Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

Make your likes visible on Facebook?

Connect your Facebook account to Prezi and let your likes appear on your timeline.
You can change this under Settings & Account at any time.

No, thanks

P by Nabil

Les phénomènes électromagnétiques engendrés dans les aéronefs par les décharges atmosphériques : La foudre
by

Nabil Sprinter

on 13 September 2012

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of P by Nabil

Les phénomènes électromagnétiques engendrées dans les aéronefs par les décharges atmosphériques
la foudre Fait par:
Nabil Dans le cadre d'une étude Décharge atmosphérique et les risques pour les avions Les décharge atmosphériques
apparaissent lorsqu'il y a présence des nuages
orageux qu'on les appelle cumulo-nimbus.

Ces derniers se forment quand il y a présence de
masses d’air instables, humides et chaudes. Les parties inférieures de ses cumulo-nimbus sont constitués de gouttes d’eau qui sont chargées négativement tandis que la partie supérieure est constituée de cristaux de glace qui sont chargés positivement (voir figure 4suivantes). La base du nuage influence localement les charges au sol en attirant une quantité équivalente de charges opposées. Quand ses nuages sont trop charger, ils se déchargent dans le sol ou dans un autre nuage, c’est l’effet condensateur. Ainsi on commence à voir les premiers éclairs. Cette décharge ainsi créé est appelée la foudre. Les différents types d’éclairs : Séquence simplifiée du développement de la foudre (négatif descendant) La création d’un canal ionisé descendant dans l’air constitue la première phase de développement de la décharge. Prpagation du canal ionisé pas à pas (Stepped leader) par bonds lumineux successifs Près du sol, le champ électrique croît jusqu’à atteindre le seuil de rigidité diélectrique de l’air,
initiant des décharges ascendantes (upper discharges). À quelques dizaines de mètres du sol, les charges ascendantes entrent en contact avec les charges du traceur : c’est le processus d’attachement
(attachment process) Une onde de potentiel de sol se propage vers le nuage et décharge le canal du traceur : c’est le premier arc en retour Après la phase de l’arc en retour, un autre nouveau traceur se crée, c'est le traceur continu ou traceur obscur (dart leader) qui donne naissance à l’arc en retour subséquent (subsequent return stroke). Cet arc met en jeu un courant plus rapide et moins énergétique. Enfin, de nouvelles séquences traceur-arc d’une milliseconde chacune se produisent, jusqu’à 15, toutes les 40 à 50 millisecondes Processus d’accrochage de la foudre sur un aéronef Deux scénario de couplage de la foudre avec un aéronef se distinguent:

1- Soit l’avion intercepte un éclair existant dont la naissance est totalement indépendante de la présence de l’avion. 2- Soit l’avion joue un rôle dans la création du traceur et initie les arcs électriques. Le mécanisme du premier cas de foudroiement 1. l’avion se charge positivement du fait de la
proximité du traceur descendant négatif ;
2. le leader se connecte à l’avion, puis poursuit sa
progression vers le sol ;
3. lorsque l’arc en retour se forme, il traverse l’avion
qui fait partie du canal ionisé. représente que 10% Repose sur le fait que, localement, la présence de l’avion augmente sensiblement la valeur du champ électrique. Le mécanisme du deuxième cas de foudroiement 1. Le champ électrique extérieur dans l'atmosphère induit des charges aux extrémités de l’avion. Ainsi un traceur positif se dégage de l’avion, provoquant une perte de charges positives.
2. le traceur négatif (ou streamer) se propage par bonds successifs, et les signes de ces deux traceurs sont liés à l’orientation du champ électrique dans lequel est placé l’avion. Ensuite, les phénomènes produits sont identiques à ceux présentés précédemment.
3. Création d’une décharge électrique provoquant le passage d’un fort courant dans
l’avion Le Zoning Des études qui permettent de distinguer quelles zones de l’aéronef sont les plus susceptibles d’être des points d’entrée et de sortie de la foudre les régions les plus fréquemment concernées sont les extrémités, à savoir les ailes, le nez, l’empennage, la dérive et les moteurs Lorsque la foudre frappe un aéronef, les conséquences sont classées en deux grandes catégories:

- Les effets directs rassemblent les dégâts causés aux points
d’attachement de la foudre(points d’entrée et de sortie) :
élévation de température liée à une onde de
choc entraînant des dégradations du fuselage .





- Les effets indirects regroupent les conséquences des
circulations et pénétrations des champs électromagnétiques et
des courants engendrés dans l’aéronef. Les éffets directs et indirects de la foudre Phénomènes électromagnétiques mis en jeu lors du foudroiement d’un aéronef On distingue trois mécanismes de couplage distincts : - le couplage résistif
- le couplage par champ magnétique
- le couplage capacitif. Le couplage résistif est lié au champ électrique. Il est produit le long des surfaces internes du fuselage.
Les résistances des matériaux et des joints créent une différence de potentiel entre le point d’entrée et de sortie du courant de foudre. Donc une tension entre les deux points d’attachement de l’arc existe.
Le schéma de la figure suivante représente le phénomène de couplage résistif :
si I représente le courant drainé par l’arc électrique, R les résistances diverses de l’avion, le produit I.R est la différence de potentiel créée d’un bout à l’autre de l’avion. Le couplage par le champ magnétique fait intervenir le champ magnétique pénétrant à l’intérieur de l’avion.
Les hublots ou le pare-brise sont des ouvertures au travers desquelles un champ magnétique peut s’infiltrer.
Si un courant de foudre parcourt le fuselage de l’avion, il crée un champ magnétique tournant autour de la direction de ce courant comme le montre la figure suivante.

La variation de champ magnétique génère une tension de circuit ouvert Voc définie par: Les lignes de champ magnétique se déforment autour les ouvertures et pénètrent dans l’avion. (1.1) Aussi un courant de court-circuit Isc est induit sur la boucle si celle-ci est court-circuitée.
L’amplitude de ce courant est donnée par : (1.2) où L est la self inductance de la boucle Le troisième type de couplage, représenté dans la figure ci-bas, fait intervenir le champ électrique pénétrant dans l'avion à travers les ouvertures. La variation de champ électrique E induit un courant de déplacement I défini par la relation suivante: où S est la surface pouvant intercepter le champ E Si ce courant de déplacement traverse une impédance, une tension apparaît et la valeur de la tension et du courant est proportionnelle à la variation de champ électrique. (1.3) Les formes d’onde du courant de la foudre Le processus complet du foudroiement d'un avion est composé de deux phases :
la première correspondant à la formation du canal ionisé et la deuxième caractérisant les décharges électriques successives avec L'onde H avec L'onde A avec L'onde B et C avec L'onde D Remarque: les ondes A,B,C, D et D/2 ils ont l'allure du courant définie comme une biexponentielle Modélisation numérique et Simulation Ce travail vise à faire un premier modèle de simulation qui va aider modéliser l’avion afin de simuler les effets de la foudre sur un avion.
Pour la réalisation de ce modèle numérique, on a opté a utilisé le logiciel Cosmos qui intègre beaucoup de module physique
Aussi Comsol dispose d'outil de dessin 3D et fait les simulations en 3D. Avec l’outil de dessin en 3D de Comsol, on a pu dessiner une géométrie d’un modèle d’avion en 3D.
Ce modèle nous sera comme premier étape pour faire des simulations qui concerne les décharges électriques sur les avions. Modèle de l’avion dessinée avec Comsol Après avoir dessiné le modèle d’avion sur Comsol, je l’ai mis dans un domaine, sous forme de cube, qui précise les conditions limites Pour le choix des matériaux, j’ai utilisé l’aluminium pour le fuselage de l’avion, et l’aire dans le domaine du cube.


Le but de cette simulation est de voir l’effet du champ électrique créer entre deux plaques (l’effet condensateur sur l’avion qui ressemble à une décharge atmosphérique), c’est pour cela que j’ai placé l’avion entre un terminal (Source de tension) et une masse.

Le type d’étude que j’ai fait était stationnaire dans le mode électrostatique de Comsol Le maillage du modèle Le maillage du modèle Ici on voit que le maillage devient très petit et contient beaucoup d’éléments fini surtout sur les bordures des éléments qui constituent le modèle d’avion. Cela avait comme inconvénient d’avoir des temps de simulation très grande. Ce que j’ai obtenu comme résultat c’est la répartition du champ électrique sur la surface de l’avion Conclusion et Perspective Ce modèle de simulation sur comsol, peut être pris et réétudier pour aider à faire des simulations des effets direct de la foudre sur les avions comme le passage du courant de foudre par l’avion ou bien l'effet de ce courant sur les matières qui constituent le fuselage.
Aussi ce modèle peut servir comme une bonne approche pour donner des idées sur la simulation des effets indirect de la foudre tel que le courant induit dans le câblage de l’avion et qui peut endommager les systèmes d’aviation électronique.
À la fin on peut dire que ce projet m' a bien m'a introduit aux études des phénomènes physiques et surtout électromagnétiques se rapportant à la foudre dans le domaine de l'aéronautique. Plan de présentastion Décharge atmosphérique et les risques pour les avions Phénomènes électromagnétiques mis en jeu lors du foudroiement d’un aéronef Les formes d’onde du courant de la foudre Modélisation numérique et Simulation Conclusion et Perspective
Full transcript