08.06.2021
L'imagination se confond avec la réalité lorsqu'une vision doit devenir un projet concret. La conception, pouvant être définie de manière plus large comme un processus visant à définir le fonctionnement et la forme d'un objet, rempli cette fonction.
En effet, à Pie Aeronefs SA, l'une des phases les plus stratégiques du développement de l'avion de course tout-électrique UR-1 est effectuée par le travail de conception mécanique mené par notre ingénieur Oliver Ensslin. Donner une forme à une idée et la rendre concrète ne sont pas des tâches faciles particulièrement lors que vous travaillez sur un projet d'avant-garde comme le nôtre. Toutes les phases de cette conception industrielle sont étroitement liées notamment parce que chaque pas dans une direction doit prendre en compte tous les aspects de l'autre.
Dans l'ingénierie en conception mécanique, les projets nécessitent plusieurs étapes de développement et requièrent le respect de règles strictes, notamment car chaque petit changement fait partie d'un ensemble composé d'un équilibre compliqué entre variables et limitations.
Ce processus étant très créatif, nous avons choisis, à Pie Aeronefs SA, de vous offrir l'opportunité de jeter un œil dans les coulisses de la conception mécanique.
Les premières réflexions sur le processus de conception des pièces de l'UR-1 sont liées aux fonctions que la pièce doit accomplir. En essence : pour quoi une pièce est-elle faite. Un avion étant un système complexe, nous devons souvent optimiser et combiner de multiples fonctions en une seule pièce. De plus, le design d'un élément peut être influencé par de nombreux aspects comme les composants qui peuvent être placés autour.
Au-delà de toutes les variables et limitations que nous devons prendre en compte, nous devons également penser au chemin de charge : c'est-à-dire les forces qui traversent une pièces. Par exemple, lors de la conception d'un élément, l'équipe d'ingénierie en conception mécanique n'était pas seulement concentrée sur trouver le meilleur matériau mais également trouver l'endroit où les forces iront.
Il est important de souligner que la masse et les charges sont toujours les moteurs de la conception d'une pièce.
Il y a de nombreux aspects à prendre en compte lors de designing. Un rôle stratégique est réalisé à partir des discussions entre les équipes ayant différentes tâches. L'équipe d'ingénieurs en conception mécanique a besoin de connaître ce que les fabricants de pièces, p.ex. nos experts en matériaux composite, sont capables de faire au regard de leur savoir-faire et de leur équipement. Au même moment, le travail de conception est influencé par les recommendations fournies par nos analystes en stress.
De plus, lors du processus de design, il y a de nombreuses questions auxquelles il faut répondre précisément : la pièce va-t-elle résister à l'environnement (corrosion) ? Que se passe-t-il si quelqu'un la malmène ? Comment peut-elle casser et quelles peuvent être les conséquences ? Que se passe-t-il si elle atteint les tolérances de son domaine ? etc...
Évidemment, la complexité d'une pièce conditionne la quantité de questions auxquelles répondre et la durée de travail nécessaire pour sa conception. Une simple goupille peut prendre moins d'une matinée pour être conçue, contrôlée par l'analyste en stress puis dessinée pour la manufacture. De l'autre côté, notre aile, qui est l'élément le plus compliqué jusqu'à maintenant, nécessite plusieurs semaines de conception. Lorsqu'une solution ne fonctionne pas, nous devons reculer de quelques étapes et recommencer.
La communication entre les équipes est fondamentale. Comme notre ingénieur Oliver Ensslin le dit : "L'ingénierie n'est pas quelque-chose que l'on fait seul".
De nombreux matériaux ont leur place dans notre avion. Même s'ils ont tous des propriétés variées, les caractéristiques que nous recherchons principalement sont la masse pour un volume donné (densité), la contrainte qu'ils sont capables de subir sur une section (résistance) et la déformation possible (raideur).
Généralement, la fibre de carbone a un bon mix de ces caractéristiques et nous l'utilisons largement dans notre aile. Cependant, elle n'est pas facile à usiner. Parce que ce matériau est fait de fibres, il est préférable de faire des pièces plutôt plates.
Lorsqu'on souhaite concevoir des pièces avec une géométrie précise et compliquée, nous préférons l'aluminium. Il est simple à usiner à partir d'un bloc, mais il faut considérer que la tête de fraisage doive atteindre chaque recoins.
L'acier et le titane ont aussi leur place. Nous les utilisons principalement pour de petites pièces très résistantes comme des boulons ou des goupilles. Plus récemment, les plastiques en impression 3D se sont largement améliorés cette dernière décennie. Au travers de ce processus de manufacture, il est désormais possible de créer des géométries très compliquées à moindres coûts. Malheureusement, ce matériau ne peut pas supporter beaucoup de charge et ceci limite son utilisation.
Concernant nos enceintes à batteries, nous avons sélectionné un matériau très spécial qui supporte la chaleur dégagée en cas de feu. Après de nombreux tests avec différentes matières, nous sommes arrivés sur une céramique qui renferme de la fibre de carbone.
Pour la conception de notre avion électrique UR-1, notre équipe d'ingénierie en conception mécanique utilise un programme spécifique appelé "CAD" (Computer Aided Design ou Conception Assistée par Ordinateur). Il est l'outil principal du designer et aide l'équipe à visualiser comment les choses s'assemblent. Il nous permet de mouvoir des pièces, de tester différentes solutions et, finalement, d'apercevoir comment les pièces fonctionnent.
Les ingénieurs peuvent envoyer la géométrie faite aux analystes de contrainte afin qu'ils puissent exécuter différents examens de charge sur un logiciel spécialisé comme ANSYS. Pour finir, la géométrie est envoyée à nos techniciens en aéronef pour qu'ils puissent usiner les moules, par exemple. Le CAD est également utile pour faire des dessins de notre atelier et ainsi l'organiser.
Un autre software clé que nous utilisons est "SVN" (Subversion). Il est utile pour stocker et organiser nos données. Nous avons ainsi développé un processus simple et rapide pour tracker des versions de dessins.
Dans cette interview de notre principal ingénieur en conception mécanique et structure, Oliver Ensslin, nous vous offrons une opinion personnelle sur son travail.
