portable pouvant être utilisé en dehors du LDF
• une capacité de mesure sans contact, plein champ, de la déformation à l'aide de cibles rétroréfléchissantes
• une capacité de mesure de la déformation hygroscopique dans le vide
• une capacité d'essais ambiants, portant notamment sur la répétabilité de déploiement et la déformation sous charge statique.

Système de mesure et d'alignement par laser de poursuite

Le système de mesure et d'alignement par laser de poursuite permet la prise de mesures rapide, haute précision, plein champ et automatisée jusqu'à un maximum de 1 000 points par seconde, et une précision angulaire de ±10 ppm. Le système est utilisé pour les mesures statiques de même que pour les mesures dynamiques jusqu'à une vitesse maximale de 6 m/s (13 mi/h). Il sert également à établir et à vérifier les paramètres d'alignement du matériel d'essai critique. Pour les distances supérieures à 2 m (6 pi), le système peut faire appel à un indicateur de distance absolue qui permet de mesurer les distances absolues jusqu'à n'importe quel réflecteur prismatique fixe. Étant donné que cet indicateur ne fonctionne pas en mode dynamique, le système peut aussi réinitialiser l'interféromètre en cas de bris de faisceau ou utiliser le laser de poursuite comme instrument de mesure polaire à point unique.

Le système comprend les éléments suivants :

• un laser de poursuite Leica LTD500 équipé d'encodeurs pour mesurer les angles de rotation par rapport à deux axes orthogonaux
• un logiciel d’analyse spatiale de New River Kinematics
• un interféromètre à laser pour mesurer les distances avec une précision de ±2,5 ppm
• un vaste choix de réflecteurs prismatiques et de pièces de montage.

Système d’alignement et de mesure à théodolites

Le système d’alignement et de mesure à théodolites permet d’orienter l’autocollimation et de mesurer des coordonnées par triangulation dans le cadre des activités d’intégration et d’essai des systèmes d’engins spatiaux et des instruments scientifiques. Le système peut être exploité en mode théodolite simple, où l’on utilise qu’un seul théodolite monté sur une barre porte-outils verticale pour mettre à l’essai un élément installé sur une table de rotation de précision, ou en mode théodolites multiples autonomes. Le système peut prendre soit des mesures d’autocollimation à l’aide de réflecteurs cubiques ainsi que des mesures de coordonnées grâce à la triangulation à points de mesure multiples.

Le logiciel d’analyse spatiale et de mesure des coordonnées qui est utilisé pour analyser les données produites par les théodolites peut également traiter les mesures prises par le système de photogrammétrie et de poursuite au laser. En triangulant la position de cibles courantes, le système agit à titre de système d’alignement et de mesure de coordonnées entièrement intégré. Le logiciel permet aussi l’intégration directe de modèles CAO.

Le système de mesure et d’alignement par théodolites comprend les éléments suivants :

• 3 théodolites électroniques Kern E2
• 1 théodolite électronique Wild T2002
• Une table de rotation LFW-48 Rotab de 48 po montée sur un bloc de granit Starrett de 96 po x 48 po x 10 po (épaisseur)
• Le logiciel d’analyse spatiale de New River Kinematics
• un ensemble d'échelle graphique invar Brunson de 2,8 m (110 pouces) de long, à huit sections
• Des supports d’alignement de précision et des barres porte-outils verticales (14).

Aéroacoustique

L'effet des vibrations induites acoustiquement dans les éléments de structure des engins spatiaux constitue un aspect déterminant de la phase des essais dynamiques de qualification de bon nombre de programmes spatiaux. Le LDF contribue à la réalisation de ces essais, en collaboration avec l'Institut de recherche aérospatiale du Conseil national de recherches du Canada, situé à Ottawa.

L’Institut de recherche aérospatiale dispose de nombreux équipements d’essais qui permettent de soumettre le matériel spatial à des bruits aéroacoustiques de forte intensité afin de répondre aux besoins de l’industrie et d’autres ministères en ce qui a trait à l’élaboration, à la qualification et à la réception de matériel. Il s’agit de la seule installation au pays où il est possible d’exposer les structures et le matériel aérospatial à des bruits acoustiques intenses simulant ceux des moteurs de fusées et des réacteurs ou des écoulements aérodynamiques à haute vitesse.

Une importante source d’air comprimé permet d’entraîner de très puissants générateurs de bruit commandés par ordinateur capables de simuler des champs sonores aéroacoustiques. Ces générateurs brevetés servent à mettre en forme et à simuler avec précision des bandes spectrales hautes fréquences comprises entre 1 000 Hz et 10 000 Hz. Les tuyères d’éjection des fusées, les soufflantes à grande vitesse, les hélices et les réacteurs sont des exemples types de sources de bruit aéroacoustique de haute intensité. Les travaux de recherche et les essais en aéroacoustique font appel à des disciplines complémentaires, notamment celles qui portent sur la dynamique des structures, les commandes adaptatives automatiques, l’analyse des spectres de bruit et le traitement des signaux numériques.

L'installation d'essais aéroacoustiques comprend deux salles réverbérantes et un tube à ondes progressives :

• Dans la petite salle, qui mesure 4,6 m x 4,6 m x 3,1 m (15 pi x 15 pi x 10 pi), il est possible de créer des niveaux de pression acoustique atteignant 160 dB, la précision de la forme du spectre étant assurée dans la plage de fréquences comprises entre 30 Hz et 10 000 Hz. Cette salle a été utilisée pour la mise à l’essai du satellite canadien HERMES ainsi que pour certaines portions représentatives du fuselage d’aéronefs. C’est dans cette salle que se trouve le tube à ondes progressives.

• Dans la grande salle, qui mesure 9,8 m x 6,9 m x 8 m (32 pi x 23 pi x 26 pi), il est possible de créer des niveaux de pression acoustique atteignant 157 dB, la précision de la forme du spectre étant assurée dans la plage de fréquences comprises entre 30 Hz et 10 000 Hz. Elle a été utilisée conjointement avec un hall de préparation aux propriétés de salle blanche de classe 100 000 mesurant 15,9 m x 13,2 m x 13,5 m (52 pi x 43 pi x 44 pi) pour la mise à l’essai de gros engins, comme les satellites canadiens MSAT, RADARSAT-1 et ANIK-E, de même que le satellite Olympus de l’Agence spatiale européenne. De nombreux autres éléments de charge utile, comme des antennes, y sont également testés.

Un système de commande automatique piloté par ordinateur permet de contrôler avec précision le spectre de bruit auquel la salle est exposée.