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La thèse porte sur la caractérisation expérimentale des pertes singulières dans les matériaux magnétiques au sein d’actionneurs électromécaniques conçus pour le développement du programme « avion plus électrique », où la maîtrise des pertes d’énergie est un enjeu absolument majeur. Ce programme, de portée mondiale, vise, entre autre, à remplacer, dans l’avion, les actionneurs hydrauliques par des actionneurs électromécaniques, quand c’est possible.Par pertes singulières on entend toutes les pertes liées aux contraintes magnéto-mécano-thermiques liées d’une part à la mise en œuvre (découpe, assemblage contraint, isolation, traitement thermique...) des matériaux et d’autre part aux conditions réelles de fonctionnement (champ tournant, haute fréquence, saturations locales...) au sein des machines électriques (HV/HF), et qui sont très difficiles à estimer précisément de façon analytique ou via les dispositifs conventionnels de tests. Ces sollicitations influencent les caractéristiques de tôles qui peuvent s’éloigner significativement des données du fabricant (donc fausser le calcul des performances).Au début de cette thèse on s’est focalisé sur le montage d’un banc d’essai évolutif équipé de moyens de mesure directe du couple et d’une machine d’entraînement (8 ktr/min ; 42 kW) tarée par nos soins. Sur cette dernière une longue campagne d’essais a été menée pour isoler les différentes composantes de pertes, dont, par exemple, les pertes mécaniques (par frottement dans les roulements + aérodynamiques) qui ont été quantifiées via un rotor neutre. Les pertes dans les aimants sont indissociables des pertes fer, donc, elles ont été estimées par le biais d’une modélisation par éléments finis tridimensionnelle. Les pertes dans la frette de maintien sont nulles du fait qu’elle est isolante (thermo-rétractable). Le bobinage utilisé dans ce moteur est très particulier, à barres massives (remplissage de cuivre dans l’encoche jusqu’à 90%), développé dans notre laboratoire IES. Les pertes atypiques au sein de ce bobinage spécial ont été profondément abordées dans ces travaux (effet de refoulement de courants, pertes aux extrémités de la machine...).Dans la dernière partie de cette thèse, nous avons exploré le fonctionnement des machines synchrones à aimants à haute fréquence afin d’accroître la densité de puissance de nos moteurs (pour franchir la barre de 2.5 kW/kg). Pour ce faire, après une étude détaillée, nous avons proposé en premier lieu un prototype avec des matériaux standard (stator FeCo Vacodur49 0.2mm, rotor FeSi, aimants NdFeB nuance N35EH, bobinage à barres cuivre) fonctionnant à 1666 Hz, tournant à 5000 tr/min, avec une densité de puissance de 4.5 kW/kg et un rendement de 94%. En second lieu, nous avons proposé un deuxième prototype de rendement plus faible (93%) mais qui a une densité de puissance proche de 6 kW/kg avec un rotor sans fer et un bobinage en Aluminium.Avant le montage final de ce prototype modulaire, nous avons effectué des mesures de pertes magnétiques, en conditions réelles de fonctionnement d’un moteur électrique, sur une multitude de tôles FeSi et FeCo (Vacodur49, NO20, M270-35A) avec la variation de différents procédés de fabrication: isolation (vernis thermo-collant « back-lack », vernis C5), découpe (laser, électroérosion) et traitement thermique. Pareillement, toutes les pertes mises en jeu ont été séparées (mécaniques, par courants induits dans les viroles...) pour pouvoir remonter aux pertes magnétiques et, donc, enfin, quantifier empiriquement le coefficient de majoration de pertes fer. / The main aim of this thesis was to study and experimentally assess the additional iron losses in the stator (electrical lamination steel) of high performance permanent magnet synchronous machines (PMSM) designed for aircraft applications, in relation with the “more-electric-aircraft” project. This international program consists of gradually introducing electrical systems to replace onboard hydraulic and pneumatic systems, for example to power the landing gear wheels (Electric Green Taxiing System)…The extra iron losses are caused by manufacturing processes (cutting, sticking, insulation, stacking, pressing, shrink-fitting, thermal treatment …) and the real conditions of use of electrical motor (namely: rotational flux, saturation, high frequency…). Indeed, the mechanical and thermal stresses during the manufacturing steps can deteriorate the magnetic properties of the material and significantly increase the iron losses. These aspects are difficult to accurately evaluate by analytical models or standard measurements (Epstein frame…) and require experimental assessment to precisely calculate the motor efficiency.First of all, we started by developing a test bench equipped with drive motor: PMSM 8000 RPM ; 42 kW. For accurate assessment, the losses in this machine are separated on the test bench, for example, the mechanical losses (bearings loss & windage loss) have been measured at different speed with a non-magnetic rotor. Rotor magnets eddy-current losses cannot be isolated from iron losses, for this reason they have been calculated using a 3D finite element model. To limit rotor loss we then used a non-conductive retaining sleeve (heat shrink sleeve). In the winding, we used bar-wound conductors, which is an original winding technology developed in our laboratory, and whose advantage among others is the unusual copper fill factor that reaches almost 90%.Subsequently, we explored the high frequency machines (>1 kHz) in order to increase the power-to-weight ratio (cross the threshold of 2.5 kW/kg). We proposed, the following to the analytical and finite element study, a first conventional prototype with a power-to-weight ratio equal to 4.5 kW/kg with: FeCo stator (Vacodur49 0.2 mm), FeSi rotor and NdFeB magnets (N35EH), operated at 1666 Hz, 5000 RPM and 94% efficiency at full load. A second motor had been also proposed with both rotor and winding in aluminum, in this case the power-to-weight ratio reaches around 6 kW with, however, less efficiency (93%).Finally, this HF motor was tested, at no load, on the aforementioned test bench. The experiments were carried out on a multitude of FeCo and FeSi stator core samples coming from different manufacturing processes (insulation: bonding varnish and C-5 varnish; cutting: laser and EDM “Electrical Discharge Machining”; thermal treatment) in real operating conditions of a high frequency PM machine in order to experimentally obtain the famous “additional coefficient” of iron losses (Kadd).

Les aubes des turbomachines modernes sont de plus en plus fines, légères et chargées aérodynamiquement. Cette tendance accroît l'apparition de phénomènes aéroélastiques tel que le flottement qui conduit à la rupture si l'amortissement est insuffisant. Bien que les outils numériques soient de plus en plus robustes, la fiabilité de sa prédiction demeure insuffisante. La nature critique du phénomène et le manque de données expérimentales pour des écoulements typiques de l'industrie encouragent des travaux de recherche. Dans ce contexte, la présente thèse est dédiée à l'étude du flottement dans des configurations récentes de turbine à travers l'analyse aérodynamique des écoulements subsoniques ou supersoniques soumis à un mode de structure vibratoire imposé. L'objectif est de fournir des éléments de compréhension des mécanismes potentiellement générateurs de flottement pour une meilleure intégration lors de la conception des aubes. L’approche consiste à mener des travaux expérimentaux et numériques. La partie expérimentale s'appuie sur un secteur de grille annulaire constitué de sept aubes dont une peut osciller de manière contrôlée. Les fluctuations de pressions instationnaires générées sont mesurées avec la technique dite des coefficients d'influence pour différents paramètres mécaniques et aérodynamiques : déformées modales pures et combinées, fréquence réduite, nombre de Mach, angle d'incidence. Complétée par des mesures de niveau de turbulence, la base de données vise à évaluer l'influence de ces paramètres sur la réponse aéroélastique, à valider le principe de superposition linéaire et à soutenir les codes numériques. La partie numérique se base sur des calculs instationnaires linéarisés dans le domaine fréquentiel en utilisant la technique dite des "ondes propagatives" (traveling wave mode).Deux cas de turbines spatiales industrielles sont étudiés.• Des calculs 2D sont réalisés sur une turbine monobloc ou blisk. L'amortissement mécanique quasi-nul entraîne des déformées complexes avec couplage de modes et des fréquences réduites très élevées. Bien que les aubes soient prédites stables, une méthodologie basée sur des décompositions géométriques élémentaires est présentée afin d'identifier les contributions déstabilisantes. Les résultats aboutissent étonnamment aux conclusions de la théorie du flottement classique : la torsion est une source potentielle d'instabilité. De plus, le coefficient d'amortissement aérodynamique a été trouvé extrêmement sensible au déphasage interaube et aux fréquences de coupure (modes cut-on/cut-off).• Des calculs 3D sont ensuite réalisés sur une turbine supersonique. L'écoulement présente des ondes de chocs avec décollement de la couche limite et le mouvement de l'aube est de nature élémentaire, i.e. purement axial. Les aubes ont été prédites instables pour les modes rétrogrades et stables pour les modes propagatifs. En dépit des fortes hypothèses, des analyses quasi-stationnaires rendent compte des mécanismes de flottement : la phase entre le mouvement du choc et l'excitation établit la frontière entre configurations stable et instable. / Modern turbomachines are designed towards thinner, lighter and highly loaded blades. This gives rise to increased sensitivity to flow induced vibrations such as flutter, which leads to structure failure in a short period of time if not sufficiently damped. Although numerical tools are more and more reliable, flutter prediction still depends on a large degree on simplified models. In addition, the critical nature of flutter, resulting in poor welldocumented real cases in the open literature, and the lack of experimental database typical of engine flows make its apprehension even more challenging. In that context, the present thesis is dedicated to study flutter in recent turbines through aerodynamic analysis of subsonic or supersonic flows in response to a prescribed vibratory mode of the structure. The objective is to highlight some mechanisms potentially responsible for flutter in order to be in better position when designing blades. The strategy consists in leading both experimental and numerical investigations. The experimental part is based on a worldwide unique annular turbine sector cascade employed for measuring the aeroelastic response by means of the aerodynamic influence coefficient technique. The cascade comprises seven low pressure gas turbine blades one of which can oscillate in a controlled way as a rigid body. Aeroelastic responses are measured at various mechanical and aerodynamic parameters: pure and combined modeshapes, reduced frequency, Mach number, incidence angle. In addition to turbulence level measurements, the database aims at assessing the influence of these parameters on the aerodynamic damping, at validating the linear combination principle and at providing input for numerical tools. The numerical part is based on unsteady computations linearized in the frequency domain and performed in the traveling wave mode. The focus is put on two industrial space turbines: 2D computations are performed on an integrally bladed disk, also called blisk; its very low viscous material damping results in complex motions with combined modes and extremely high reduced frequency. The blisk operates at low subsonic conditions without strong non-linearities. Although the blades have been predicted aeroelastically stable, an original methodology based on elementary decompositions of the blade motion is presented to identify the destabilizing movements. The results suggest that the so-called classical flutter is surprisingly prone to occur. Moreover, the aerodynamic damping has been found extremely sensitive to the interblade phase angle and cut-on/cut-off conditions.• 3D computations are then performed on a supersonic turbine, which features shockwaves and boundary layer separation. In contrast, the blade motion is of elementary nature, i.e. purely axial. The blades have been predicted aeroelastically unstable for backward traveling waves and stable for forward traveling waves. The low reduced frequencies allow quasi-steady analysis, which still account for flutter mechanisms: the shock wave motion establishes the boundary between stable and unstable configurations.