Projet de Recherche AEROCONVERTER

Innovation en conversion de puissance pour le marché aéronautique

Équipe : Sûreté De Fonctionnement et aide à la Décision

Labellisation : aucune

Durée : 48 mois (de janvier 2024 à décembre 2027)

Provenance des fonds : DGAC

Personnels impliqués du LARIS : Bruno CASTANIER (Professeur des universités), Nicola ESPOSITO (Postdoctorant), Laurent SAINTIS (Maître de conférences et porteur du projet), Sylvain VERRON (Maître de conférences)

Partenaires du projet : Voir tableau des partenaires

Résumé :

Le projet Aeroconverter est financé par la DGAC et est porté par l’entreprise TRONICO, expert en conception et fabrication de convertisseur de puissance, en collaboration avec l’entreprise MERSEN, l’entreprise ASTER et les laboratoires ESEO, IETR, LARIS et SATIE. Le projet est sponsorisé par Airbus Commercial Aircraft, en particulier par le service ATA 24 qui gère les aspects de conversion de puissance, de distribution, de régulation. 

Les objectifs du projet sont de concevoir, fabriquer, valider un démonstrateur de convertisseur de puissance pour utilisation dans une zone pressurisée (contraintes d’utilisation distinctes d’une zone non pressurisée, plus difficile à gérer en terme d’isolement), intégrant plusieurs innovations.

Plusieurs enjeux sont associés au projet dont ceux rattachés au sous-lot 3.1 Fiabilité qui sont :

• Modéliser et optimiser la fiabilité du convertisseur au moyen de modèles avancés.
• Prédire l’état de santé du convertisseur.
• Mettre en place une stratégie de test en production garantissant la performance de fiabilité du produit fabriqué.

Les convertisseurs de puissance HVLV sont des équipements nouveaux dans l’avion, l’évolution de leur comportement dans la durée représente donc un enjeu pour garantir la sécurité et la disponibilité du moyen. Cet enjeu se traduit dans une métrique : le Mean Time Between Unscheduled Removal (MTBUR). Afin d’agir sur le produit et non de réagir suite à une panne, il est intéressant de suivre l’évolution de l’état de santé du convertisseur, et prédire son évolution. Les analyses prédictives existent aujourd’hui, mais pas sur ces équipements. Il est nécessaire de considérer le produit sur un versant dysfonctionnel, et sur la base des analyses de défaillance et de caractérisation des modes de pannes, définir les mesures à implémenter qui permettront de témoigner de l’état de santé du convertisseur. Au moyen de ces paramètres, il s’agira alors de développer une méthode d’intégration des facteurs de stress influençant la fiabilité du convertisseur dans le contexte opérationnel et de l’incertitude associée pour prédire un état de santé futur, pour permettre de prendre la décision de maintenance sur l’équipement. Ce modèle prédictif devra s’appuyer sur le jumeau numérique de fonctionnement du convertisseur, qu’il conviendra de produire.

Activités de recherche :

A partir des enjeux exprimés de fiabilité, l’objectif principal est de fournir une conception d’un système de convertisseur de puissance permettant un MTBF de 30 000 FH. Il s’agit également de fournir une méthodologie permettant d’effectuer la démonstration de cet objectif, non dépendante de la technologie du composant de puissance.

Cette méthodologie s’appuie sur le développement de modèles numériques qui serviront :

(i) d’outils de décision pour la conception des convertisseurs en amont de la phase de prototypage ; (ii) d’outils de prédiction du vieillissement par fatigue thermique, et de durée de vie tout au long du cycle d’utilisation du module/convertisseur de puissance.

Pour cela il faudra :

• Caractériser et identifier les drivers de fiabilité au niveau système, carte assemblée et composants
• Déterminer une architecture permettant l’atteinte des enjeux
• Modéliser le comportement afin de prédire l’état de santé au niveau composants et système

L‘intérêt visé par l’introduction du PHM est de garantir, voire de dépasser les objectifs en termes de fiabilité opérationnelle, prenant en compte la maintenance corrective en ligne, exprimés notamment par un MTBUR (Mean Time Between Unscheduled Removal) et permettant de répondre aux enjeux de conception. Cela passe par une meilleure gestion des interventions de maintenance en fonction d’une estimation de l’état de santé des différents composants du système, en intégrant le suivi des facteurs de stress environnementaux et opérationnels.

Au niveau du PHM, plusieurs problématiques se posent :

•  Du point de vue technologique, il s’agira d’évaluer l’exhaustivité et la qualité des mesures existantes au niveau système puis d’établir d’éventuelles mesures complémentaires.
•  La conception du sous-système PHM et la collecte de mesures complémentaires nécessite d’effectuer des choix de conception pour des capteurs de mesure mais également pour définir en accord avec l’avionneur l’intégration de l’intelligence embarquée du sous-système PHM (Stockage, transmission et traitement de la donnée…).
•  Du point de vue scientifique, il s’agira de développer une méthode d’intégration des facteurs de stress influençant la fiabilité dans le contexte opérationnel et de l’incertitude associée, en s’appuyant notamment sur le jumeau numérique.