Prolongation de la durée de vie utile du CF-18

L'équipe de recherche du PISRES

Vers le milieu des années 80, les Forces armées canadiennes ont fait l'acquisition d'une flotte de CF-18. On a eu tôt fait de les utiliser comme chasseurs de combat aérien, chasseurs d'appui au sol et comme avions d'entraînement. Ils ont été intensément utiles et tout aussi intensément utilisés.

Le problème résidait dans le fait que l'avion avait d'abord été conçu pour la Marine américaine, comme avion embarqué sur porte-avions, un type de mission beaucoup moins exigeant pour un avion de chasse. Il est vite devenu évident que l'utilisation moyenne qui était faite de cet avion au Canada était plus rigoureuse que le pire scénario envisagé par la Marine américaine. Tout indiquait que l'avion militaire préféré du Canada, comme une bonne paire de jeans confortable, serait usé avant le temps, soit au tiers de sa durée de vie prévue.

Les forces de l'air australiennes, qui utilisent le même avion, faisaient face aux mêmes problèmes. En 1989, le Canada et l'Australie se sont mis d'accord pour collaborer au Projet international de suivi relatif aux essais structuraux (PISRES). Le premier consistait à déterminer la durée de vie sécuritaire et la durée de vie économique de l'avion au moyen d'essais en fonction d'une gamme de missions plus représentatives que les extrapolations prudentes des essais effectués par la Marine américaine.

Le second visait à prolonger la durée de vie en fonction d'un minimum de coûts en élaborant et en testant des plans de réparation, des stratégies de réparation et des procédés de cycle de vie du matériel.

Au Canada, la plus grande partie de la recherche et des essais est financée par le ministère de la Défense nationale (MDN) et elle fait intervenir l'Institut de recherche aérospatiale (IRA) du CNRC ainsi que Bombardier comme partenaires techniques. Les partenaires canadiens font des essais sur le fuselage central et la voilure, tandis que le fuselage arrière est testé en Australie.

À l'heure actuelle, le groupe Structures de l'IRA doit entreprendre en novembre 1999 des essais structuraux sur la voilure du CF-18, lesquels s'étaleront sur deux ans et demi. La phase d'assemblage du banc d'essai, qui comprend l'installation de 65 vérins, la préparation des éprouvettes et la mise en place des cellules manométriques sur la voilure est maintenant complétée à 60 pour cent.

L'expertise du CNRC a contribué au succès du programme à toutes les étapes, y compris pour la gestion globale du projet. Comme le dit David Simpson, directeur par intérim du Laboratoire des structures, des matériaux et de la propulsion de l'IRA : "Nous avons généré la gamme des missions pour les deux essais. Nous avons examiné toutes les données de la flotte et isolé un bloc représentatif de 300 heures de données d'essais en vol. Ensuite, en collaboration avec Bombardier, nous avons transposé la gamme des missions en charges équilibrées sur l'avion, soit des charges aérodynamiques, d'inertie et de vibrations. Puis nous avons dû concevoir et construire un banc d'essai pour exercer ces charges et, par la même occasion, définir et acheter un système d'acquisition des données et de contrôle des essais à la fine pointe de la technologie. Grâce à une collaboration hautement fructueuse avec le MDN et Bombardier, nous avons modifié l'éprouvette afin d'assurer qu'elle était représentative de la flotte, et plus de 500 capteurs de contraintes ont été installés et consignés. Nous sommes présentement en train d'assembler le banc d'essai et nous prévoyons commencer les essais vers la fin de 1999 pour les terminer vers 2001 ou 2002."

Parmi les principales réalisations du PISRES jusqu'à présent, David Simpson mentionne le programme de gestion de la durée de vie en fatigue, dirigé par le MDN avec l'aide du CNRC. Ce programme a réuni des pilotes, du personnel de maintenance et des représentants du soutien technique de Bombardier afin d'évaluer comment l'avion était exploité et pour trouver des moyens d'exécuter la même mission en occasionnant le moins de dommages par fatigue. Ce programme s'est traduit par des modifications qui ont déjà considérablement prolongé la durée de vie de l'avion.

David Simpson ajoute : "Un autre succès digne de mention provient des 12 000 heures d'essais qui ont déjà été effectuées sur le banc d'essai du fuselage central chez Bombardier. Nous avons découvert certains des principaux modes de défaillance et élaboré des stratégies de réparation, notamment une version tridimensionnelle de la technique de "réparation par rapiéçage collé", laquelle a été développée ici au CNRC. On est en train de démontrer que cette technique pourrait être appliquée à toute la flotte chez Bombardier."

La longue expérience du CNRC dans les essais pleine grandeur est un facteur clé qui rend le programme possible. Comme le fait remarquer David Simpson : "Il y a eu plus d'une centaine d'essais pleine grandeur réalisés au CNRC, lesquels remontent aux jours où nous testions l'avion de ligne AVRO et le F-100. De tout temps, nous avons effectué des essais structuraux qui ont reculé les limites de la technologie. Avec le CF-18, il y avait un véritable défi en matière de R et D pour concevoir une gamme de missions applicables à un avion à contrôle actif, et personne n'avait jamais fait cela avant nous. Et personne n'a jamais fait le genre d'essais que nous faisons sur la voilure, soit exercer des charges de vibrations intégrées aux charges découlant de manoeuvres à partir des données obtenues sur le terrain. Bombardier a mis au point des approches vraiment originales pour convertir la gamme des missions en conditions de charges équilibrées individuelles, ce qui représente une première dans le monde."

"Nous avons une équipe exceptionnelle", d'ajouter David Simpson." Nous avons trois chercheurs permanents de l'IRA affectés au projet, environ 25 autres spécialistes à contrat ainsi que des collaborateurs invités provenant du MDN, des forces militaires australiennes et de Bombardier. Et le CNRC a été un joueur clé à chaque étape du PISRES, des discussions initiales sur le concept avec l'Australie jusqu'à la mise en oeuvre finale."

Le major Normand Landry, le gestionnaire de projet pour le MDN, est du même avis : "Les seules personnes au Canada qui avaient déjà l'expérience des essais pleine grandeur étaient celles de l'IRA. L'IRA a assumé un leadership important en pilotant le PISRES depuis ses débuts, notamment en ce qui a trait à l'orientation du projet ainsi qu'au soutien et au leadership à l'endroit de Bombardier."

Jean Roussel, gestionnaire du soutien technique chez Bombardier, est d'avis que "la synergie qui existe entre l'IRA et l'équipe de Bombardier, surtout en ce qui a trait à l'élaboration des charges et de la gamme des missions, nous a permis d'en arriver à des solutions techniques de haute qualité, dans le plus grand intérêt des objectifs à long terme du MDN associés à la gestion de la flotte."