MOBILITÉ AÉRIENNE URBAINE
Dynamiser les innovations dans le domaine de la mobilité aérienne avancée (UAM) grâce à des solutions d'interconnexion haute puissance et haute tension.
Ce document est le premier d'une série de livres blancs de TE Connectivity (TE) sur les solutions permettant de relever les défis associés aux projets de mobilité aérienne urbaine (UAM). Depuis plus de 75 ans, notre leadership mondial en matière de technologie et de fabrication permet à nos clients de bénéficier d'une large gamme de produits de connectivité et de détection pour l'aviation, l'aérospatiale, l'automobile et la défense. Étant un partenaire d'innovation incontournable, TE propose cette vue d'ensemble de la gamme de produits capables de supporter les besoins en énergie considérables des vols électriques.
De nouvelles possibilités
Les projets de mobilité aérienne urbaine (UAM) inspirant de nouvelles innovations révolutionnaires dans le domaine du vol électrique ne connaissent pas de limites. Cependant, à l'instar des aéronefs électriques et hybrides en général, les aéronefs à décollage et atterrissage verticaux (eVTOL), les hélicoptères, les drones et les véhicules aériens personnels (PAV) à propulsion électrique consomment d'importantes quantités d'énergie pour permettre le décollage et le maintien en vol du véhicule. Par conséquent, les concepteurs sont confrontés à de nombreux défis en matière d'interconnexion électrique lorsqu'il s'agit de gérer des tensions élevées et une puissance de crête élevée en kW pour les moteurs à propulsion électrique, les onduleurs, les contrôleurs, les batteries, les systèmes d'infodivertissement et les capteurs. Pour déployer rapidement des prototypes et des produits performants, les concepteurs ont tout intérêt à comprendre ces défis et à savoir comment "suivre le fil" en utilisant les technologies et l'expertise de TE pour les résoudre.
Défis
Au début de la conception d'un projet, il est important de considérer les interconnexions de manière globale, comme faisant partie intégrante du système, plutôt que comme une réflexion de dernière minute. EVERY CONNECTION COUNTS pour les données et pour l'alimentation. Au fil des ans, des produits spécifiques ont été introduits et de nouvelles technologies continuent d'être développées pour relever les défis d'alimentation rencontrés lors des vols électriques. Les solutions avancées de TE offrent les capacités suivantes :
Prévenir les décharges électriques partielles :
La gestion d'une puissance élevée est plus facile au sol que dans les airs. En effet, une tension élevée peut ioniser l'air, ce qui peut le rendre conducteur et peut produire l'effet corona et engendrer une décharge électrique. L'effet corona est responsable des pertes de puissance électrique associées à des vides, des cavités et à l'arborescence électrique lorsque l'isolation se détériore, ce qui peut entraîner la formation d'arcs électriques. Les décharges de type corona peuvent être réduites en choisissant des matériaux isolants appropriés.
Éviter les dommages causés par les arcs électriques :
Avec les sources à haute tension, des traces de carbone peuvent se former à la surface des isolants polymères, ce qui fait qu'ils perdent leurs propriétés diélectriques et deviennent des transmetteurs électriques. Un arc électrique peut alors se former le long de la trace conductrice, ce qui entraîne une perte de puissance et présente un haut risque d'inflammation. Une fois de plus, il est nécessaire d'utiliser des matériaux isolants appropriés pour éviter ce problème.
Traiter les effets de l'environnement sur les tensions de seuil et d'extinction :
Des décharges partielles peuvent se produire lorsque deux parties d'un circuit qui ne sont pas correctement protégées l'une de l'autre sont soumises à des différences de tension élevées. Les différences de tension deviennent plus extrêmes à mesure que l'altitude, la température et la fréquence augmentent. La tension de seuil correspond au début de l'effet corona ; la tension d'extinction à sa fin. Par conséquent, les systèmes électriques doivent être protégés afin de minimiser les différences de tension critiques rencontrées dans leur environnement de fonctionnement
Supprimer l'effet pelliculaire :
Pour déterminer le blindage et le filtrage nécessaires pour assurer la compatibilité électromagnétique (CEM), les concepteurs doivent tenir compte de l'effet pelliculaire, c'est-à-dire de la tendance du courant alternatif à circuler près de la surface d'un conducteur. L'effet pelliculaire est le résultat des courants de Foucault induits par les champs magnétiques changeants du courant alternatif. Ce facteur est donc présent dans presque tous les systèmes à courant alternatif. Les circuits imprimés et d'autres aspects des circuits d'alimentation à courant alternatif peuvent être conçus de manière à annuler l'effet pelliculaire, mais cela demande une étude approfondie.
Gérer les contraintes de taille et de poids :
Les composants utilisés dans le stockage et la gestion de l'énergie électrique à haute puissance peuvent ajouter du poids et du volume. TE propose des relais et des contacteurs à haut rendement pour gérer des tensions et des ampérages plus élevés avec une empreinte compacte, ce qui permet de répondre aux exigences en matière de taille, de poids et de puissance (SWaP) des aéronefs électriques. TE applique la même approche pour minimiser les solutions SWaP pour les câbles, les terminaisons et les connecteurs.
Gérer les problèmes thermiques :
La dissipation de la chaleur, en particulier dans les structures composites, peut poser des problèmes. Lorsque des fils et des relais sont exposés à des températures plus élevées, la tension d'appel et la résistance de la bobine sont affectées. Pour garantir la stabilité, il est important de déterminer les caractéristiques en régime permanent pour la combinaison de température et de tension des conditions de fonctionnement d'un relais à courant continu (CC). Cela vaut également pour les applications à courant alternatif (CA), bien que leur tension d'appel présente une variation de température inférieure à celle des relais CC.
Gérer la puissance :
La commutation haute fréquence permet un transfert rapide du bus en cas de perte de puissance. Il existe des différences importantes entre les technologies de commutation de puissance électromécaniques hybrides et à semi-conducteurs que les experts de TE peuvent évaluer pour une application donnée.
Exiger davantage de fiabilité :
Le nombre de décollages et d'atterrissages des UAM va augmenter de manière significative. Le système d'interconnexion électrique sera donc soumis à des contraintes supplémentaires. TE s'efforce de comprendre ces nouveaux niveaux de fiabilité et de fournir les recommandations de produits appropriées.
SOLUTIONS
Les projets actuels d'UAM bénéficient du développement interdisciplinaire de solutions de gestion de l'énergie introduites par TE pour les secteurs de l'automobile, de l'aérospatiale, de l'énergie et du ferroviaire. TE collabore avec des groupes de normalisation de l'industrie, tels que la Society of Automotive Engineers (SAE), qui commencent à relever les défis imposés par des niveaux de puissance et de tension plus élevés. De plus, les experts de TE sont directement impliqués dans les initiatives de type « Voice of Customer » (VOC) pour fournir des informations sur la résolution des problèmes d'alimentation des avions au niveau des sous-systèmes et des composants. Pour les concepteurs, une méthodologie de type « suivez le fil » permet de découvrir les facteurs essentiels lors de la sélection de solutions de haute puissance et de tension appropriées. TE répond à ces besoins avec des gammes de produits de gestion de l'énergie bien connues :
Relais et contacteurs haute tension KILOVAC :
Depuis 1964, les petits relais et contacteurs légers de la gamme KILOVAC sont largement utilisés dans les applications aérospatiales, spatiales et militaires. Présentant un excellent rapport taille/puissance, les relais et contacteurs haute tension KILOVAC offrent des tensions nominales allant jusqu'à 70 kV CC et des intensités nominales allant jusqu'à 1 000 ampères. Scellés hermétiquement pour les environnements difficiles, les produits KILOVAC fonctionnent sur une large plage de températures et présentent des performances exceptionnelles en matière de chocs et de vibrations, avec une résistance faible et stable pendant toute la durée de vie du contact.
Relais, contacteurs et dispositifs de commutation Hartman :
La gamme de produits Hartman est largement utilisée pour la commutation de l'alimentation électrique dans les avions de ligne et autres applications aérospatiales hautement sophistiquées nécessitant des composants très spécialisés. Les contacteurs à courant alternatif et continu Hartman sont légers, étanches à l'environnement (joint) et conformes aux exigences de la norme MIL-PRF-6106 et/ou aux spécifications particulières des clients. Les contacteurs CA ont une puissance nominale pouvant aller jusqu'à 500 ampères et les contacteurs CC légers haute performance, jusqu'à 1 000 ampères. Des boîtiers hermétiques sont disponibles pour les conditions environnementales les plus hostiles. Plusieurs configurations de contact principal et de contact auxiliaire sont disponibles. De plus, les unités de distribution de puissance modulaires Hartman ou les panneaux de type fond de panier peuvent être personnalisés pour les avions à voilure fixe et les hélicoptères.
Produits Raychem de haute performance pour l'alimentation électrique et la protection contre l'environnement :
Développé il y a plus de 60 ans par l'ingénieur électricien Paul Cook, le polymère réticulant utilisé dans les gaines thermorétractables Raychem et autres produits résiste à des cycles répétés de chauffage et de refroidissement tout en conservant sa taille et ses propriétés protectrices d'origine.
Cosses d'alimentation de fond de panier haute performance AMP ; cosses STRATO-THERM et COPALUM :
Les cosses, embouts et capuchons de connexion de rechange STRATO-THERM sont conçus pour les applications à haute température jusqu'à 649 °C (1200 °F). Les cosses et les embouts étanches COPALUM Lite sont jusqu'à 60 % plus légers que les embouts en cuivre conventionnels, ce qui contribue à réduire le poids des aéronefs.
Connecteurs DEUTSCH pour l'alimentation et la tension :
Depuis plus de 70 ans, les produits DEUTSCH fonctionnent de manière fiable dans les applications exigeantes de l'aérospatiale, de la défense, du transport commercial industriel et du sport automobile. Aujourd'hui, la gamme de produits DEUTSCH de TE comprend des fils, des contacts et des connecteurs, et des composants militaires tels que la série de connecteurs DEUTSCH MIL-DTL-38999
Cosses AMP, STRATO-THERM et COPALUM :
Les cosses, embouts et capuchons de connexion STRATO-THERM sont conçus pour les applications à haute température jusqu'à 649 °C (1200 °F). Les cosses et les embouts étanches COPALUM Lite sont jusqu'à 60 % plus légers que les embouts en cuivre conventionnels, ce qui contribue à réduire le poids des aéronefs.
MISE EN ŒUVRE
Grâce à la large gamme de produits TE, les concepteurs d'UAM peuvent trouver des technologies avancées fiables pour atteindre l'équilibre optimal entre performances, coûts et délais de commercialisation. Forte d'une expérience dans les applications de l'automobile, de l'énergie et de l'aérospatiale, TE offre des solutions innovantes pour répondre aux besoins les plus exigeants. Tirez parti de notre savoir-faire dans la conception, la personnalisation, la fabrication et la mise en œuvre de tous les composants qui jalonnent les fils des avions connectés : capteurs, moniteurs, disjoncteurs, câblage, assemblages, et plus encore. Découvrez comment nos solutions performantes aident les projets UAM à se concrétiser plus rapidement. Pour les relais haute tension, les contacteurs et les technologies connexes, consultez notre kit de développement virtuel sur les solutions de gestion en matière d'énergies alternatives.
