La conception et l’implémentation de systèmes de sonar chez Northrop Grumman Corporation (NGC) est un procédé rapide et innovant, entre autres grâce à la modélisation multiphysique. Dans une keynote de la COMSOL Conference 2020 North America, Lauren Lagua de l’équipe Sonar Integration, division Undersea Systems, explique comment elle utilise le logiciel COMSOL Multiphysics® pour le cycle de conception par prototypage rapide dans le développement de systèmes de sonar. Dans cet article, vous trouverez un enregistrement de sa présentation ainsi qu’un bref résumé.
Lauren Lagua présente l’utilisation de COMSOL Multiphysics® pour le prototypage rapide
La phase de conception par prototypage rapide chez NGC
Chez Northrop Grumman, les ingénieurs suivent une phase de conception par prototypage rapide comprenant quatre étapes, les trois premières étant souvent répétées plusieurs fois:
- Conception
- Fabrication d’un prototype
- Essais & Vérification du design
- Production du design définitif
Selon Lauren Lagua, COMSOL Multiphysics® est mis en oeuvre à chaque étape du processus.
Conception
Lors de la conception de transducteurs pour des systèmes de sonar, les ingénieurs testent différents paramètres pour voir de quelle façon les combiner afin d’atteindre les objectifs globaux du projet. Ils peuvent tester des matériaux (tels que de nouveaux matériaux piézoélectriques), la géométrie, la fréquence, et plus encore. L’équipe utilise COMSOL Multiphysics®, et plus spécifiquement les interfaces Pression acoustique, Mécanique du solide, Electrostatique, et Circuit électrique, pour déterminer comment les variations de différents paramètres influencent leurs designs.
Lorsqu’elle teste de nouveaux matériaux, l’équipe manque souvent d’informations de la part des fournisseurs concernant les propriétés matériaux nécessaires au calcul. A la place, ils utilisent COMSOL Multiphysics® pour estimer ces propriétés à partir des informations dont ils disposent, en testant les matériaux, et en comparant les résultats avec leurs modèles COMSOL.
Une capture d’écran de la keynote montrant un exemple de matériau utilisé dans la conception d’un transducteur.
Prototype
Une fois que l’équipe de NGC a un modèle fonctionnel, elle réalise un ensemble de tests grâce à la fabrication d’un prototype et le compare au modèle. Parfois, les résultats ne correspondent pas, comme s’il y avait un phénomène physique manquant dans le modèle. D’autres fois, Lagua est capable d’identifier un défaut de fabrication dans le prototype. Par exemple, lors de l’assemblage d’un matériau piézoélectrique sur un substrat de support, il peut y avoir une bulle d’air emprisonnée, ou un collage imparfait.
Lagua formule une hypothèse sur ce qui cause le problème et la modélise dans COMSOL Multiphysics®. En comparant les résultats du modèle à son hypothèse sur le prototype original, Lagua est en mesure de résoudre les problèmes de fabrication et de les corriger rapidement.
Essais et vérifications
Lorsqu’un prototype est prêt, l’équipe de NGC réalise des essais de ses propriétés électriques et acoustiques à l’échelle du système.
Les essais électriques incluent des tests d’impédance et des mesures de capacitance.
En termes d’acoustique, Northrop Grumman utilise une installation d’essais acoustiques à la pointe de la technologie. L’installation, qui constitue le plus grand bassin d’essais pour l’industrie privée, fait 50 pieds (15.24 mètres) de diamètre, contient 400 000 gallons (1 514 164.71 litres) d’eau, et est recouverte de séquoia pour créer un environnement idéal pour les essais acoustiques à large bande (imitant celui de l’eau libre). Le bassin d’essais acoustiques est utilisé pour mesurer la réponse en tension de transmission, la sensibilité à la tension en champ lointain, et les diagrammes de directivité des transducteurs de sonar. Les résultats des essais réalisés dans l’installation sont réincorporés dans le modèle et utilisés pour le vérifier, ou le calibrer si nécessaire.
Le bassin d’essais acoustiques. Image reproduite avec l’aimable autorisation de Northrop Grumman Corporation.
Une fois qu’un design est passé par les trois premières étapes de la phase de conception par prototypage rapide, celles-ci peuvent être rapidement répétées autant de fois que nécessaire jusqu’à l’obtention de la version définitive du design, prête à être mise en production.
Sonar pour véhicules sous-marins sans pilote de petites dimensions
Dans sa présentation, Lagua donne un exemple de projet chez Northrop Grumman Corporation dans lequel la phase de conception par prototypage rapide et le logiciel COMSOL Multiphysics® ont été mis en oeuvre avec succès. Le système μSAS™ est un sonar de flanc à deux côtés, pour une utilisation en véhicule sous-marin sans pilote (UUV). Ces véhicules de petite taille font environ 6 pouces (15.24 cm) de diamètre et sont préprogrammés pour des missions.
Une capture d’écran de la présentation montrant le système μSAS™.
En raison de la petite taille de l’appareil, sa conception est soumise à des contraintes strictes de taille, poids et puissance. L’objectif de Lagua était de développer le meilleur sonar possible dans l’appareil de petite taille, tout en conservant de l’énergie. En fin de compte, l’équipe de NGC a conçu un système comprenant un sonar de chaque côté, mettant en oeuvre un traitement interférométrique. Cela signifie que le système de sonar de cet UUV peut interpoler des images en 3D.
Concevoir, prototyper, tester et vérifier
En utilisant COMSOL Multiphysics®, l’équipe de Northrop Grumman est capable de concevoir, de prototyper, de tester et de vérifier de nouvelles conceptions rapidement — parfois même en une semaine! Comme Lagua le mentionne dans sa présentation, “COMSOL® a eu un immense impact chez Northrop Grumman — et pour moi.”
Pour en apprendre davantage sur l’utilisation de la simulation et sur le cycle de prototypage rapide chez Northrop Grumman, regardez la vidéo de la keynote en haut de cet article.
μSAS est une marque déposée de Northrop Grumman Corporation.
Commentaires (0)