Essais & Simulations n° 131

MESURES DOSSIER CEM

MESURES DOSSIER CEM MÉTHODE Outil de validation du design et de l’installation des câblages aéronautiques du point de vue de la diaphonie Cet article décrit un process permettant de valider le design et l’installation des harnais dans un aéronef du point de vue CEM, en validant le respect des seuils de diaphonie inter et intra harnais. Un outil numérique a été développé et validé sur deux cas tests. Le premier concerne deux harnais avec trois câbles et le second concerne quinze harnais avec plus de 1 400 liaisons. Ceci permet de mettre en évidence la capacité de prendre en compte une installation avion contenant de nombreux harnais en vue de la validation CEM conduite d’un design et d’une installation. Avec l’évolution de l’avion « plus électrique », la commande et l’acheminement de la puissance ainsi que les transferts de données ont pris une grande importance dans le développement de nouveaux systèmes. Afin de prendre en compte ces tendances, les nouvelles directives de la CS25 et de la FAR25 introduisent désormais le « câblage » comme un système à part entière dans un processus de certification en définissant l’Electrical Wiring Interconnection Systems (Ewis). En effet, l’Ewis représente l’ensemble des fils et câbles, solutions de connexions à la masse avion, contacts et connecteurs, les éléments de protection circuits, protections mécaniques et CEM des câbles et harnais, les éléments d’identification et de support mécanique. Le métier de conception de l’Ewis doit donc évoluer vers cette tendance visant à fournir une prestation globale au client prenant en compte ces différents points. L’avion plus électrique donne donc une dimension encore plus stratégique à ce métier qui se doit de penser les harnais comme un système à part entière et de se doter d’un process de design. Les solutions traditionnelles actuelles de conception de l’Ewis font intervenir de nombreux outils de manière séquentielle et génèrent de nombreuses itérations entre les différentes étapes de conception et de dimensionnement. Elles ne permettent pas de valider rapidement les impacts de l’Ewis d’un point de vue multi-physique via un processus global. Au sein de Safran Electrical & Power, plusieurs outils de dimensionnement et d’analyse (architecture, électrothermique, CEM, safety ,…) ont été développés autour d’un processus de définition global des harnais. Nous nous concentrerons dans cet article sur la brique CEM. Figure 1 – Processus appliqué dans le logiciel de V&V CEM1 40 IESSAIS & SIMULATIONS • N°131 • Décembre 2017

MESURES DOSSIER CEM Figure 2 – Exemple de comparaison de résultats du cas test simple De nombreuses méthodologies sont apparues depuis plusieurs dizaines d’années permettant d’apporter des solutions aux problèmes de CEM au niveau des câblages. Dans les années 80, C.E. Baum [1] a développé un formalisme original de résolution des équations de lignes de transmissions reposant sur la Topologie Electromagnétique par résolution de l’équation de Baum, Liu et Tesche (BLT). Ce formalisme traite de la combinaison sous forme d’ondes, des courants et tensions qui se propagent sur les lignes de transmission. Depuis les années 90, l’Onera exploite ce formalisme [2] et développe le logiciel Cripte permettant la résolution numérique matricielle de l’équation BLT. Néanmoins, il reste toujours aussi difficile de modéliser des torons particulièrement complexes tels que ceux que l’on trouve dans le domaine aéronautique. Il y a deux obstacles essentiels qui apparaissent. Le premier est relève de la méconnaissance relative au positionnement des câbles dans le toron. Le second obstacle concerne la complexité intrinsèque des modèles à mettre en œuvre. Ces deux obstacles peuvent notamment exiger des simulations de lignes de transmission fortement non uniformes, éventuellement discrétisées par des tronçons de lignes uniformes d’un très grand ensemble de conducteurs élémentaires. Dans les années 2000, plusieurs approches ont alors été développées en France en vue de réduire la taille des modèles de réseaux de câbles : l’approche statistique et l’approche par modèles simplifiés ou réduits visent à prendre en compte la complexité en permettant de se rapprocher au mieux de la réalité du toron tout en limitant les temps de calcul et la taille des réseaux de câbles. Néanmoins, avec l’avènement des nouvelles technologies informatiques tant sur le plan composant (processeur multi-cœurs, augmentation de la cadence, passage de 32 à 64 bit…) que sur le plan logiciel (langage orienté objet, parallélisassions des processus…), les capacités de calcul se sont fortement développées ces dernières années. Dans cet article, nous allons montrer que ces nouveaux atouts permettent d’envisager de traiter par des approches « brute force » des cas déterministes complexes pour des temps de calculs raisonnables dans un environnement industriel. On se limitera néanmoins ici à traiter la diaphonie entre les câbles d’un même harnais et entre harnais. Le premier point développé concerne la capacité à traiter et à compléter les données nécessaires à un calcul de CEM sur un harnais. Pour cela, Safran Electrical & Power a développé un process accompagné d’une suite d’outils pour couvrir l’ensemble des phases de définition de l’Ewis : - le design fonctionnel par la réalisation des diagrammes fonctionnels de l’EWIS décrivant ainsi les liens entre les différents équipements - le design morphologique comprenant l’ensemble de phases de définition et maquettage 3D - une activité transverse de réconciliation des données fonctionnelles et morphologiques Ce process de design de l’Ewis peut faire appel à des modules de calculs scientifiques pour dimensionner l’installation en prenant par exemple en compte les aspects électrothermiques et/ou CEM. Les marges des règles d’installation imposées par l’avionneur garantissent la CEM d’un point de vue réglementaire. Cependant, la densification électrique ne permet plus le respect de ces règles dans l’intégralité de l’avion. Dans ce cas précis, l’expertise offre une réponse quant à l’acceptation ou non de la dérogation aux règles d’installation. Le logiciel Cripte, quant à lui, comporte un module, appelé Laplace, permet notamment de prendre en compte un modèle géométrique complexe d’une section droite du harnais (plusieurs conducteurs, prise en compte des blindages et de plan de masse). Les paramètres nécessaires à ces calculs sont entre autres les coordonnées des câbles et de la référence ainsi que les permittivités des isolants. À partir des matrices des paramètres linéiques, on peut construire un réseau topologique représentant le réseau électrique sous forme de tubes reliés ou terminés par des jonctions. On prend alors en compte les charges d’extrémités dans les jonctions de terminaison et les paramètres de lignes de transmission multiconducteur dans les tubes. Cette méthode permet d’obtenir les courants et tensions en tout point d’un réseau, quelle que soit sa complexité. On peut donc traiter en particulier, à l’aide de cette méthode, des problèmes de diaphonie. ESSAIS & SIMULATIONS • N°131 • Décembre 2017 I41