Nos tutelles

CNRS UPS Enseeiht

Rechercher




Accueil > Actualités

Soutenance de thèse de Sarah TOUHAMI

par Laurence Laffont - publié le

La soutenance de thèse de Sarah TOUHAMI intitulée "Analytical Sizing Models to Assess the Performances of High Specific Power Electric Motors for Hybrid Aircraft" s’est tenue le 15 septembre à 14h à l’amphithéâtre Nougaro de l’IMFT.

Les travaux de thèse ont été réalisés sous la direction de M. Yvan Lefèvre et M. Jean-François Llibre.

Jury :
M. Noureddine TAKORABET, Université de Lorraine, Membre
M. Abdelmounaïm TOUNZI, Université de Lille 1, Rapporteur
M. Jean-Frédéric CHARPENTIER, Ecole Navale, Rapporteur
M. Yvan LEFÈVRE, INP de Toulouse, Directeur de thèse
M. Jean-François LLIBRE, INP de Toulouse, Co-directeur de thèse
Mme. Nathalie RAVEU, INP de Toulouse, Membre
M. Matthieu FENOT, ISAE-ENSMA, Invité
M. Xavier ROBOAM, INP de Toulouse, Invité
M. Jean François ALLIAS, AIRBUS FRANCE, Invité

Résumé :
Après les succès industriels et environnementaux de l’hybridation du transport ferroviaire, l’hybridation du transport aérien est de plus en plus envisagée. Dans ce contexte, l’Union européenne, en partenariat avec les constructeurs aéronautiques, a lancé en 2014 un vaste programme de recherche, Clean Sky 2, visant à réduire la consommation de carburant et le niveau sonore des avions. Le programme de recherche Clean Sky 2 comprend plusieurs projets parmi lesquels : Academic reSearch on Thermal & Electric Components & Systems "HASTECS project"qui vise à identifier et à développer les technologies les plus prometteuses pour réduire le poids et augmenter l’efficacité de la chaîne de propulsion hybride.Le "projet HASTECS" est organisé autour de six lot de travail(noté par WPs) dédiés auxdifférentscomposants de la chaîne de propulsion hybride, par exemple, le WP1 est dédié aux moteurs électriques et le WP3 à leurs systèmes de refroidissement.En effet, la réduction estimée des consommations de carburant pour un vol à courte distance serait de 3,5% si la puissance spécifique des machines électriques et des convertisseurs de puissance avec leurs systèmes de refroidissement est respectivement portée à 5kW/kg et 15kW/kg pour 2025, et également portée à 10kW/kg et 25kW/kg pour 2035. Les objectifs sont nettement plus élevés que ceux d’aujourd’hui. La puissance spécifique prévue des machines électriques industrielles et des convertisseurs de puissance est supérieure à celle d’aujourd’hui. Toutefois, ces puissances spécifiques présentent certaines limites qui dépendent des propriétés des matériaux concernés et des conditions environnementales, telles que les limitations thermiques et le risque de décharges partielles.Pour atteindre les puissances spécifiques visées, par exemple dans les machines électriques, les charges mécaniques, électriques et magnétiques liées aux matériaux et aux technologies de refroidissement doivent être augmentées. Toutefois, compte tenu des limitations et des contraintes environnementales, le choix des charges doit être adéquat. Par conséquent, il est important de développer des modèles et des outils permettant d’évaluer les technologies actuelles et futures qui permettent d’atteindre les objectifs d’HASTECS. La présente thèse se concentre sur le développement de modèles et d’outils permettant de satisfaire les objectifs d’HASTECS concernant les machines électriques et leurs systèmes de refroidissement. Il existe plusieurs topologies différentes de machines électriques, à savoir : les machines à flux radial, les machines à flux axial, les machines synchrones à aimants permanents, les machines synchrones à rotor bobiné, les machines asynchrones, etc. Réaliser pour chaquetopologie de machine électrique un modèle permettant d’identifier les technologies les plus prometteuses est une tâche très complexe et laborieuse. Néanmoins, un modèle analytique de machines électriques sinusoïdales à pôles lissesbasé sur le concept de charges peut satisfaireun grand nombre de topologies de machines électriques. Sur cette base, un outil "Target Setting ToolTST"est développé pour évaluer les technologies de moteurs électriques en tenant compte des limites et des contraintes sans spécifier la topologie des moteurs électriques. Par conséquent, très peu de données d’entréessont nécessaires pour faire des compromis rapides sur les performances des moteurs électriques comme la puissance spécifique et l’efficacité, alors quel’atteinte d’objectifs ciblés nécessitent d’établir de nombreuse hypothèses. Pour évaluer le poids du système de refroidissement, le dimensionnement de la structure spécifique du moteur électrique est inévitable. De plus, les études des autres lots de travail sont fortement liées à la structure du moteur électrique. La topologie du moteur synchrone à aimantspermanentsmontésen surface est une topologie de moteur électrique qui satisfait le modèle analytique de Target Setting Tool. Un outil de dimensionnement appelé "SM-PMSM" a été réalisé sur la base de la topologie des aimants permanents montés en surface, utile pour les autres lotsainsi pour vérifier la validité du TST. Deux dimensionnements de moteurs électriques avec leurs systèmes de refroidissement ont été effectués à l’aide duTarget Setting Tool, SM-PMSM et d’autres outils réalisés par le WP3 pour identifier les technologies requises pour les cibles HASTECS à moyen (2025) et long (2035) termes. Le dimensionnement à l’aide de ces outils a été vérifié par analyse par éléments finis.

Mots-clés : Avion à Propulsion Hybride, Projet HASTECS, Programme de Recherche Européen Clean Sky2, Haute Puissance Spécifique, Moteurs Electriques, Systèmes de Refroidissement, Niveaux Technologiques, Concepts de Charge, Haute Vitesse, Contraintes Thermiques, Contraintes Mécaniques, Target Setting Tool, Outil de Dimensionnement, Model Analytique, Analyse par Eléments Finis.