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Andreu Altava, Ramon. Calcul du profil optimal d'un aéronef dans les phases de descente et d'approche

Andreu Altava, Ramon (2020). Calcul du profil optimal d'un aéronef dans les phases de descente et d'approche.

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Résumé en francais

Le contexte actuel de croissance du trafic aérien, qui double tous les quinze ans, pose des problèmes environnementaux et remet en cause le développement durable de l'aviation. De plus, d'autres facteurs comme l'entrée en vigueur de nouveaux décrets relatifs aux questions environnementales, la volatilité des cours du pétrole et aussi la concurrence exacerbée du marché des compagnies aériennes conduisent au fait que les sujets de recherche liés à l'optimisation fine du profil de vol de l'avion et à l'amélioration de l'efficacité des opérations aériennes sont devenus des enjeux majeurs pour l'aviation. Le système de gestion du vol, ou FMS selon l'acronyme anglais, est un système de navigation embarqué, courant dans tous les avions de transport commercial, qui permet à l'équipage de gérer le plan de vol latéral et vertical. Du fait que les systèmes avioniques aient des performances limitées, les algorithmes embarqués font des calculs sur la base d'hypothèses très conservatrices. Ceci conduit à des écarts notoires entre les calculs du FMS et le profil réellement volé par l'avion dans un environnement dynamique du vol. L'objectif de cette thèse est donc de développer une fonction bord intégrée au concept de poste de pilotage des futurs cockpit Airbus, permettant de générer des trajectoires optimisées mais aussi tenant compte de l'environnement dynamique de l'avion. Pour cela, cette nouvelle fonction bord qui a été développée adapte la stratégie et le profil de vol de façon régulière pour minimiser le coût global de l'opération. Les principes de gestion énergétique d'un aéronef sont utilisés pour optimiser le profil vertical de vol dans les phases de descente et d'approche dans le but de réduire la consommation carburant, les émissions de gaz à effet de serre et potentiellement le bruit généré par les moteurs et les surfaces aérodynamiques. La fonction proposée est basée sur les principes de la programmation dynamique et plus particulièrement sur l'algorithme A*. Elle cherche à minimiser une fonction de coût en traversant un espace de recherche généré au fur et à mesure que l'algorithme avance dans ses calculs. Non seulement la trajectoire résultante est optimale mais aussi relie la position courante de l'avion avec le seuil de piste de l'aéroport d'arrivée indépendamment du mode de guidage et des conditions énergétiques, ce qui est une nouveauté par rapport au FMS. Les résultats sur simulation montrent que la consommation carburant est réduite de 13% et que les émissions de gaz à effet de serre de 12%. De plus, l'algorithme propose une stratégie de vol pour dissiper l'excès énergétique dans le cas de sur-énergie, où l'avion est trop haut en altitude et/ou trop rapide en vitesse. La représentativité opérationnelle des profils calculés a été évaluée dans les simulateurs de vol Airbus. Ces tests sur simulateur démontrent que les profils calculés peuvent être suivis par l'équipage avec les modes de guidage existants, même si une automatisation serait souhaitable vis-à-vis de la charge de travail. Enfin, cette thèse constitue une base solide pour la génération en temps réel de profils optimisés de descente et d'approche afin d'automatiser l'exécution de ces phases de vol.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Delahaye, Daniel
Miquel, Thierry
Ecole doctorale:Aéronautique, astronautique (AA)
laboratoire/Unité de recherche :Ecole Nationale d'Aviation Civile (ENAC)
Mots-clés libres :Commande optimale - Optimisation trajectoire - Système gestion du vol - Algorithme A*
Sujets :Sciences de l'ingénieur
Déposé le :23 Oct 2020 16:34