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Un hexapode au secours de la réparation aéronautique

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Une société de maintenance aéronautique fait appel à un hexapode pour ré-usiner sur site les plans de joints ailes/fuselage d'un jet d'affaires.


L'utilisateur d'un jet d'affaires privé constate des fuites de carburant à la jonction entre les ailes et le fuselage. Afin de remédier à ce problème il a confié la réparation à une société suisse réputée, TAG Aviation, qui est spécialisée dans la maintenance des avions d'affaires.

Cette société a donc démonté les ailes. Avec une immense surprise ils ont découvert de nombreuses petites zones de corrosion sur le plan de joint de chacune des deux ailes et sur les deux plans de joints du fuselage. C'est par ces zones de corrosion que fuyait le carburant. Les dimensions des plans de joints sont environ : largeur 2 mètres ; hauteur 500 mm ; largeur de l'appui 50 mm.

C'était la première fois que la société suisse mettait en évidence ce type de problème. Ils se sont donc tournés tout naturellement vers le constructeur. Lui aussi a été très surpris. Ainsi pour l'un comme pour l'autre il s'agit d'un problème nouveau pour lequel aucune solution n'avait été imaginée. Mais il était clair qu'il fallait resurfacer tous ces plans de joint.

Vérifier la faisabilité de la réparation

Il a été décidé dans un premier temps d'éliminer les points de corrosion par ponçage manuel très localisé. Les profondeurs creusées pendant ces ponçages ont ensuite été mesurées. Comme le ponçage a été fait manuellement les profondeurs variaient d'un point à un autre. Cela a permis de calculer la profondeur nécessaire d'usinage. Mais il a fallu aussi reprendre les calculs de résistance des structures, afin de savoir quelle profondeur maximum il serait possible d'enlever sans nuire aux qualités de solidité de l'avion. Il est apparu que l'on pouvait enlever au maximum 500 µm. En comparant les valeurs mesurées et la valeur maximum tolérées, il est apparu que les 2 ailes et le fuselage pouvaient être sauvés. Il a donc été décidé d'usiner complètement les quatre plans de joints en enlevant au maximum 500 µm par face.

Restait à savoir comment usiner ces plans de joint sur place car l'appareil ne pouvait plus voler. TAG Aviation a donc rédigé un cahier des charges de l'opération :
  • Le travail doit être fait dans un hangar aéronautique au bout d'une piste d'atterrissage.
  • Il n'y a aucun moyen de manutention, mais une grue peut être utilisée très facilement.
  • Le fuselage est posé sur des vérins qui ne peuvent pas être déplacés.
  • Les ailes sont posées sur des berceaux équipés avec des roues. Ils sont très légers et très souples, donc sans aucune rigidité.
  • Les alimentations électriques et pneumatiques ne sont pas conçues pour alimenter des machines outils.
  • Les variations de températures sont réputées être très faibles tout au long de la journée.
  • Le matériau de base est un alliage aéronautique d'aluminium.
  • Il faut usiner une surface plane.
Ce cahier des charges a été soumis à un certain nombre de prestataires afin de trouver une technologie et une société pour faire ce travail.

On fait appel à un hexapode français

Finalement TAG Aviation et le constructeur de l'avion se sont tournées vers le constructeur de machines-outils vosgien CMW qui proposait un usinage en utilisant sa machine Hexapode CMW 380 qui présente de nombreux avantages :
  • C'est une machine légère, facilement transportable dans un camion ou un avion. Ainsi il est possible de faire une telle opération de maintenance en n'importe quel point du globe.
  • Elle peut être fixée sur des supports très variés : une équerre ; un bloc en béton ; une machine-outil ; un châssis brut de mécano-soudure ; un portique... Ainsi elle peut faire des usinages à des hauteurs et dans des positions très différentes : horizontale, vertical suspendu, vertical posé.
  • Elle crée des efforts de coupe très faibles car elle travaille en UGV. Il est donc possible de travailler même sur une pièce qui est mal bridée.
  • Elle permet d'usiner des profondeurs très faibles. En effet en UGV on fait de tous petits copeaux et on s'affranchit beaucoup mieux du problème du copeau minimum. Ainsi, il est possible d'avoir des profondeurs de passe de 20 µm.
  • Une fonction de dégauchissage automatique est intégrée dans le logiciel standard. Ainsi vous commencez par palper la pièce et ensuite l'usinage est fait automatiquement dans le plan palpé quelles que soient ses inclinaisons en roulis, tangage, lacet. Ainsi même si le support est positionné et orienté sans aucune précision les usinages seront très précis.



Une opération plus compliquée que prévu

Dés l'arrivée de CMW sur le site, il est très vite apparu que cela était beaucoup plus compliqué que ce qui était demandé dans le cahier des charges.

Il était impossible d'utiliser une grue à proximité de l'avion. En effet une poutre surplombait les postes de travail à une hauteur de 5 100 mm. Il était donc impossible d'utiliser le support initialement prévu. De plus, il fallait imaginer un système qui arrive entièrement monté et qui puisse ensuite être déplacé par roulage.
De même, le sol en béton du bâtiment était très beau. Cependant il qu'il n'était pas possible de savoir s'il avait été conçu pour résister aux chevilles expansibles servant au bridage du support. Il a donc fallu prévoir un support très massif ne nécessitant qu'un bridage faible.

En une journée, CMW a réalisé un nouveau support constitué d'une table d'aléseuses à montant mobile et d'une équerre. Cela a nécessité en plus la soudure et l'usinage d'un ensemble de pièces d'adaptation. Cet ensemble était beaucoup plus lourd que l'ensemble initialement prévu (environ 12 t.). Pour déplacer cet ensemble déjà monté il a fallu trouver un camion surbaissé. Cela est très difficile en quatre jours.

Un délai qui a également été nécessaire pour régler tous les problèmes de douane. En effet la Suisse ne fait pas partie de l'Union Européenne ce qui a compliqué l'opération. Ainsi, par exemple, TAG Aviation avait envoyé à CMW le bout d'une aile détériorée pour faire des essais. Ce bout d'aile n'est arrivé qu'après le chargement de l'hexapode sur le camion surbaissé. Les essais préliminaires n'ont donc pas été possibles.

De nouvelles contraintes apparaissent sur le site

De même, TAG Aviation avait effectué l'ensemble des mesures préliminaires avec un très grand soin en utilisant les moyens dont il disposait, mais il n'est pas un spécialiste en métrologie. Il s'est donc révélé indispensable de reprendre ces mesures. De plus, en utilisant une règle de métrologie de 750 mm de long CMW a pu mettre en évidence les déformations des plans de joints.

Les travaux ont été effectués pendant une période de très fortes chaleurs. Le bâtiment n'était ni suffisamment isolé ni climatisé. Ainsi dans une journée les variations de température pouvaient atteindre, voire dépasser, 20° C. En conséquence les ailes de l'avion pouvaient se dilater de 2 mm pendant la journée. C'est problématique quand il ne faut surtout pas usiner plus de 500 µm. Les nuits étant plus fraîches il a été décidé de faire des usinages la nuit. CMW a alors constaté que le système d'éclairage constitué de spots de 1 kW était suffisant pour générer des dilatations et déformations importantes dans les ailes.



Un examen attentif des pièces a aussi mis en évidence la présence de bagues en acier allié traité. Les usineurs savent bien que les outils détestent passer de l'aluminium à l'acier traité. Sur la partie arrière de chaque aile était fixée une pièce très fine en porte-à-faux. Heureusement l'usinage a été réalisé en UGV. Ainsi les efforts sont restés toujours très faibles. De même, il est apparu que l'état de surface souhaité n'était pas du tout celui qui avait été demandé. Il fallait pratiquement un poli miroir. De plus, les pièces comportaient plusieurs centaines d'alésages et les bavures étaient prohibées. En même temps il a été interdit de faire le moindre chanfrein.

Optimiser les bridages

C'est TAG Aviation qui avait la responsabilité du bridages des ailes et les contraintes étaient nombreuses. Il n'existait pas de point d'ancrage des ailes. Il n'était donc pas possible d'utiliser un bridage classique. Le client a donc utilisé des élingues plates en fibres composites. Pour ne pas déformer les ailes, TAG Aviation a donc tiré progressivement sur les sangles. Les ailes étant très souples les efforts exercés par les sangles sont donc restés très faibles. Heureusement l'usinage se faisait en UGV. Ainsi les efforts d'usinage sont toujours restés eux aussi très faibles et le bridage très léger a été suffisant.

Il fallait que le bridage permette à l'aile de se dilater. En même temps il fallait que le plan de joints reste rigoureusement fixe. TAG Aviation a donc dû tester plusieurs bridages. Après chaque essai de bridage l'hexapode CMW 380 permettait de contrôler la validité du bridage.

Du côté du fuselage les points d'ancrage sont imposés par le constructeur de l'avion. En conséquence aucun bridage spécifique n'a pu être installé. Ainsi l'hexapode CMW 380 a dû compenser les déformations dues à la dilatation du fuselage.

Finalement, grâce à l'utilisation de l'hexapode CMW 380, TAG Aviation a pu remettre en état l'appareil que lui avait confié son client. Et celui-ci revole à nouveau ... sans fuite de carburant.

Mirel Scherer

Pour en savoir plus : http://www.hexapode-cmw.com & http://www.tagaviation.ch





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