Modélisation couplée Compatibilité Électromagnétique - Thermique d’architectures de câblages électriques embarquées (Coupled EMC-Thermal Modeling of Electrical Wiring Architectures Embedded) Mahiddini, Florian 2018-05-24 Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace

Directeur(s) de thèse:  Millan, Pierre; Ridel, Michael Laboratoire :  Département Electromagnétisme et Radars -DEMR (depuis 1997) Ecole doctorale :  Aéronautique - Astronautique -AA Classification : Physique

Accès :  Texte intégral Mots-clés : Équation Intégrale, Lignes de Transmission, Compatibilité Électromagnétique, Transfert Thermique, Avion plus électrique Résumé : Le développement d’aéronefs « plus » voire « tout » électriques a pour conséquence la conception d’architectures électriques embarquées de plus en plus complexes entraînant une très nette augmentation du nombre de câbles électriques à déployer au sein des véhicules. Parmi les contraintes rencontrées lors des phases de définition et d’intégration des réseaux de câblages, les aspects de compatibilité électromagnétique et de gestion des échauffements thermiques deviennent de plus en plus critiques. Ainsi, ces travaux de thèse sont dédiés au développement d’une méthodologie permettant la prédiction d’une part, des courants induits par et sur les réseaux de câblages et d’autre part, de leur niveaux d’échauffement. En particulier, l’analyse bibliographique effectuée à cette occasion montre que les phénomènes électrostatiques (à la base de la théorie des lignes de transmission) et de conduction stationnaire de la chaleur sont strictement analogues, ce qui autorise une résolution simultanée de ces deux problèmes pour les réseaux de câblages considérés. Les présents travaux démontrent que le calcul des paramètres électriques primaires (p.u.l) du réseau et de la distribution de température dans le plan transverse peut se faire de manière totalement couplé à l’aide d’un schéma numérique basé sur la Méthode des Moments (MoM). Le choix de l’utilisation des équations intégrales pour la résolution de ce problème de potentiel se fonde sur plusieurs avantages tels qu’une utilisation optimisée des ressources de calcul et l’utilisation d’algorithmes efficaces de résolution, de surcroît naturellement parallélisables pour de futurs développements. Les outils de calculs thermiques développés dans le cadre de cette thèse, et qui ont vocation à être intégrés dans la suite logicielle CRIPTE de l’ONERA, ont fait l’objet d’une validation expérimentale pour plusieurs configurations de harnais électriques. Les comparaisons simulations-mesures présentent de bons accords bien que les expérimentations menées aient montré la difficulté d’obtenir précisément des valeurs du coefficient d’échange thermique, même dans des conditions parfaitement maîtrisées. Les travaux ouvrent enfin des perspectives nouvelles sur l’optimisation en terme de masse des réseaux de câblage (EWIS). Résumé (anglais) : The on-going development of “more” or “all” electrical aircraft leads to the design of ever-complex embedded electrical networks, which causes a significant increase of electrical cables to be used within these innovative vehicles. Among the constraints encountered during the definition and integration phases of the network, those related to the electromagnetic compatibility between equipment as well as the management of thermal heating by Joule’s effect become more and more stringent. Thus, this thesis is dedicated to the development of an original methodology enabling the prediction of both induced and crosstalk currents as well as the heating up state in complex bundles of cables. Indeed, literature review explicitly shows that electrostatic and stationary heat transfer phenomena are, from a mathematical standpoint, strictly the same which allows the simultaneous computation of these two problems for an arbitrary network. This research work demonstrates that the determination of primary electrical parameters (per unit length) and the temperature distribution within a given cross-section can be handled with the numerical Method Of Moment (MoM). This choice is motivated by the several inherent advantages of the method like an optimized use of the computer resource and the natural parallelization of the algorithms. The developed numerical tools, intended to be fully integrated in the in-house software suite CRIPTE, has been validated during an experimental campaign that has involved several types of bundles. Although the comparisons between experimental and simulated results comply with each other, experiments reveal the hard task of getting a precise estimation of the heat transfer coefficients, even in a well-controlled environment. Finally, these works open new and very promising perspectives for future EWIS (Electrical Wiring Interconnection System) in term of mass optimization. Langue : Français

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