Modélisation électromagnétique unifiée pour les contraintes foudre et champ fort sur aéronefs

Electromagnetic unified modelling for LIE and HIRF problematic on aircraft

• Auteur / Autrice : Camille Bastard
• Direction : Alain Reineix, Christophe Guiffaut, Marc Meyer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, microelectronique, optique et lasers, optoelectronique microondes robotique
• Date : Soutenance le 13/02/2020
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie des Systèmes, Mathématiques, Informatique (Limoges ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : XLIM
• Jury : Président / Présidente : Françoise Paladian
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Reineix, Christophe Guiffaut, Marc Meyer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Besnier, Marc Hélier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protection

Hélicoptères

Analyse temporelle

Différences finies

Protection contre la foudre

Champs électromagnétiques

Modélisation électromagnétique

Mots clés libres

Champs fort

Essai hélicoptère

Extrapolation

FDTD

Foudre

Modèle électromagnétique unifié

Modélisation électromagnétique

Optimisation de la convergence

Transposition aux conditions des essais en vol

HIRF

Test on helicopter

Extrapolation

FDTD

Lightning

Unified electromagnetic modelling

Electromagnetic modelling

Convergence optimization

Transposition to flight tests conditions

Résumé

Au cours de leurs missions, les hélicoptères sont susceptibles de voler à proximité d’émetteurs radio et radars de forte puissance. Ces émissions peuvent perturber des systèmes électroniques nécessaires pour voler et atterrir en sécurité. Des contraintes réglementaires sont donc à considérer lors du développement de nouveaux appareils afin d’être capable de les certifier. Des études passent d’une part par une phase de design réalisée en partie via des simulations numériques 2D et 3D pour définir le niveau de protection électromagnétique requis et d’autre part par des essais afin de confirmer les calculs et répondre aux exigences de certification de l’hélicoptère. Les objectifs de cette thèse sont d’une part d’améliorer les modèles pour les agressions champ fort afin d’être plus prédictif et d’autre part d’établir un processus d’extrapolation des résultats champ fort pour traiter les agressions foudre avec les mêmes calculs numériques. L’objectif de cette phase d’extrapolation est de passer de calculs de plusieurs jours à une nuit maximum. Pour répondre à cette double problématique, les différences finies dans le domaine temporel seront utilisées en s’appuyant majoritairement sur le logiciel ASERIS-FD. Le protocole d’extrapolation, quant à lui utilise la méthode Matrix Pencil.

During their missions, helicopters may fly near to high power radar and radio transmitters. These emissions can disturb electronic systems necessary to safety, especially during take-off and landing. Some regulatory requirements need to be considered during the development of new aircraft in order to be able to certify them. Part of the design studies are based on 2D and 3D numerical simulations to define the level of electromagnetic protection needed. Tests on real aircraft are also performed in order to validate these calculations and achieve the certification protocol. The objectives of this thesis are on the first hand to improve the numerical model used to be more predictive for HIRF problems and on the other hand to establish an extrapolation protocol in order to manage the LIE and HIRF problems with the same calculation. This extrapolation protocol reduces three-day calculation times to 7 hours. In the purpose of solving this double problematic, finite difference time domain methodology is used mainly with the ASERIS-FD software. For the extrapolation protocol, the Matrix Pencil method is applied.