Identification and Validation of an Aircraft Performance Model for the Study of Flight Trajectories of the Cessna Citation X

Résumé

L’optimisation des trajectoires de vol a été identifiée comme l’une des solutions permettant de réduire la consommation de carburant et l’empreinte carbone des avions à court terme. Pour pouvoir analyser et optimiser les trajectoires de vol d’un avion, il nécessaire de développer des modèles mathématiques capables de prédire avec une grande précision les performances de ce dernier. Dans ce contexte, l’enjeu de cette thèse a été de proposer différentes techniques permettant d’une part d’identifier un modèle mathématique d’un avion, et d’autre part, de pouvoir prédire les trajectoires et les performances de vol d’un avion. Les études présentées dans cette thèse ont été réalisées en collaboration avec les partenaires industriels du LARCASE, et ont été expérimentalement validées sur l’avion d’affaire Cessna Citation X pour lequel un simulateur de vol hautement qualifie était disponible. La première partie de cette thèse portait sur l’identification et la création d’un modèle performance de l’avion Cessna Citation X à partir de données publiées dans les manuels de vol de l’avion (ou d’une source équivalente). Ce modèle avait pour objectif de représenter les performances aérodynamiques et propulsives de l’avion. Deux approches ont été alors envisagées. La première approche consistait à identifier un modèle de propulsion de l’avion en supposant que les données publiées dans les manuels de vol incluaient des informations suffisamment pertinentes sur les performances de moteurs de l’avion. La deuxième approche, quant à elle, faisait l’hypothèse qu’aucune information sur les moteurs n’était disponible, et que seules les données de trajectoire de vol étaient accessible à l’utilisateur. Dans les deux approches, il a été possible d’obtenir un modèle mathématique de l’avion à la fois fiable et précis. La deuxième partie de cette thèse était axée sur l’étude et la prédiction des trajectoires de vol. En partant d’un modèle mathématique de l’avion, différents algorithmes ont été développés pour prédire les performances et les trajectoires de vol du Cessna Citation X. Encore une fois, cette étude a été divisée en deux sous-parties : une première sous-partie portait sur l’étude de la phase de décollage, tandis que la deuxième sous-partie était consacrée à la portion du vol au-dessus de 1500 pieds (i.e., excluant les phases de décollage et d’atterrissage). Les algorithmes et les techniques proposées dans cette thèse ont permis de prendre en compte les effets du vent, mais également de modéliser les techniques de pilotage. Finalement, la dernière partie de cette thèse s’intéressait à la surveillance des performances d’un avion, et à la mise à jour automatique du modèle mathématique de ce dernier. Pour ce faire, un algorithme permettant d’analyser les performances de l’avion en croisière a été développé. Cet algorithme permettait dans un premier temps, de collecter des paramètres de vol de l’avion et de réaliser des analyses pour identifier les segments de vol dans lesquels l’avion se trouvait en conditions d’équilibre. Une fois ces segments de vol identifiés, l’algorithme effectuait des corrélations entre les paramètres de vol mesures, et ceux prédits par le modèle mathématique de l’avion. Cette analyse était ensuite utilisée pour évaluer le degré de précision du modèle mathématique de l’avion. Dans le cas où le modèle n’était plus suffisamment précis, alors une mise à jour automatique de ce dernier était réalisée. La combinaison de toutes les études présentées dans cette thèse a permis de créer des outils mathématiques pour l’étude, l’analyse et la prédiction des trajectoires de vol de l’avion Cessna Citation X. Ces outils ont été développés pour répondre à des besoins spécifiques de l’industrie aéronautique, mais également pour aider les chercheurs du LARCASE dans leurs recherches.

Date	11 nov. 2020
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Ruxandra Botez (Directeur(-trice))