Des avions plus électriques grâce à la simulation en temps réel

Les ingénieurs principaux d'Aérospatial et des systèmes d'alimentation électrique abandonnent les systèmes pneumatiques et hydrauliques au profit de composants électriques pour les fonctions critiques. Cette approche remplace les processus mécaniques ou basés sur les fluides par des conceptions électriques modernes, minimisant la dépendance à l'égard de sous-systèmes encombrants. Il en résulte une plus grande efficacité, une plus grande fiabilité et un cadre facile à entretenir qui permet d'atteindre les principaux objectifs de performance. Elle jette également les bases de nouvelles capacités qui réduisent les dépenses d'exploitation tout en améliorant les performances globales de l'aéronef.

Les équipes travaillant sur les avions plus électriques (MEA) se concentrent sur la conversion de multiples tâches embarquées, telles que l'actionnement ou la production d'énergie, en fonctions gérées électriquement. L'électronique moderne et la distribution d'énergie à haute tension remplacent souvent l'air de purge ou les liaisons mécaniques, ce qui permet de créer des plates-formes plus légères et plus silencieuses qui prennent en charge de nouveaux concepts de vol. Les avantages vont au-delà de la réduction de la consommation de carburant ; ils comprennent un entretien plus simple, des architectures évolutives et des stratégies tournées vers l'avenir pour une aviation durable.

De nombreuses caractéristiques soutiennent la vision de solutions de vol évolutives, fiables et performantes.

Avantages pour les équipes d'Aérospatial et de Power Systems

Les ingénieurs, les responsables de la R&D et les directeurs de programme fixent souvent des objectifs clairs en matière d'efficacité, de fiabilité et d'accessibilité financière. Les cadres d'AEM promettent des améliorations ciblées qui s'alignent sur les objectifs stratégiques. Plusieurs avantages sont importants pour les fabricants, les opérateurs et les équipes de service, car ils élargissent les possibilités du marché et répondent aux appels en faveur de méthodes d'aviation plus écologiques.

• Réduction de la consommation de carburant : L'abandon des sous-systèmes hydrauliques et pneumatiques permet de réduire la traînée et le poids total, ce qui se traduit par des profils de vol plus efficaces et des économies de ressources notables.
• Réduction des besoins de maintenance : Les architectures à commande électrique réduisent la complexité mécanique et le nombre de pièces mobiles. Il en résulte moins de pannes, des calendriers d'entretien prévisibles et des réparations plus faciles.
• Une plus grande fiabilité : La redondance des systèmes et les technologies modernes de détection des défaillances renforcent les marges de sécurité et aident les équipes à isoler les défauts potentiels. Cela permet de réduire les temps d'arrêt non planifiés et de favoriser des reprises rapides.
• Une production d'énergie plus propre : Les composants électriques réduisent les émissions et favorisent la conformité aux réglementations, reflétant ainsi une approche proactive des pratiques aéronautiques plus responsables.
• Évolutivité accrue : Les conceptions électroniques modulaires peuvent être mises à jour ou adaptées sans qu'il soit nécessaire de procéder à une révision majeure de l'aéronef. Cette flexibilité permet des mises à niveau itératives tout en préservant la cellule.

L'adoption des systèmes MEA aide les entreprises à atteindre leurs objectifs en matière de développement durable, à raccourcir les cycles de conception et à constituer un dossier commercial plus solide. Une infrastructure plus légère et électrifiée permet de réduire les émissions totales tout au long de la durée de vie d'un avion, ce qui plaît aux investisseurs et aux organismes de réglementation. Cette base peut également rationaliser les améliorations de conception qui mettent l'accent à la fois sur la performance et le contrôle des coûts.

Caractéristiques principales des plateformes MEA

Les ingénieurs se concentrent sur des technologies spécialisées qui remplacent les anciens composants par des solutions plus sûres et plus faciles à gérer à grande échelle. Les projets donnent souvent la priorité aux conceptions modulaires, au contrôle logiciel robuste et à l'intégration transparente entre l'avionique et la propulsion. L'électronique de puissance, les cadres d'actionnement avancés et l'avionique axée sur les données sont des éléments clés. Ces éléments fonctionnent à l'unisson pour accélérer les délais de conception, éclairer les décisions critiques sur la sélection des composants et augmenter les rendements pour les organisations qui se concentrent sur les aéronefs de la prochaine génération.

De nombreux domaines méritent l'attention. Certains tournent autour de l'actionnement électrique, tandis que d'autres concernent la distribution d'énergie à haute tension ou la régulation thermique. Chaque aspect contribue à une stratégie globale visant l'efficacité, la sécurité et la maîtrise des coûts d'exploitation. Les équipes de développement s'appuient fréquemment sur la simulation en temps réel et les architectures ouvertes pour valider de nouveaux concepts et réduire le temps de mise en œuvre.

Systèmes d'actionnement électrique

Les actionneurs hydrauliques et les conduites de fluide sont remplacés par des actionneurs électriques pour les gouvernes, le train d'atterrissage et les sous-systèmes secondaires. Cette approche permet de réduire le poids et de simplifier la maintenance en limitant les fuites de liquide et les assemblages mécaniques. Les actionneurs électriques offrent souvent un contrôle plus précis, ce qui favorise la stabilité de l'appareil dans des conditions variées. Il peut en résulter des intervalles de réparation plus courts, un meilleur rendement énergétique et un schéma directeur flexible permettant des insertions technologiques futures.

Électronique de puissance avancée

Les convertisseurs, les onduleurs et les modules de commande régulent le flux d'Énergie entre les générateurs, les batteries et les sous-systèmes à moteur. Ces composants électroniques de puissance doivent être de petite taille, rester légers et supporter des charges variées. Les ingénieurs accordent une attention particulière à la dissipation de la chaleur et à la redondance des systèmes, afin de garantir un fonctionnement continu dans des conditions difficiles. Une conception efficace de l'électronique de puissance favorise la fiabilité, réduit les coûts d'exploitation et s'aligne sur les exigences élevées en matière de sécurité.

Avionique modulaire intégrée

Les tâches avioniques sont regroupées sur une plateforme informatique partagée au lieu de dépendre d'un matériel distinct pour chaque fonction. Cette approche permet de réduire le câblage, le poids et de rationaliser les mises à jour. Les ingénieurs peuvent introduire de nouvelles fonctionnalités ou des améliorations par le biais de modifications logicielles, ce qui réduit les délais et les coûts liés aux échanges de matériel à grande échelle. Cette stratégie permet d'accélérer la certification, d'atténuer les problèmes logistiques et de simplifier l'ajout de nouvelles fonctionnalités.

Distribution électrique à haute tension

De nombreuses conceptions d'AME dépendent de réseaux à haute tension pour alimenter des systèmes de propulsion et de bord avancés. Les convertisseurs de puissance et les transformateurs ajustent les niveaux de tension, assurant un flux de puissance stable à travers des circuits complexes. Les ingénieurs intègrent souvent des méthodes d'isolation et des dispositifs de protection spécialisés pour maintenir la fiabilité. Lorsqu'elle est bien menée, cette approche de la conception permet de répondre aux exigences actuelles ou prévues de l'aviation électrifiée.

Solutions de gestion thermique

Les appareils électroniques de grande puissance nécessitent des méthodes de refroidissement efficaces pour rester dans des plages de fonctionnement sûres. Les ingénieurs peuvent s'appuyer sur des circuits refroidis par liquide, des échangeurs de chaleur ou des flux d'air gérés pour protéger les batteries et les modules d'alimentation. La sélection de matériaux thermiques appropriés et la surveillance des processus peuvent prolonger la durée de vie des composants et réduire la probabilité de défaillances. L'accent mis sur le contrôle de la température permet de maintenir les performances et de réduire les efforts de maintenance.

Applications dans l'aviation moderne

Le passage des opérations de vol à des systèmes électriques offre de grandes possibilités de réduction des coûts, de missions plus sûres et de diminution des émissions. Les ingénieurs d'Aérospatial et les chefs de file programmes adaptent ces méthodes à plusieurs marchés clés, chacun ayant des priorités uniques. Les compagnies aériennes commerciales visent la fiabilité et le confort des passagers, tandis que les groupes de défense donnent la priorité aux objectifs de mission. Par ailleurs, des secteurs tels que la mobilité aérienne urbaine et les plates-formes sans pilote mettent en avant de nouvelles approches en matière d'efficacité et d'évolutivité.

Chaque domaine d'application illustre comment des solutions électriques bien exécutées peuvent réduire les frais généraux, accroître la fiabilité et refléter une vision des conceptions aéronautiques futures. Les ingénieurs abordent chaque projet avec le souci d'intégrer l'électronique de puissance, de personnaliser les cellules et de confirmer que les produits finaux sont conformes aux besoins budgétaires et opérationnels.

Aviation commerciale

Les principaux transporteurs de passagers mettent l'accent sur la réduction de la consommation de carburant, des émissions et du bruit. Les systèmes d'actionnement et d'alimentation électriques avancés contribuent aux divertissements en vol, à l'équipement des cuisines et à d'autres fonctions auxiliaires, tout en réduisant les temps d'immobilisation pour maintenance. Les opérateurs peuvent affiner la configuration des avions pour desservir différents profils d'itinéraires, ce qui peut améliorer à la fois la satisfaction des voyageurs et les résultats de l'entreprise.

Militaire et défense

Les organisations de défense recherchent souvent des conceptions électrifiées pour renforcer la disponibilité et la performance opérationnelles. L'actionnement électrique et les réseaux d'alimentation à haute tension peuvent être essentiels pour gérer les capteurs ou les systèmes d'armes avec un contrôle précis. Moins de pièces mobiles signifie moins de vulnérabilités dans des conditions extrêmes. Cela permet de soutenir des missions prolongées et d'améliorer la planification des ressources à long terme.

Mobilité aérienne urbaine

Les taxis aériens de petite et moyenne taille s'appuient sur des systèmes électriques pour limiter le bruit, minimiser les émissions et alléger la charge de maintenance. Les plates-formes peuvent être équipées de ventilateurs ou de propulseurs électriques avec une gestion dédiée des batteries, ce qui supprime le besoin de transmissions complexes ou de liaisons mécaniques. Les opérateurs bénéficient ainsi de délais d'exécution rapides et d'une assistance au sol simplifiée. Le résultat final : des vols point à point fiables qui relient des villes ou des zones suburbaines avec une charge de travail minimale dans le cockpit.

Cargo et logistique

Les transporteurs de marchandises privilégient les rotations rapides, la flexibilité de la charge utile et la stabilité des frais d'exploitation. Les méthodes MEA répondent à ces objectifs en réduisant les exigences de manutention au sol et les intervalles d'entretien mécanique. La propulsion électrifiée peut permettre un meilleur contrôle du climat dans les soutes, protégeant ainsi les expéditions sensibles à la température dans des délais serrés. La facilité de reconfiguration répond à l'évolution des priorités de distribution dans ce secteur.

Véhicules aériens sans pilote (UAV)

Les drones bénéficient d'une électronique de puissance légère et d'une propulsion électrique, ce qui permet d'augmenter l'endurance ou la charge utile. Les ingénieurs peuvent allouer plus d'espace aux capteurs ou aux dispositifs de communication en réduisant au minimum les sous-systèmes mécaniques. Un actionnement précis convient également au contrôle autonome, ce qui réduit le risque d'interruption de la mission. Des facteurs de forme adaptés permettent de réaliser des tâches spécialisées telles que la télédétection, la livraison de colis ou la surveillance.

La simulation en temps réel permet de tester et de valider les systèmes électrifiés dans toute une série de conditions opérationnelles.

Simulation en temps réel : Un outil stratégique

La simulation haute-fidélité est un élément essentiel de la validation des concepts d'aéronefs électriques sous des contraintes opérationnelles. Avant de finaliser le matériel, les ingénieurs modélisent la réponse des actionneurs, l'acheminement de l'énergie et les charges thermiques. Les équipes ont ainsi une vision précoce des lacunes potentielles, ce qui leur permet de prendre des décisions plus judicieuses sur le choix des matériaux et l'architecture du système. Des essais rapides et itératifs sur des plates-formes de simulation réduisent les risques liés à la conception et accélèrent le processus de production.

Les techniques de simulation en temps réel confirment également que les nouveaux systèmes répondent aux normes rigoureuses de l'aviation. Les tests de Simulation HIL (HIL) révèlent la qualité de l'interaction entre les contrôleurs et les éléments physiques dans le cadre d'un retour d'information quasi instantané. Les test SIL vérifient les performances algorithmiques et fournissent des données essentielles sur la réactivité et la tolérance aux pannes. En évaluant plusieurs scénarios dans une configuration virtuelle contrôlée, les équipes maintiennent des coûts prévisibles et réduisent les calendriers de validation. Ce niveau de préparation peut faciliter le processus de certification finale et affiner le positionnement concurrentiel des nouvelles offres d'aéronefs.

Tendances favorisant l'essor des aéronefs électriques

De nombreux ingénieurs s'intéressent à des cadres de tension plus élevés et à des batteries à la composition chimique améliorée, afin d'assurer une plus grande autonomie ou de supporter des charges utiles plus lourdes. Les concepts de propulsion distribuée arrivent également à maturité, dans lesquels plusieurs propulseurs électriques fonctionnent comme des systèmes intégrés afin d'optimiser le contrôle du vol et de réduire le poids de la structure. Certains programmes s'appuient sur des architectures hybrides-électriques qui combinent des groupes motopropulseurs conventionnels avec une électrification partielle pour des missions prolongées. Cette approche sélective permet de contrôler la consommation de carburant tout en adoptant des technologies électriques là où elles offrent la plus grande valeur.

L'amélioration de la gestion thermique reste une priorité, en particulier à mesure que l'électronique de puissance devient plus complexe et que la densité des batteries augmente. Les campagnes de validation impliquent souvent des laboratoires d'essais spécialisés où les composants sont poussés à leurs limites opérationnelles. Ces tests mesurent des facteurs tels que la fiabilité, les performances sous diverses charges et la résistance générale des matériaux. Les groupes de recherche et les organisations privées voient l'intérêt des conceptions qui concilient le coût, la durabilité et la facilité de certification. Pour atteindre cet équilibre, il faut un plan bien structuré pour les essais, la gestion de la chaîne d'approvisionnement et l'optimisation continue.

Accélérer les projets d'AEM grâce à des approches en temps réel

Les organisations qui envisagent d'utiliser des avions plus électriques recherchent des émissions réduites, des voies de mise à niveau souples et des retours sur investissement tangibles. Les architectures haute tension, l'actionnement électrique et l'avionique intégrée peuvent réduire considérablement la consommation de carburant et les charges d'entretien courant. La simulation en temps réel permet d'accélérer les cycles d'apprentissage, de détecter les problèmes à un stade précoce et de prendre de meilleures décisions en matière d'agencement du matériel ou de logique de commande. Ces méthodes permettent également de faire face à la complexité de la conformité réglementaire et aux attentes du marché.

Les ingénieurs et les responsables de la recherche et du développement des différents secteurs d'Aérospatial considèrent désormais l'AEM comme un moyen pratique de réduire l'empreinte carbone, d'améliorer les performances de vol et de réduire les coûts de production. Nombre d'entre eux se tournent vers des plateformes de simulation spécialisées pour valider la conception des sous-systèmes dans des conditions rigoureuses, affiner les prototypes et raccourcir le délai de déploiement. Le passage à des opérations électrifiées nécessite une expertise spécialisée, des essais approfondis et des outils qui confirment que chaque étape du développement répond aux normes de l'aviation.

OPAL-RT possède une grande expérience dans ce domaine et offre des solutions flexibles pour les tests de Simulation HIL et la simulation en temps réel à haute performance. Nos plateformes s'intègrent parfaitement à l'électronique de puissance, aux algorithmes de contrôle et aux flux de travail de modélisation avancés. Lorsque vous planifiez ou développez vos projets MEA, les solutions OPAL-RT peuvent soutenir vos objectifs de validation les plus complexes, en fournissant des capacités précises, évolutives et modulaires pour confirmer les performances des aéronefs de nouvelle génération. Travaillez avec OPAL-RT pour tester, affiner et livrer vos concepts d'aviation électrifiée en toute confiance.