Structure CFRP dans les appareils optroniques et charge utile

Secteurs d'activité : Défense et sécurité, Aéronautique
Technologies : Conception optomécanique

Contexte

Dans la majorité des applications aérospatiales et de défense de l’optronique, les structures doivent être légères et ultrastables. Ces dispositifs optroniques de fine pointe doivent être en mesure et de fonctionner et de survivre dans des conditions environnementales adverses, notamment en présence d'importants écarts de température et de niveaux de vibration élevés, et ce, sous diverses conditions atmosphériques.

  • Les structures de carbone sont principalement utilisées dans les plateformes aéroporté et spatiale (Photo : Défense nationale du Canada)
  • Miroir de 15" (38 cm) basé sur une structure de CFRP du CESAR

Solution

L’INO a exécuté de nombreux projets ayant recours à des matériaux composites avancés, comme le polymère renforcé par fibres de carbone (CFRP). Ces approches ont toutes exploité le rapport rigidité/poids exceptionnel de ce type de matériaux, de même que son coefficient quasi-nul de dilatation thermique dans un plan donné.

L’utilisation de matériaux composite permet la construction de systèmes légers, à stabilité dimensionnelle extrême en dépit d'écarts de température importants. De telles caractéristiques permettent de réduire la complexité du système en réduisant ou éliminant le besoin de thermorégulation active, Du coup, la masse et la complexité du système s’en trouvent encore réduites et la robustesse, accrue.

Grâce à l’expertise de son équipe optomécanique, l’INO a mis au point une grande variété de modèles en CFRP, allant de télescopes axiaux athermalisés à des systèmes multiéléments de complexité élevée. L’introduction de matériaux CFRP dans les systèmes optroniques repose sur des techniques propres au domaine optomécanique. Par exemple, le choix de matrice et de fibres aura un effet direct sur les distorsions causées par un phénomène thermique et sur le coefficient d’absorption d’humidité. Une conception judicieuse permet de tirer avantage des propriétés idéales de transmission dans le plan des CFRP, sans pour autant devoir composer avec les propriétés de distorsion dans l’épaisseur. Pour maintenir la stabilité dimensionnelle, l’INO a élaboré des techniques particulières au moyen de joints de structure et d’assemblage avec d’autres matériaux ou avec du verre optique. Nos outils de conception comprennent notamment des évaluations du rendement du système à l’aide de simulations numériques.

De plus

En outre, l’équipe d’intégration système d’INO est épaulée par l’équipe optomécanique, qui cumule plus de 50 ans d’expérience. Cette collaboration nous assure donc d’offrir rapidement une conception à la fine pointe à nos clients.

Qu’il s’agisse d’une application militaire, aérospatiale ou de laboratoire, l’INO offre des solutions qui permettent d’opérer dans des conditions environnementales difficiles. L’INO dispose d’un centre complet d'essais en environnement, où il est possible de tester vos composantes dans les conditions les plus difficiles auxquelles elles risquent d’être exposées.

L’INO possède également un appareil d’essai élaboré de stabilité thermique, en plus d’une base de données empirique d’essais de stabilité dimensionnelle. Ces données d’ingénierie permettent l'élaboration de solutions stables et robustes pouvant être employées dans un large éventail de conditions environnementales, même à vide au besoin.

 

Les centaines de solutions développées jusqu’à présent nous donnent l’expertise nécessaire à l’achèvement de vos projets à l’aide d’approches optomécaniques robustes et éprouvées.

 

CESAR

L’objectif du CESAR (spectographe échelle compact pour la recherche aéronomique) est de fournir aux aéronomistes un spectrographe à large bande passante, à haute dispersion et à haut rendement. Fonctionnant à des angles de dépression solaire beaucoup plus petits que les actuels systèmes astronomiques, cet instrument rend possibles les études dans le demi jour (lumière du ciel diurne). Portatif, il est calibré pour permettre l’installation dans de multiples stations importantes d’un point de vue géophysique. Par ailleurs, son utilisation aéronomique accroît considérablement la portée des études scientifiques de la haute atmosphère.

Financés par la National Science Foundation, les efforts de conception du CESAR sont dirigés par M. Tom Slanger du Molecular Physics Laboratory de SRI International, avec la collaboration de Lyle Broadfoot, de l’Université de l’Arizona, et de Steven Vogt, de l’Université de la Californie, à Santa Cruz.

C’est l’INO qui conçoit et fabrique la caméra du CESAR. Elle présente une configuration catadioptrique Maksutov qui assure un meilleur contrôle des aberrations chromatiques sur de larges gammes d’ondes, sans nécessité de mise au point lors d’un changement d’exposition. Pour prévenir la condensation sur les lentilles, il suffit de nettoyer la chambre interne à l’air sec. La structure est faite de résine polymère armée de fibres de carbone pour un coefficient minimal de dilatation thermique, et le mécanisme de translation isostatique sans jeu permet une mise au point d’une précision de 1 µm sur le terrain. On utilise des montants indéformables en élastomère pour les principales composantes optiques, notamment le miroir de 38 cm et les deux lentilles sphériques de 23 cm.

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