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Gonzalez Gallego, Oscar. Dimensionnement et contrôlabilité de configurations avion innovantes

Gonzalez Gallego, Oscar (2013). Dimensionnement et contrôlabilité de configurations avion innovantes.

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Résumé en francais

Le processus actuel de conception avion est centré sur l'optimisation des performances du véhicule (minimiser la traînée de l'avion, réduire les niveaux de bruit, maximiser le Rayon d'Action, réduire les émissions polluantes, etc.) et traite toutes les autres disciplines séquentiellement et en tant que contraintes de design. Parmi ces contraintes, la discipline de Stabilité & Contrôle est certainement la plus importante, bien qu'elle ne soit pas considérée comme telle. Outre le dimensionnement des stabilisateurs et des organes de contrôle de l'appareil, la Stabilité & Contrôle est intimement liée aux Performances, à la sécurité et aux aspects de certification de l'avion. Dans la première étape du cycle de conception avion (phase de Design Conceptuel), la Stabilité & Contrôle n'est traitée que partiellement et consiste simplement à exploiter des relations statistiques (coefficients de volume) et à mener quelques analyses statiques (Diagramme en Ciseaux). Ce n'est que plus tard dans le processus de développement avion (phase de Design Détaillée et essais en vol) que cette discipline joue un rôle dominant et que les choix de design faits à l'étape conceptuelle sont validés ou non. Bien que cette méthodologie de conception des stabilisateurs et des gouvernes fonctionne convenablement quand on considère des avions ayant une forme typique (voilure + fuselage tubulaire + empennage arrière), elle échoue lorsque l'on examine des avions ayant une forme non conventionnelle. De plus, la façon "simple" d'appréhender la discipline de Stabilité & Contrôle en phase conceptuelle conduit à des aéronefs sous-optimaux ayant souvent des problèmes de stabilité et/ou de contrôle qui non seulement sont coûteux à rectifier, mais qui peuvent également dégrader les performances du véhicule et compromettre sa sécurité. Ce travail de recherche a pour objectif d'établir une méthodologie de Design Conceptuel, à la fois générique, alternative et rapide, capable de dimensionner et d'optimiser tout type de configuration avion en accordant une importance particulière à la discipline de Stabilité & Contrôle. Dans cette méthodologie, le caractère séquentiel du processus de design conceptuel actuel est remplacé par une approche simultanée et intégrée d'Optimisation Multidisciplinaire (MDO), dans laquelle la discipline de Stabilité & Contrôle, en particulier, est considérée au même niveau que les Performances. L'approche de design proposée dans cette thèse vise à déterminer la forme avion satisfaisant, entre autres, un ensemble générique (i.e. indépendant de la configuration avion) d'exigences de stabilité et de contrôle, tout en possédant les meilleures performances opérationnelles tout au long d'un profil de mission type. Comparé au processus de design avion traditionnel, le problème d'optimisation qui en résulte est davantage contraint d'un point de vue de la Stabilité & Contrôle et considère non seulement des critères statiques mais également des exigences dynamiques et de manœuvre. Cette méthodologie s'apparente à une démarche "inverse" puisque les caractéristiques souhaitées de stabilité et de contrôle sont imposées par avance en tant que contraintes du problème d'optimisation. Le concepteur cherche ainsi à déterminer la forme avion ayant des qualités de vol prédéfinies. L'intégration de la discipline de Stabilité & Contrôle dans l'étape conceptuelle de design requiert la mise à disposition d'un outil intégré et modulaire, servant de plateforme pour mener des analyses MDO. Un tel outil n'est cependant pas disponible à l'heure actuelle dans l'industrie civile. Pour pallier à ce problème, un outil simple permettant d'émuler l'environnement requis a été développé. La méthodologie présentée est illustrée avec deux configurations avion radicalement différentes mais ayant une taille semblable. Bien que le travail exposé ci-dessous ne constitue qu'une première étape pour résoudre le problème complet, on démontre cependant que la méthode est viable et que l'on peut obtenir des gains supplémentaires en performances en prenant en compte la Stabilité & Contrôle dès le stade de Design Conceptuel. L'approche permet également de comparer des configurations avions entre elles sur des bases entièrement physiques et objectives et non pas sur des opinions variées et subjectives, comme c'est le cas actuellement.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Mongeau, Marcel
Bès, Christian
Ecole doctorale:Aéronautique, astronautique (AA)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire de Mathématiques Appliquées, Informatique et Automatique pour l'Aérien (MAIAA), ENAC
Mots-clés libres :Dimensionnement avion, conception avion - Design conceptuel avion - Optimisation multidisciplinaire (MDO)- Stabilité et Contrôle - Configurations avion innovantes
Sujets :Sciences de l'ingénieur
Déposé le :17 Nov 2014 11:39