Scanner en 3D un hélicoptère de Luxembourg Air Rescue avec Artec Leo et Ray

Défi : Scanner en 3D un hélicoptère de sauvetage aérien en entier, des patins aux pales en passant par chaque détail extérieur, en utilisant un scanner laser de longue portée monté sur un trépied et un scanner 3D portable professionnel. Puis, transformer les scans obtenus en modèle 3D complet de l’appareil.

Solution : Artec Leo, Artec Ray, Artec Studio

Résultat : Le scan 3D a été entièrement réalisé sur le terrain dans un hangar et a pris moins de 11 heures au total à l’aide des deux scanners. Dans les jours qui ont suivi, les scans ont été transformés en modèle 3D incroyablement réaliste de l’hélicoptère. Les données de traitement étaient prêtes pour une variété d’applications aérospatiales allant de la rétro-ingénierie à l'inspection en passant par des analyses de l’aérodynamisme et bien d’autres.

Pourquoi Artec 3D ? Grâce à la facilité de transport d’Artec Leo et à son affichage sur écran, couplés à la longue distance de scan d’Artec Ray, l’appareil a été scanné facilement et précisément dans son intégralité, donnant lieu à un modèle 3D réaliste traité et créé dans Artec Studio.

Lorsqu’un appel à l’aide est reçu via le numéro d’appels d’urgence 112, les McDonnell-Douglas MD-902 Explorers de  Luxembourg Air Rescue (LAR) peuvent décoller et atteindre n’importe quelle destination dans le pays en 10 minutes maximum. Depuis son acquisition en 1996, la flotte d’hélicoptères de cette association à but non lucratif a effectué plus de 30 000 missions.

Outre des missions humanitaires spéciales, les six hélicoptères MD-902 de LAR sont fréquemment utilisés en cas d'urgence ainsi que pour transporter des patients en soins intensifs d'un hôpital à un autre au Luxembourg ou vers et depuis la Grande Région.

Un équipage de Luxembourg Air Rescue prépare un patient pour son transport médical

Un hélicoptère de pointe aux possibilités diverses

Aujourd'hui, on peut trouver des MD-902 aux quatre coins du monde, où ils remplissent notamment des fonctions policières, militaires, de recherche et de sauvetage, d'utilitaires légers et autres. Par conséquent, l’appareil peut se présenter dans différentes configurations et être doté de divers équipements, aussi bien à l'intérieur, dans le cockpit et la cabine, qu’à l’extérieur, sur le fuselage.

Le poste de pilotage (cockpit) peut être équipé de suites avioniques spéciales, d’écrans tactiques et de tableaux de bord. Quand il est utilisé à des fins militaires, le MD-902 peut être modifié avec des armes Gatling montées sur les portes, des lance-roquettes de 70 mm et un capteur FLIR placé sous le nez de l’hélicoptère.

Afin de montrer la faisabilité de l’utilisation de la technologie du scan 3D pour numériser des objets aussi volumineux que des hélicoptères et des aéroplanes pour des applications telles que la rétro-ingénierie, l’inspection et les tests de simulation des flux aérodynamiques (CFD), Luxembourg Air Rescue a fait équipe avec Artec 3D, qui a également son siège au Luxembourg, en vue de scanner un McDonnell-Douglas MD-902 Explorer. L’hélicoptère a été scanné en 3D à l’aide de deux des plus récents scanners 3D professionnels : Artec Leo et Artec Ray.

Scan du MD-902 avec Artec Ray et Artec Leo

Une journée, deux scanners 3D

Artec Leo, un scanner 3D unique et facile d’emploi doté d'un processeur embarqué et d'un écran tactile arrière, offre à ses utilisateurs la possibilité de scanner des objets de taille moyenne ou grande sans que des câbles, une batterie ou un ordinateur portable connecté ne soient nécessaires.

Artec Leo

Fort d'une précision maximale de 0,1 mm, Leo excelle dans l’acquisition de géométries de surface complexes et d'une gamme complète de couleurs grâce à la caméra de texture du scanner. Leo a servi à scanner le MD-902 en entier, de la queue au nez.

Second scanner utilisé pour ce projet, Artec Ray est un scanner 3D de longue portée monté sur trépied et conçu pour la numérisation d'objets de grande taille.

Artec Ray

Grâce à sa précision submillimétrique de qualité métrologique et à sa distance de travail allant de 2 à 110 mètres, Ray peut scanner tout ce qui va d’une voiture à un bus, en passant par un yacht massif, sans oublier sa capacité à numériser des zones et des scènes entières, par exemple des scènes d’accidents de la route, des scènes de crime, etc.

Scanner le MD-902 de haut en bas

Quand l’heure est venue de scanner le McDonnell-Douglas MD-902 de Luxembourg Air Rescue, Artec Ray a été utilisé principalement à des fins d’alignement et a effectué un total de 16 scans à plusieurs endroits autour de l'hélicoptère : huit depuis le bas et huit d’en haut. Cette étape du scan a pris moins de trois heures en tout.

Artec Leo en train de scanner le fuselage du MD-902

Est ensuite venu le tour de Leo, qui a mis environ huit heures à effectuer avec une précision submillimétrique 26 scans se chevauchant du fuselage de 10,39 m de l’hélicoptère, sans manquer le moindre détail.

Artec Leo en train de scanner le flanc du MD-902

Pour accélérer l’alignement et l’enregistrement global des scans pendant le traitement, des caractéristiques de texture ont été ajoutées à l’aide d'un spray de scan 3D à évaporation.

Quelques turbulences à traverser

Scanner le dessous du MD-902 a d’emblée posé un certain nombre de difficultés. En l’absence d'un monte-charge permettant de soulever l’hélicoptère du sol du hangar, il a fallu se glisser sous le fuselage et effectuer le scan « du bas vers le haut ».

Scan de la partie inférieure du fuselage du MD-902 avec Artec Leo

Compte tenu de l’espace étroit, il a parfois été difficile de tenir Leo à 90 degrés, simplement parce que la distance de scan jusqu’au fuselage de l’hélicoptère était très courte : à peine 350 mm à certains endroits.

Un autre défi a été de scanner les pales de l’hélicoptère. Pour y accéder, il a été nécessaire d’utiliser la plateforme élévatrice mobile de Luxembourg Air Rescue. Étant donné que les pales sont extrêmement longues, fines et noires, sans traits distinctifs permettant de faciliter le suivi, il a parfois été nécessaire de coller du ruban de masquage à divers endroits.

Le moindre détail est scanné avec Artec Leo

Quand il a été temps de scanner les fenêtres du MD-902, le spray de scan n’était malheureusement pas envisageable. À la place, l’équipe a été autorisée à asperger et à scanner les fenêtres d'un hélicoptère de démonstration dont les fenêtres avaient une forme identique. Les scans de ces fenêtres ont ensuite été adaptés pour correspondre aux châssis des fenêtres du MD-902, ce qui a nécessité quelques efforts.

Une fois le scan terminé, pendant les deux semaines qui ont suivi, les données ont été traitées dans le logiciel Artec Studio, où les scans ont été peaufinés, alignés et assemblés pour former un modèle 3D à la précision submillimétrique prêt pour diverses utilisations.

Alignement des scans d’Artec Leo et de Ray dans le logiciel Artec Studio

Scan vers CAO simplifié

Plutôt que d’effectuer des mesures manuelles d'un aéronef comme le MD-902, ce qui prendrait énormément de temps et entraînerait un risque d’erreurs de la part de l’opérateur, ou de travailler à partir d’anciens plans qui pourraient être imprécis ou incomplets, il est bien plus simple et rapide de recourir à une solution scan vers CAO pour transformer un modèle 3D d’un aéronef en modèle CAO précis. Le logiciel Artec Studio offre une panoplie complète d'outils conçus pour faciliter le plus possible ce processus.

Qu’il s’agisse d’un MD-902, d'un Learjet ou d’un appareil plus gros ou plus petit, les scans 3D réalisés avec Leo ou Ray peuvent être exportés vers une variété de systèmes CAO, où ils serviront de références fiables pour l’esquisse et la création d'un modèle CAO précis.

Vue du dessus du modèle 3D du MD-902, à partir des scans d’Artec Leo et de Ray

Plus tard, quand vient l’heure de concevoir un nouvel intérieur (en tenant compte des scans du cockpit ou de la cabine) ou une nouvelle configuration extérieure pour un aéronef, le modèle CAO obtenu indique exactement où se trouvent chaque point de fixation, trou de boulon et rivet ainsi que l’espace disponible pour l’installation des composants et des éléments de design prévus.

Rétro-ingénierie de pièces difficiles à trouver ou dont la production a cessé

Toute association ou entreprise effectuant des vols réguliers et maintenant une flotte aérienne vieille de plusieurs décennies a besoin à un moment ou à un autre de pièces et de composants essentiels dont la livraison peut prendre plusieurs semaines ou mois, voire qui ne sont pas disponibles.

Dans ce genre de cas, de nombreuses pièces d’aéronefs peuvent être rétro-conçues à l’aide d’une solution CAO et du scan 3D, par exemple avec les scanners Artec Leo ou Artec Space Spider, après quoi ces composants peuvent être produits sur demande au moyen de la fabrication additive, du moulage, de l’usinage CNC ou d'une autre technologie.

Vue latérale de l’ensemble rotor du modèle 3D du MD-902

Qui plus est, les modèles CAO réalisés à partir de ces scans 3D peuvent être utilisés en synergie avec l’analyse des éléments finis pour concevoir et produire des pièces aérospatiales optimisées qui ne sont plus disponibles à la vente.

Que ce soit pour une rénovation ou pour s’adapter à l’avenir, le scan 3D pour la rétro-ingénierie est une solution viable et éprouvée pour les besoins petits et grands en aérospatiale. La technologie évolue rapidement d’année en année, rendant possible la création de pièces plus légères, plus solides et plus abordables, et, un jour, de fuselages et d’ailes entiers.

Inspection 3D des aéronefs

Lorsqu’un aéronef, qu’il s’agisse d’un avion léger, d'un hélicoptère ou d'un avion de ligne, effectue des dizaines voire des centaines de vols chaque année, il est inéluctable qu'il subisse des dégâts externes. Ceux-ci peuvent être causés par de violentes averses de grêle, des atterrissages brutaux, des impacts d'oiseaux et autres collisions.

Mesurer et quantifier rapidement et précisément ce genre de dommages est crucial, non seulement pour des questions d’assurances mais aussi pour comprendre l’ampleur des travaux de réparation et éviter une longue immobilisation au sol.

Plan rapproché du système anti-couple NOTAR du modèle 3D du MD-902

En scannant un hélicoptère ou un autre aéronef en 3D, comme cela a été fait avec le MD-902, il est facile d’utiliser les scans 3D obtenus comme modèle de référence pour effectuer des inspections de surface dans Artec Studio, à l’aide de l'outil de cartographie des distances de surface du logiciel.

Tout dégât ou changement dans la géométrie externe, même bien inférieur au millimètre, sera immédiatement visible avec une carte de chaleur facile à lire. Les scans peuvent également être exportés dans Geomagic Control X, pour des possibilités d’inspection encore plus grandes.

Le scan pour les analyses CFD en aérodynamique

Tester et comprendre l’aérodynamisme d’un aéronef est la première étape vers l’optimisation de l’efficacité énergétique et des performances de vol. Aujourd'hui plus que jamais, les tests CFD (mécanique des fluides numérique) sont à la portée non seulement des constructeurs aérospatiaux mais également des propriétaires privés et corporatifs.

Un processus autrefois onéreux et complexe est désormais simple à instaurer et à entreprendre à la demande. Pour commencer, il suffit d'un modèle 3D ou CAO précis de l’aéronef concerné, tel le modèle 3D du MD-902 créé à partir des scans d’Artec Leo, comme expliqué plus haut.

 

Il est ensuite possible de simuler et d’étudier les performances aérodynamiques de l’aéronef ainsi que de nombreuses variables de conception et configurations du fuselage, dans diverses conditions atmosphériques.

Pour les constructeurs aérospatiaux, mais pas que, les avantages sont nombreux. Des prototypes virtuels avec de nouvelles configurations peuvent être créés en quelques jours au lieu des semaines voire des mois habituellement nécessaires.

Puis, lors de la phase de tests en vol du prototype, des inspections 3D peuvent être réalisées avec un scanner Artec Leo ou Artec Ray, en fonction de la taille de l’aéronef, pour détecter une fatigue du métal, des dégâts d'impact ou d’autres changements structurels.

Résumé

Bien qu'une journée complète de scan et plusieurs jours ou semaines de traitement d’énormes quantités de données de scan puissent être nécessaires pour obtenir un modèle 3D, ce petit investissement initial de temps et d’énergie peut donner lieu à une multitude d’avantages tout au long de la durée de vie d’un hélicoptère ou d'un autre appareil, qu’il s’agisse d’une unité ou d'une flotte entière.

Dans le monde actuel, tout le monde devrait avoir dans sa ligne de mire l'obtention accélérée, simplifiée et moins coûteuse de résultats aux tolérances plus grandes. Dans l’aérospatiale comme dans de nombreux autres secteurs exigeants, le scan 3D à l’aide de logiciels et de scanners 3D professionnels, tels Artec Leo et Ray, vous permet d’atteindre précisément cet objectif.

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