Des solutions puissantes pour les armes à énergie dirigée

Les lasers haute puissance actuels fonctionnent à une puissance de l’ordre de quelques dizaines de kilowatts, mais l’objectif ultime est de faire évoluer les conceptions afin d’atteindre des centaines de kilowatts, voire des mégawatts. Pour exercer une puissance aussi intense, les armes à énergie dirigée utilisent des systèmes d’alimentation continue ou pulsée, ainsi que des technologies sophistiquées de commutation et de conditionnement de l’énergie.

Ces systèmes d’alimentation nécessitent des solutions d’interconnexion haute tension afin de maximiser l’énergie de sortie tout en minimisant l’impact de l’alimentation sur la plateforme mère. Les solutions d’interconnexion haute tension sont utilisées « différemment » pour l’acheminement de l’énergie reliant la source principale et celle du stockage, mais également pour les composants qui convertissent l’énergie en fonction de la sortie souhaitée.

Au début de tout projet dans le domaine de l’énergie à haute tension, il est important que les concepteurs considèrent les interconnexions comme un élément du système complet. Des interconnexions spécifiques ont été introduites et de nouvelles technologies continuent d’être développées pour relever les défis de l’énergie électrique à haute tension. Les concepteurs d’AED disposent aujourd’hui plus de possibilités qu’auparavant, mais les problèmes liés à la puissance restent inchangés :
 

• Gérer les fortes charges thermiques
  Les conceptions d’armes à énergie dirigée doivent dissiper des quantités massives d’énergie thermique pour maintenir la source d’énergie à une température de fonctionnement sûre et efficace. Des systèmes de refroidissement liquide et des échangeurs de chaleur spéciaux sont utilisés pour transférer la chaleur et la rejeter à l’extérieur du dispositif. Les interconnexions à l’intérieur du système doivent être capables de résister à des températures internes allant jusqu’à 649 °C (1 200 °F).
  
  Lorsqu’un relais est exposé à des températures élevées, la tension d’appel et la résistance de la bobine sont affectées. Pour garantir la stabilité, les concepteurs doivent 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 moins de variation de température que les relais CC.
  
  
• Empêcher les décharges électriques partielles
  Il est plus facile de gérer une puissance élevée au sol, mais les systèmes d’armes à énergie dirigée doivent également fonctionner dans les airs. Une tension élevée peut ioniser l’air, ce qui le rend conducteur et peut produire l’effet corona et engendre une décharge électrique. L’effet corona provoque des pertes de puissance électrique par les vides, les cavités et l’arborescence électrique lorsque l’isolation se détériore, ce qui entraîne la formation d’arcs électriques.
  
  L’utilisation de matériaux diélectriques/isolants appropriés est essentielle pour éviter les décharges de type corona. L’isolation à l’aide de polymères réticulés pour le câblage, les câbles, les faisceaux et les assemblages haute tension est élaborée pour résister aux claquages. Ce type de diélectrique est particulièrement critique dans les modules de contrôle de puissance et les convertisseurs de puissance.
  
  
• Éviter les dommages causés par les arcs électriques
  Avec les sources à haute tension des plateformes d’armes à énergie dirigée, des traces de carbone peuvent se former à la surface des isolateurs polymères. Ces traces font perdre à l’isolant ses propriétés diélectriques et le transforment en conducteur électrique. 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. Pour éviter ce problème, il est nécessaire d’utiliser des matériaux isolants appropriés.
  
  
• Gérer les effets de l’environnement sur les tensions de seuil et d’extinction
  La tension de seuil est le moment où l’effet corona commence, tandis que la tension d’extinction correspond au moment où il se termine. Des décharges partielles peuvent se produire lorsque deux parties d’un circuit qui ne sont pas correctement isolées sont soumises à des différences de tension élevées. Par conséquent, les systèmes électriques doivent être conçus de manière à fournir des niveaux d’isolation électrique adéquats dans l’environnement d’exploitation.
  
  
• Annuler 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 s’écouler 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 haute puissance peuvent être volumineux et lourds. Des relais et des contacteurs à haut rendement sont disponibles pour gérer des tensions et des ampérages plus élevés avec une empreinte compacte afin de contribuer à réduire les exigences en matière de taille, de poids et de puissance (SWaP). Des câbles, des extrémités et des connecteurs spécialement conçus sont également disponibles pour minimiser le SWaP.
  
  
• Satisfaire les demandes de fiabilité les plus exigeantes
  Les applications d’armes à énergie dirigée peuvent nécessiter un nombre important de cycles d’ouverture et de fermeture. Ce cycle extrême entraîne une usure supplémentaire de la surface de contact des interrupteurs mécaniques, qui doivent être conçus de façon à supporter ces contraintes supplémentaires. Pour les interrupteurs électriques, un dimensionnement approprié est nécessaire afin de gérer le niveau de tension requis, car les transistors sont sensibles aux surtensions.
  

Les interconnexions actuelles pour les applications haute tension bénéficient des développements interdisciplinaires des solutions de gestion de l’énergie pour les secteurs de l’automobile, de l’aérospatiale, de la défense, de l’énergie et du ferroviaire. TE Connectivity (TE) propose une large gamme de produits pour les armes à énergie dirigée, comprenant les solutions haute tension suivantes :
 

• Relais, contacteurs et commutateurs haute tension
  Les relais, contacteurs et commutateurs hermétiques de dernière génération présentent un excellent rapport taille/puissance et offrent des tensions nominales allant jusqu’à 70 kV CC et des intensités nominales allant jusqu’à 1 000 A. Les joints d’isolation résistants aux conditions extérieures sont essentiels pour les applications haute tension afin de minimiser l’intrusion d’humidité et de contaminants pour empêcher la formation d’arcs électriques sur l’isolant.
  
  
• Alimentations électriques haute performance et produits de protection de l’étanchéité environnementale
  Les polymères réticulés dans les gaines thermorétractables et les accessoires de câbles peuvent supporter des cycles répétés d’échauffement et de refroidissement tout en conservant leur taille d’origine et leurs propriétés protectrices.
  
  
• Cosses et embouts pour températures élevées
  Les cosses, embouts et capuchons de connexion de rechange sont conçus pour résister à des environnements de fonctionnement allant jusqu’à 649 °C (1 200 °F).
  
  
• Des composants plus légers et plus petits
  Il existe des cosses et des embouts étanches qui sont 60 % plus légers que les cosses en cuivre classiques.
  
  
• Connecteurs DEUTSCH MIL-SPEC
  La gamme bien connue de connecteurs DEUTSCH comprend des contacts et des connecteurs, dont la série de connecteurs DEUTSCH conformes à la norme MIL-DTL-38999. La tension de résistance diélectrique pour les connecteurs DEUTSCH DT étanches à l’environnement offre un courant de fuite inférieur à 2 mA à 1 500 volts CA.
  

Grâce à la gamme de produits d’interconnexion disponibles aujourd’hui pour les applications haute tension et au lancement régulier de nouveaux produits, les concepteurs d’armes à énergie dirigée peuvent trouver des solutions fiables et facilement disponibles pour répondre aux critères les plus importants. Les concepteurs du secteur de la défense qui travaillent avec des experts capables de concevoir, de personnaliser, de fabriquer et de mettre en œuvre des solutions haute tension sur tout le circuit de puissance peuvent accélérer le développement de leurs projets.

• Les armes à énergie dirigée s’appuient sur des solutions haute tension pour surmonter les défis posés par les lasers haute puissance, les faisceaux de particules et les technologies de micro-ondes haute puissance qui exigent des solutions haute tension. 
• Les concepteurs d’armes à énergie dirigée doivent relever les défis posés par les hautes tensions sur les interconnexions électriques.
• Les armes à énergie dirigée utilisent des systèmes d’alimentation continue ou impulsionnelle, ainsi que des technologies sophistiquées de commutation et de conditionnement de puissance, pour maximiser l’énergie de sortie tout en minimisant l’impact de la puissance sur la plateforme mère.
• Les exigences en matière d’énergie électrique haute tension des armes à énergie dirigée présentent des défis de conception, allant des charges thermiques extrêmes à l’annulation de l’effet pelliculaire.
• Les interconnexions actuelles pour les applications haute tension bénéficient des développements interdisciplinaires des solutions de gestion de l’énergie pour les secteurs de l’automobile, de l’aérospatiale, de la défense, de l’énergie et du ferroviaire.
• TE Connectivity propose une large gamme de produits pour les armes à énergie dirigée.