Développement d'un outil informatique de pré-dimensionnement et de modélisation magnétothermique des machines électriques pour utilisation sur hélicoptère

Development of a tool permitting to predesign and to predict magnetic and thermal behavior of electrical machines for helicopter use

• Auteur / Autrice : Shinara Utegenova
• Direction : Philippe Desevaux, Raynal Glises de la Rivière, Patrick Lagonotte, Frédéric Dubas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique
• Date : Soutenance le 10/11/2017
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon) - Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies / FEMTO-ST
• Partenaire(s) de recherche : Site de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Souad Harmand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Desevaux, Raynal Glises de la Rivière, Patrick Lagonotte, Frédéric Dubas, Souad Harmand, Guy Friedrich, Yves Bertin, Alexandre Vaudrey
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Guy Friedrich, Yves Bertin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hélicoptères

Machines électriques

Industrie aéronautique

Propulsion électrique

Mots clés libres

Industrie aéronautique

Propulsion électrique

Pré-dimensionnement

Modélisation

Electromagnétique

Thermique

Couplage

Validaton expérimentale

Aeronautic industry

Electric propulsion

Pre-design

Models

Electromgnetic

Thermal

Coupling

Experimental validation

Résumé

Suite à la stratégie d’électrification poursuivie dans le domaine des véhicules terrestres, l’industrie aéronautique s’oriente également vers l’introduction de la propulsion électrique. L’hybridation est le premier pas vers un aéronef plus électrique. L’objectif principal de cette thèse est de développer un outil informatique permettant de pré-dimensionner des machines électriques conventionnelles de différentes typologies susceptibles d’être utilisées dans le cadre du projet d’hybridation et de modéliser les comportements magnétique et thermique de ces machines.Après une étude bibliographique sur le pré-dimensionnement et la modélisation électromagnétique et thermique des machines électriques conventionnelles, des modèles (semi-)analytiques basés sur les méthodes des circuits équivalents magnétique et thermique ont été établis. La validation des modèles proposés a été menée en comparant les résultats obtenus avec des données issues de la littérature, des résultats issus de simulations numériques par éléments finis ou à des mesures expérimentales réalisées sur des machines prototypes. Une attention toute particulière a été portée au couplage des analyses magnétique et thermique. Des études de sensibilité ont permis de déterminée les limites d’utilisation de l’outil développé.

Inspired by the strategy of electrification pioneered in the automobile industry, the aeronautics sector tends as well towards the implement of the electrical propulsion. The hybridisation is the first step in the direction of a completely electrical aircraft. The main goal of this thesis is to develop a computer-based tool permitting to pre-design and model electromagnetic and thermal behaviour of the conventional electrical machines of different typologies suitable for use in the scope of hybridisation project.Basing on a general state of art on the pre-design and electromagnetic and thermal models of the conventional electrical machines, the (semi-)analytical models reposed on magnetic and thermal equivalent circuit methods have been developed. The proposed models have been validated by comparing the obtained results with the results from the literature, the results of numerical analysis or with the results of experimental tests carried out on different machine-prototypes. Special attention has been paid to the coupling of magnetic and thermal analysis. Different sensibility studies permitted to define the application limits of the developed tool.