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Résolution précise de problèmes CEM AERONAUTIQUE par la méthode FDTD Conforme – CONFORME2

Résumé de soumission

La modélisation électromagnétique aéronautique est pleinement utilisée depuis plus de deux décennies par les groupes industrielles du secteur dès la phase de conception et aussi pour appuyer les diverses qualifications CEM foudre et HIRF. La complexité des structures à modéliser et la diversité des matériaux et systèmes à traiter ont nécessité le recours à diverses techniques numériques de résolution visant la résolution de problème tridimensionnelle par les équations de maxwell, la modélisation des câbles par la méthode des lignes multiconducteurs et la résolution circuit par des approches de type SPICE. La méthode des différences finies dans le domaine temporel (FDTD) se positionne parmi les rares approches capables de réaliser une modélisation globale exhaustive impliquant toute la structure d’un avion (fuselage, assemblage externe et interne, cavité, équipement) et la topologie de câble grâce au formalisme des fils minces obliques. Des aspects circuits peuvent aussi être intégrés facilement au sein de la méthode FDTD. Comparé à des approches alternatives telles que les équations intégrales ou les éléments finis, la méthode FDTD a l’avantage de rester performante lorsque la densité ou la complexité des éléments de structure augmente ce qui est particulièrement le cas pour la structure interne d’un avion. Son large spectre de résolution et son approche temporelle lui confèrent des atouts uniques complétés par sa capacité à traiter des topologies complexes de câbles sans surcoût important. La méthode peut être fortement accélérée dans les problématiques basses fréquences permettant ainsi d’obtenir une convergence rapide des solutions en deçà de 1 kHz. Enfin, la méthode FDTD se prête bien au parallélisme multi-nœuds par une décomposition de domaine explicite. Actuellement, la version parallèle du solveur TEMSI-FD basé sur la méthode FDTD d’XLIM traite de modélisation avion en exploitant plusieurs milliers de cœurs.
Le projet initial ANR ASTRID CONFORME a permis de lever la problématique du maillage en marche d’escalier pour basculer sur un maillage conforme à la géométrie. Les diverses techniques autour de la méthode dite FDTD conforme ont été étudiées. Les développements importants réalisés dans ce cadre ont mené à l’aboutissement d’un solveur général FDTD conforme multi-région et à la mise au point d’un mailleur conforme spécifique à la méthode. En outre, le formalisme des fils obliques a fait l’objet d’études complémentaires pour étendre ses capacités dans les grilles cartésiennes non uniformes. Dans les cellules conformes, il n’a pas été possible de rendre le formalisme opérationnel pour diverses raisons évoquées dans ce projet maturation. C’est pourquoi, nous retrouvons cette problématique au cœur de CONFORME2 avec une démarche nouvelle et un recul pour mieux appréhender la problématique complexe du couplage fil – cellule FDTD conforme.
Le projet maturation CONFORME2 se propose par ailleurs de monter en TRL sur toute la problématique de modélisation des assemblages externes/internes avion en proposant des évolutions originales au niveau du solveur FDTD CONFORME, du mailleur conforme et de l’environnement de pré- et post-traitements inhérent à la méthode. L’objectif est de prendre en compte la complexité de la géométrie avion mais aussi de tenir compte des propriétés électromagnétiques des matériaux dans la méthode conforme, qui initialement, avait été mise au point pour des surfaces parfaitement conductrices. La validation opérationnelle des outils sur des problématiques CEM avion sera menée à bien grâce à l’implication de Dassault Aviation dans ce projet qui possède tous les éléments de modélisation EM avion et une base de données de résultats à la fois sur les effets indirects de la foudre et les contraintes HIRF.

Coordination du projet

Christophe Guiffaut (Institut XLIM)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

XLIM Institut XLIM
DASSAULT AVIATION
AXESSIM

Aide de l'ANR 404 238 euros
Début et durée du projet scientifique : - 36 Mois

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