Augmentation des structures composites multifonctionnelles des ailes et du fuselage

Circuits imprimés flexibles en longueurs illimitées

Plus tôt cette année, Trackwise (Gloucestershire, Royaume-Uni) a expédié un circuit imprimé flexible multicouche (FPC) de 26 mètres de long – considéré comme le plus long jamais produit – pour distribuer l'alimentation et les signaux de contrôle à travers les ailes d'un véhicule aérien sans pilote à énergie solaire. (UAV). En fait, Trackwise a fourni plus de 50 FPC pour ce véhicule, réduisant le poids de 60 % par rapport à l'utilisation de faisceaux de câbles conventionnels pour la puissance et le contrôle de l'avion.

Cette économie de poids permet à l'UAV fabriqué aux États-Unis d'atteindre une charge utile plus élevée et/ou une vitesse et une portée améliorées. Trackwise fabrique les FPC à l'aide de la technologie de harnais améliorée (IHT), une technique de fabrication brevetée de bobine à bobine. IHT surmonte les limitations de fabrication conventionnelles qui ont maintenu la plupart des FPC en dessous de deux mètres de longueur, et permet à Trackwise de produire des FPC dans des longueurs illimitées.

Un PCB flexible à 6 couches de 5 mètres de long fabriqué par Trackwise.

Les FPC fournis par Trackwise pour le drone de 26 mètres d'envergure étaient basés sur un substrat en polyimide. Leur structure plane dissipe mieux la chaleur que le câblage conventionnel, permettant une capacité de transport de courant plus élevée pour un poids donné de conducteur en cuivre. Les autres avantages incluent :

• La fabrication imprimée garantit la cohérence du circuit
• Moins de points de connexion sont nécessaires pour une meilleure fiabilité
• Le FPC est plus facile à installer que les faisceaux de câbles, ce qui réduit le temps et le coût d'assemblage d'un véhicule.

Selon le PDG de Trackwise, Philip Johnston, de nombreuses nouvelles applications aérospatiales et automobiles émergent pour ces circuits imprimés longs et légers, flexibles et multicouches (PCB flexibles). Les deux industries voient une poussée vers l'électrification simultanée avec un besoin de plus de capteurs et de contrôle.

FPC dans les composites ?

Curieux de savoir si Trackwise intégrait ce FPC dans des composites, j'ai entamé une discussion avec Neil Bartlett, directeur des ventes et du marketing de Trackwise. « Pour l'application UAV mise en évidence dans notre communiqué de presse de mars, les flexibles [circuits imprimés flexibles] n'étaient pas intégrés dans un composite », concède-t-il. « Cependant, leur nature plane les rend parfaitement adaptés à l'encastrement dans les composites et permet des structures multifonctionnelles. Nous sommes en pourparlers préliminaires concernant l'intégration de la flexibilité - à la fois des variantes de puissance et de signal - dans un large éventail d'applications possibles, notamment l'aérospatiale, la défense et la construction. Trackwise est également membre d'Advanced Concepts for Aero‑Structures with Integrated Antennas and Sensors (ACASIAS) - un consortium de 11 partenaires qui développe des technologies innovantes pour l'intégration d'antennes dans des composites et des structures d'avions. (http://www.acasias-project.eu/)

Un winglet intelligent avec antenne lame VHF (très haute fréquence) intégrée.

Panneau de fuselage orthogrille renforcé pour l'intégration d'un réseau d'antennes SATCOM en bande Ku.

Système de contrôle acoustique structurel actif pour la réduction du bruit de la cabine du CROR avec un impact minimal sur le poids. SOURCE | http://www.acasias-project.eu/files/Acasias_poster_v2.pdf

Bartlett dit que les PCB flexibles fabriqués à l'aide d'IHT et de composites sont très synergiques dans ce qu'ils offrent au marché et que les avantages de les combiner/intégrer sont convaincants, notamment :

• Gain de poids (suppression des fixations)
• Robuste/protection améliorées offertes par les composites =fiabilité améliorée/maintenance réduite
• Enveloppe d'espace réduite =capacité de charge utile/efficacité structurelle améliorées
• Installation améliorée =moins de points de contact de main-d'œuvre (fiabilité améliorée), moins de temps et d'argent.

Cette antenne flexible de démonstration intégrée dans un composite en fibre de verre a été fabriquée par Trackwise en collaboration avec Rockwood Composites et exposée au JEC World 2019. SOURCE | Par voie

Aller de l'avant

Les revenus d'IHT sont en hausse de 217 % avec des clients et des opportunités de développement passant de 7 au début de 2018 à 45 en mars 2019. Trackwise a également installé deux nouvelles lignes de traitement.

Plusieurs projets ACASIAS seront présentés à la Conférence européenne 2019 sur les structures multifonctionnelles (EMuS, 11-12 juin, Barcelone, Espagne), qui est coprésidée par le coordinateur de l'ACASIAS, Dr. Harmen Schippers, Netherlands Aerospace Center (NLR, Marknesse). Les faits saillants incluent :

• Airbus Defence and Space a exploré l'intégration d'une antenne SATCOM électronique orientable fonctionnant en bande Ka dans l'aile du carénage du fuselage d'un avion de ligne. Le projet est en partie financé dans le cadre de Clean Sky 2 et comprend les partenaires GILAT, RAYSAT et FBM Composite Materials Ltd.
  
• NLR explore une structure orthogrille pour intégrer des éléments d'antenne carrés dans un fuselage composite, en utilisant une peau en fibre de verre radio-transparente et des nervures composites en fibre de carbone.
  
• Le Centre aérospatial allemand (DLR) et l'Institut chinois des matériaux aéronautiques AVIC de Pékin (BIAM) ont étudié l'utilisation de fibres de carbone recyclées pour augmenter la résistance mécanique et les aspects multifonctionnels des biocomposites, en examinant les composites électriquement conducteurs pour les interférences électromagnétiques blindage (EMI) et protection contre la foudre (LSP) via le projet ECO-COMPASS.