Développement d'un premier modèle intégral d'un réseau électrique d'avion sous EMTP-RV

Le concept de l'avion plus électrique fait partie du quotidien dans l'industrie de l'aéronautique. Le désir de vouloir construire des avions toujours plus performants au point de vue énergétique et plus rentables amène les constructeurs à délaisser la combinaison des puissances hydraulique, neumatique, mécanique et électrique pour opter pour le tout électrique. Cette augmentation de la charge électrique sur le réseau de l'avion ne doit pas se faire au détriment de la sécurité du public. De nouveaux outils doivent être développés afin d'aider les concepteurs à être créatifs et s'assurer du bon fonctionnement des nouvelles architectures. L'étude du modèle du réseau électrique de l'avion doit être ajoutée aux outils dont disposent les concepteurs. Les composants du réseau devenant de plus en plus complexes et différents, il n'est plus possible de prédire le comportement électrique avec précision manuellement. L'utilisation de logiciels permettra d'étudier la stabilité du réseau, les transitoires, les défauts et le contenu harmonique. Les lois de commande et les automatismes peuvent aussi être validés à l'aide d'un tel modèle. Son analyse deviendra une étape indispensable dans la conception d'une nouvelle architecture de réseau. Ce mémoire constitue un premier effort dans la création d'un modèle du réseau électrique de l'avion Global Express de Bombardier à l'aide d'EMTP-RV. Avant d'analyser de nouvelles architectures, la faisabilité doit être démontrée en reproduisant le comportement d'un avion déjà fonctionnel. Les modèles des principaux éléments y sont développés en fonction des informations disponibles et, par la suite, assemblés dans le but de montrer le fonctionnement du réseau global. Les travaux de ce mémoire se distinguent par l'approche employée pour la modélisation du réseau électrique de l'avion. Son architecture hybride (AC et DC) est reproduite intégralement et la modélisation des éléments est effectuée à l'aide d'informations fournies par les manufacturiers en parallèle avec les normes de l'industrie de l'aéronautique. De plus, il incorpore des automatismes reproduisant la logique de la reconfiguration lors de la perte d'un ou plusieurs générateurs ou TRU. Somme toute, le modèle est complet et flexible lui permettant d'être employé dans diverses études.

Abstract

The more-electric aircraft concept is part of everyday's life in the aeronautical industry. The design of more efficient aircraft forces manufacturers to eliminate the combination of hydraulic, pneumatic, mechanical and electrical power and to use mostly electrical systems. Aircraft design and safety aspects have to be taken into account with increasing electrical load and electrical performance demand. New tools have to be developed to help designers to study new aircraft architectures and to validate performance with an increasing number of details and complexity in electrical systems. Aircraft electrical system simulation tools and models must be developed to study network stability problems, electromagnetic transients, short-circuit currents and harmonic content. It is also imperative to study control systems and automatic operations to validate safety and performance issues. Numerical methods are important and efficient for studying aircraft power systems to create more efficient electrical system designs and to conduct research on new architectures. This report presents an initial attempt for modeling the electrical power system of Bombardier's Global Express aircraft in the simulation environment of EMTP-RV. EMTP-RV is capable of simulating electrical systems for steady-state conditions and both, fast and slow transients. Main power system component models are developed with the available data and then connected together to show the capability to perform global simulations. A study case presents the model performance using a predetermined scenario. It is shown that such a model can be used to search for abnormal performance conditions. Needs and improvements are listed and left for future research projects. This report delivers a complete first benchmark that can serve as basis for future work in the modeling and simulation of electrical systems. It innovates by delivering an increased level of details and simulating the complete electrical system for the Global Express aircraft. Further expansion can be easily achieved if physical component details become available.