L'outil de test du bruit développé par la NASA étend son utilisation au-delà des avions

Le WirelessArray développé par Interddisciplinaire Consulting Corporation (IC2), présenté ici pour un vol d'essai au Langley Research Center, rend les tests en vol des drones rapides et rentables. (Image :NASA)

Les constructeurs d'avions qui effectuent des tests de bruit sur leurs nouveaux avions disposent désormais d'une option beaucoup moins chère que les réseaux de microphones filaires traditionnels. Et il est suffisamment sensible pour aider les agriculteurs confrontés à des problèmes de parasites. Le réseau de microphones sans fil qu'une entreprise a récemment créé avec l'aide de la NASA peut localiser les insectes menaçant les cultures en écoutant le son qu'ils émettent dans les champs. Et désormais, cela permet de réaliser des tests rapides et abordables presque partout.

Depuis le lancement de son premier produit commercial en 2017, un capteur pour les tests en soufflerie développé avec l'aide importante de la NASA, Interddisciplinaire Consulting Corporation (IC2) a doublé ses effectifs et a déménagé dans un laboratoire et un bureau plus grands pour produire son nouveau produit WirelessArray. Soucieux de rendre ses propres tests en vol plus abordables, le centre de recherche Langley de la NASA à Hampton, en Virginie, a également soutenu ce nouveau projet, avec plusieurs contrats SBIR (Small Business Innovation Research) et des conseils d'experts.

Le WirelessArray développé par IC2 utilise des nœuds auto-alimentés et résistants aux intempéries, comme celui-ci, pour détecter le bruit. Le microphone peut être remplacé par d'autres capteurs pour collecter des données sur une journée, une semaine ou même toute l'année. Les panneaux solaires situés sur le dessus alimentent la batterie interne et les données sont stockées en interne sur une carte mémoire. (Image :Société de conseil interdisciplinaire)

Le résultat est une série de petites bases en forme de soucoupe équipées de plusieurs capteurs qui mesurent les changements de pression atmosphérique créés par les bruits aériens. Les avions sont soumis à des tests de bruit et nécessitent une certification, ils ne dépassent donc pas le niveau de bruit fixé par la FAA pour le type de carrosserie. Lorsqu'un avion survole directement le système, le réseau collecte des données sur le bruit pour créer une carte bidimensionnelle de la pression acoustique et de sa source. Un progiciel personnalisé traduit ces informations pour l'utilisateur final.

Grâce au soutien de la NASA, cet outil de test plus abordable voit des applications au-delà des avions, de la surveillance des animaux à la production d'énergie propre.

NASA Aeronautics a toujours utilisé des systèmes filaires pour collecter les mêmes données, mais a vu le potentiel d'une approche moins lourde, a déclaré Tony Humphreys, ingénieur en chef chez Langley's Measurement Sciences. Humphreys a supervisé les contrats WirelessArray SBIR et a également fourni des conseils et même un prototype d'appareil que l'entreprise a utilisé comme point de départ.

"Auparavant, lorsque nous nous rendions à la base aérienne d'Edwards pour une série d'essais en vol, nous utilisions un large éventail de centaines de capteurs. Nous avions environ 15 miles de câbles pour les connecter tous, et il a fallu trois jours à un équipage de six personnes pour les installer et les démonter", a-t-il déclaré. Les câbles devaient être positionnés selon un motif spécifique pour éviter les chevauchements, et s'il pleuvait, chaque capteur devait être recouvert pour le protéger des précipitations. Plusieurs semi-remorques ont transporté tout cet équipement, ainsi que des groupes électrogènes, des racks de serveurs et d'autres équipements.

En revanche, deux membres du personnel d’IC2 sont arrivés au stand d’essais en vol de Langley au volant d’une mini-fourgonnette avec tout le matériel nécessaire pour tester le système WirelessArray. Pourtant, Humphreys a déclaré que les données générées par le plus petit système sans fil étaient comparables à celles d'un système conventionnel.

Les tests en vol effectués par la NASA et les compagnies aériennes commerciales avec un système filaire sont si coûteux qu'ils sont généralement hors de portée pour les petites entreprises, a déclaré Chip Patterson, vice-président d'IC2, basé à Gainesville, en Floride. Cette technologie, conçue pour répondre aux spécifications de la NASA, est en train de changer la donne. Qu'il utilise un ou 100 nœuds de capteurs, n'importe qui peut se permettre d'effectuer des tests en vol.

Les vols d'essai aident les fabricants d'avions et de drones à identifier les parties de l'avion qui créent le plus de bruit. L’utilisation de centaines de microphones filaires rend le processus long et coûteux pour améliorer la conception afin de répondre aux exigences en matière de bruit. (Image :NASA)

"Chaque nœud contient un petit système informatique", a déclaré Patterson. "Il est capable d'acquérir et de stocker des données en mémoire sur une carte SD. Il dispose également d'un petit serveur Web qui permet à l'utilisateur final de les consulter, lui demandant de démarrer l'acquisition, d'arrêter l'enregistrement, de télécharger des fichiers, de vérifier l'état de la batterie, et bien plus encore."

Un système filaire traditionnel nécessite le téléchargement simultané et instantané de toutes les données, ce qui signifie que la baie est limitée à la capacité des disques durs qu'elle alimente. Le système plus petit d’IC2 acquiert des ensembles de données beaucoup plus volumineux, permettant à ces données de rester dans chaque nœud jusqu’à ce qu’elles soient collectées. Si, par exemple, un seul nœud est placé sur le terrain pour collecter des mesures de bruit communautaire sur plusieurs mois, il ne sera pas nécessaire de se rendre quotidiennement sur le site pour télécharger les mesures.

Le WirelessArray prend en charge une variété de capteurs, de sorte qu'un microphone peut facilement être remplacé par un capteur optique ou une variété d'autres types. Chaque unité dispose de sa propre batterie auto-rechargeable et de son panneau solaire, permettant un déploiement à long terme. Le GPS intégré maintient un échantillonnage synchronisé sur plusieurs nœuds et la communication sans fil permet aux utilisateurs de télécharger des données à distance et de surveiller l'état de chaque appareil. Les boîtiers renforcés des nœuds permettent de prendre des mesures par tous les temps sans protection supplémentaire contre la poussière, la neige ou les températures extrêmes.

Une startup développant un nouveau véhicule télépiloté peut désormais obtenir des données d'essais en vol sophistiquées pour identifier rapidement les problèmes de bruit pendant le décollage, le vol ou l'atterrissage. Plusieurs vols d'essai pour chaque modification peuvent accélérer la mise sur le marché, car le coût de configuration, d'exploitation et de démontage du système est si faible.

Tout ce qu'il faut pour faire fonctionner un nœud individuel ou un réseau étendu est un point d'accès sans fil disponible dans le commerce et un ordinateur portable standard chargé avec l'application logicielle IC2. Les nœuds s'intègrent également facilement dans les systèmes existants.

Cette petite technologie portable trouve sa place dans une variété de projets et d’applications au-delà des essais d’avions. IC2 travaille avec un entomologiste pour utiliser des données acoustiques afin d'écouter les sons d'insectes à haute fréquence en milieu agricole. Découvrir où les insectes se nourrissent des cultures permettra aux agriculteurs d'intervenir avant qu'ils ne causent trop de dégâts tout en limitant l'utilisation de pesticides à ces zones.

Les chercheurs explorent les moyens de surveiller les souris et les rats dans un contexte biologique en remplaçant le capteur acoustique standard qui correspond à l’audition humaine par un capteur à ultrasons. Cela permettra de surveiller les grincements et autres sons indiquant la santé et le bien-être des animaux. Un capteur à ultrasons similaire pourrait surveiller la trajectoire de vol d'un avion supersonique, identifiant le moment où un bang sonique s'approche d'une zone.

La technologie peut être appliquée à tout ce qui génère du son, en collectant des données selon un calendrier prédéfini ou à la demande. Les éoliennes, les bancs d'essai de moteurs de fusée et les observations environnementales telles que le niveau de bruit dans les aéroports ne sont que quelques possibilités. La NASA pourrait également utiliser ce système pour collecter des données pour des conceptions d'avions entièrement nouvelles.

"Nous avons mis l'accent sur l'acoustique à mesure que l'aéronautique évolue vers des concepts plus avancés comme l'aile à treillis, peut-être la propulsion électrique distribuée, ou autres. Cela soulève la nécessité de tests de bruit et de certification acoustique pour les nouvelles configurations", a déclaré Humphreys. Ainsi, les ingénieurs de la NASA pourraient bientôt échanger les semi-remorques et les serveurs contre quelques mini-fourgonnettes et ordinateurs portables.

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