Les réseaux de capteurs intelligents peuvent réduire les coûts de maintenance et les temps d'arrêt

Les aéronefs et les engins spatiaux sont des véhicules complexes dont la maintenance nécessite des inspections manuelles longues et coûteuses. Mais une suite de nouvelles technologies, telles que les réseaux de capteurs-actionneurs, peut permettre la surveillance de la santé structurelle (SHM), une méthode révolutionnaire pour évaluer automatiquement l'intégrité de l'aérospatiale et d'autres structures complexes. Alors que ces technologies attirent considérablement l'attention de l'industrie, un nouveau groupe aérospatial international a été lancé pour promouvoir la coopération à l'échelle de l'industrie sur l'utilisation et le développement des SHM.

"Nous parlons de construire un système nerveux pour les avions", explique Fu-Kuo Chang, professeur d'aéronautique et d'astronautique à l'Université de Stanford et président du Structural Health Monitoring - Aerospace Industry Steering Committee (SHM-AISC). « Les technologies SHM peuvent fournir aux professionnels de la maintenance des informations sur ce qui se passe dans la structure d'un avion chaque fois que cela est nécessaire, tout comme nous l'avons dans notre propre corps. »

Le SHM a le potentiel de remplacer les inspections manuelles, réduisant ainsi la main-d'œuvre et les temps d'arrêt des avions pour la maintenance.

« SHM a été identifié comme l'un des principaux moteurs d'Airbus pour permettre la philosophie de « structure intelligente »", a déclaré Holger Speckmann, le point focal pour la technologie SHM chez le constructeur aéronautique européen Airbus. "SHM entraînera une réduction des coûts de maintenance directs, une disponibilité accrue et des approches de conception innovantes, ce qui aura un énorme avantage pour nos clients en fonction des performances de leur flotte"

John C. Coles, responsable du support et des services du 787 pour Boeing Commercial Airplanes, ajoute John C. Coles :« Nous considérons le SHM comme l'une des technologies émergentes qui peuvent apporter des améliorations significatives à l'efficacité opérationnelle des compagnies aériennes. l'étendue des dommages visibles avec l'équipement à bord, éliminant le temps de localiser et d'utiliser l'équipement d'inspection non destructif et raccourcissant le temps nécessaire pour planifier une réparation. »

Le SHM-AISC
Le SHM-AISC a tenu sa première réunion à Stanford le 7 novembre 2006, au cours de laquelle les membres se sont mis d'accord sur une charte et ont confirmé un conseil d'administration. Chang a été élu pour servir en tant que premier président.

Le conseil d'administration international comprend des représentants des principales industries aérospatiales du monde entier (Airbus, Boeing, EADS, Embraer, Honeywell, BAE Systems), des agences de réglementation des États-Unis et d'Europe (FAA/EASA), des agences gouvernementales (US Air Force , US Army et NASA) et des institutions de recherche et développement (Sandia National Labs, Stanford University).

L'objectif du SHM-AISC est de formuler une vision collective de la voie à suivre pour la pratique de la surveillance de la santé structurelle (SHM) et son impact sur la gestion de la santé structurelle. Le groupe tracera un parcours pour mettre en œuvre de manière efficace et efficiente la technologie dans une grande variété d'applications aérospatiales commerciales et militaires. Cet objectif sera atteint par l'élaboration de normes, de procédures, de processus et de lignes directrices pour la mise en œuvre et la certification. La mission du SHM-AISC est de fournir une approche pour normaliser les exigences d'intégration et de certification pour le SHM des structures aérospatiales, qui comprendra la maturation, la maintenance, la prise en charge, les mises à niveau et l'expansion du système.

Au cours des prochaines semaines, le comité établira des groupes de travail pour se concentrer sur les tâches détaillées nécessaires à la réalisation de cette vision. Des organisations privées et gouvernementales plus pertinentes seront invitées à faire partie des groupes de travail. Le premier groupe de travail – Aviation commerciale – doit être établi d'ici le début de 2007 et espère produire des projets de normes au cours des deux prochaines années.

À propos de la technologie SHM
Le SHM est une nouvelle technologie dans l'aérospatiale qui est de plus en plus évaluée par l'industrie et le gouvernement comme une méthode potentielle pour réduire les coûts d'exploitation et éventuellement améliorer la sécurité et la fiabilité des structures des véhicules aérospatiaux. Le cœur de la technologie SHM est le développement de systèmes autonomes utilisant des réseaux de capteurs-actionneurs distribués intégrés dans le cadre de stratégies globales de gestion de la santé des véhicules. L'approche SHM peut fournir une surveillance, une inspection et une détection continues des dommages dans les structures avec une implication humaine minimale.

Le but du SHM n'est pas seulement de détecter la présence et l'étendue des défauts structurels, mais aussi de déterminer les effets de l'utilisation structurelle et de fournir une indication précoce des dommages physiques. Les alertes précoces fournies par un système SHM peuvent alors soutenir des stratégies correctives avant que des dommages structurels émergents n'affectent la sécurité des vols. La même technologie pourrait également être utilisée pour améliorer la conception des futures structures d'avions.

La NASA a commencé à mettre en œuvre le SHM dans le programme de la navette spatiale après la perte de la navette Columbia en 2002, explique William Prosser, scientifique principal à la NASA.

"Les dommages causés par l'impact au système de protection thermique ont mis en évidence le besoin de systèmes SHM embarqués", a déclaré Prosser. "En réponse, un système de détection d'impact de bord d'attaque a été installé sur toutes les navettes et est surveillé à chaque vol. Des systèmes similaires sont à l'étude pour la Station spatiale internationale et les futurs véhicules spatiaux."

L'Air Force envisage également d'adopter le SHM dans un lanceur réutilisable connu sous le nom de Space Operations Vehicle. "Un système automatisé pourrait évaluer la santé de l'ensemble de la structure dans les heures suivant la fin d'une mission et recertifier la structure pour le vol", explique Mark M. Derriso, chef d'équipe d'évaluation de la santé structurelle pour la Direction des véhicules aériens du laboratoire de recherche de l'Air Force. Ce délai d'exécution optimisé réduirait à son tour les coûts de lancement du véhicule.

Au cours du troisième atelier européen sur la surveillance de la santé structurelle (tenu à Grenade, Espagne, en juillet 2006), les représentants du gouvernement et de l'industrie ont exprimé le besoin de créer des politiques et des procédures à l'échelle de l'industrie pour la normalisation et la mise en œuvre des technologies SHM. En réponse à ce consensus, les participants à l'atelier ont demandé à Chang de créer le SHM-AISC.

« SHM est un développement opportun, car les coûts associés à la maintenance et à la surveillance croissantes des infrastructures vieillissantes augmentent à un rythme inattendu », a déclaré Dennis Roach, un membre distingué du personnel technique du Centre de validation NDI de l'assurance de la navigabilité créé pour la FAA par Sandia National Labs à Albuquerque, NM « La maintenance et les réparations des aéronefs représentent désormais environ un quart des coûts d'exploitation d'une flotte commerciale. »