Novel modeling technology for UAS-S4 and UAS-S45 flight dynamics

Résumé

La croissance rapide des systèmes de vol autonome dans le domaine arien ainsi que l’intérêt grandissant de la préservation environnementale, poussent les constructeurs d’aéronefs à s’intéresser de plus en plus à des techniques d’amélioration de performance. Améliorer la performance consiste, dans ce cas, à réaliser un vol optimal tout en réduisant la quantité de carburant consommé. Cependant, la validation d’une technique d’amélioration de performances peut être très couteuse en termes d’argent et de temps et également, causer la destruction de l’appareil. Pour répondre à ces problèmes de réduction ressources financières et environnementales nécessaires à la validation de techniques d’amélioration de performance et à la certification des aéronefs, cette thèse propose la réalisation d’un modèle de simulation de vol de grande précision. Les principaux objectifs de ce travail sont : 1) réaliser un modèle dynamique de vol capable d’estimer de manière précise le comportement des UAS-S4 et UASS45 conçus par Hydra Technologies ; 2) s’assurer que le modèle de dynamique de vol permette de tester des techniques d’amélioration de performance et implémenter une nouvelle loi de contrôles. Cette thèse se rapporte, ainsi, essentiellement à la modélisation de la dynamique de vol des aéronefs ainsi qu’à la stabilité et au contrôle des aéronefs. Elle s’articule autour de quatre contributions. La première contribution est centrée sur les méthodologies d’obtention du modèle de vol de l’UAS-S4 et l’UAS-S45. La méthode proposée consiste à diviser l’architecture global de chaque aéronef en sous-modèles. Par la suite, chacun des sous-modèles est estimé en utilisant des méthodes numériques et expérimentales. Cette contribution montre que la méthodologie proposée ne nécessite qu’un minimum de données pour les calculs. La deuxième contribution est liée à l’utilisation de méthodes numériques pour l’estimation d’un modèle aérodynamique des UAS-S4 et UAS-S45. Malgré les diverses méthodes de calcul aérodynamiques existantes, la méthode proposée, qui est basé sur un réseau de vortex non linéaire, permet d’obtenir des résultats de haute-fidélité en un temps abordable. Pour vérifier les résultats, des analyses expérimentales ont été réalisées sur un modèle réduit de l’aile de l’UAS-S45 dans la soufflerie subsonique Price-Païdoussis. La troisième contribution examine la précision des méthodes d’analyses de dynamique de fluide ainsi que d’une amélioration de la théorie des éléments de pales pour l’estimation des performances aérodynamiques de l’hélice de l’UAS-S4 et UAS-S45. Les deux méthodes numériques proposées ont été validé à partir d’une étude expérimentale en soufflerie ouverte. La quatrième contribution est liée à l’étude de la stabilité et du contrôle de l’UAS-S45. Dans cette contribution une nouvelle méthode de contrôle, utilisant une approche LQR et un contrôleur PI avec une action anticipatrice, est proposée. La robustesse du système est également assurée grâce à un observateur d’état étendu. Par la suite, un réseau neuronal flou est utilisé pour le séquencement de gain.

Date	14 janv. 2020
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Ruxandra Botez (Directeur(-trice))