Modélisation de l'émission électromagnétique de faisceaux de câbles complexes dans un environnement 3D

Modeling of the EM emission of complex cable harnesses in a 3D environment

• Auteur / Autrice : Pierre Schickele
• Direction : Xavier Ferrieres, Jean-Philippe Parmantier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques et Applications
• Date : Soutenance le 18/12/2019
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Aéronautique-Astronautique (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Équipe d'accueil doctoral Modélisation et ingénierie des systèmes (Toulouse, Haute-Garonne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Office national d'études et recherches aérospatiales. Département Traitement de l’Information et Systèmes (DTIS)
• Jury : Président / Présidente : Lionel Pichon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Xavier Ferrieres, Jean-Philippe Parmantier, Françoise Paladian, Séraphin Mbduayoueyou Mefire, Nathalie Raveu, Sébastien Tordeux
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Françoise Paladian, Séraphin Mbduayoueyou Mefire

Mots clés

Mots clés contrôlés

Compatibilité électromagnétique

Câbles électriques

Modélisation électromagnétique

Maxwell, Équations de

Mots clés libres

Modélisation électromagnétique

Équations de Maxwell

Réseaux de lignes de transmission multiconducteurs

Couplage champ-Ligne de transmission

Compatibilité électromagnétique

Faisceaux de câbles

Electromagnetic modeling

Maxwell's equations

Multiconductor transmission line network

Field-To-Transmission line coupling

Electromagnetic compatibility

Cable harnesses

Résumé

En raison des évolutions technologiques, le nombre des composants électriques dans les avions a considérablement augmenté. Les normes de certification sont donc devenues plus exigeantes en termes de CEM. C'est pourquoi, dans les essais et les simulations numériques, il est devenu indispensable de bien prendre en compte les effets liés aux phénomènes électromagnétiques. C'est dans ce contexte que s'inscrit cette thèse, qui a pour objectif de modéliser les câblages aéronautiques dans toute leur complexité et leurs interactions avec les champs électromagnétiques en vue d'étudier les perturbations potentiellement induites. Pour la simulation numérique, on a élaboré une stratégie d'hybridation dans le domaine temporel entre les calculs de champs électromagnétiques diffractés par la structure de l'avion et les calculs de courants sur les câbles électriques. Dans cette approche, on a rappelé différentes méthodes pour évaluer les champs et étudié une approche réseaux lignes de transmission multiconducteurs dans le domaine temporel pour tenir compte des faisceaux comportant différents types de câbles et différentes connectiques. Ensuite, un couplage entre cette dernière méthode et les méthodes de calcul de champs a été proposé et étudié à la fois mathématiquement et numériquement puis validé sur différentes configurations génériques. Enfin, on a mis en œuvre cette stratégie sur une configuration complexe comportant un réseau de torons de câbles multifilaires avec différentes charges d'extrémité, le tout installé à l'intérieur d'une structure tridimensionnelle. Grâce à notre approche, on a pu calculer les courants induits par une perturbation extérieure sur chaque conducteur du réseau de câbles, ce que l'on ne pouvait pas faire avec les outils dont on disposait avant ce travail de thèse.

Technological evolution implies that the number of electronic components has drastically increased. Therefore certification standards become more restrictive in the EMC domain. This is why in test and numerical simulation phases, it is more essential to consider electromagnetic effects. In this context, this thesis has aims at modeling the aeronautic wirings in their whole complexity and their interactions with the electromagnetic fields in order to investigate the potentially induced perturbations. As far as numerical simulation is concerned, we elaborate a time-domain hybridization approach which combines the calculation of EM fields scattered by the aircraft structure and the calculation of the currents on the electrical cables. In this approach, we recall several methods to be used for field evaluation and we investigate a time-domain Multiconductor Transmission Line Network method to account for harnesses containing various types of cables, connections and end loads. Then, we propose a coupling technique between this method and the field calculation methods. We analyze it mathematically and numerically, and then we test it on several generic configurations. Finally, we apply this technique on a complex configuration containing a network of multiwire cables with various end loads, all of them installed inside a three-dimensional structure. Thanks to this approach, we can calculate the currents induced by an exterior perturbation on each conductor of the network, which could not be done with the methods existing before the thesis.