Application d’une technique de modélisation aérodynamique conceptuelle sur la simulation d’un pilote automatique à commande optimale pour un avion d’affaires

摘要

Ce document présente, dans le cadre d’un contexte conceptuel, une méthode d’enchaînement servant à faire le lien entre les différentes étapes qui permettent de réaliser la simulation d’un aéronef à partir de ses données géométriques et de ses propriétés massiques. En utilisant le cas de l’avion d’affaires Hawker 800XP de la compagnie Hawker Beechcraft, on démontre, via des données, un processus de traitement par lots et une plate-forme de simulation, comment (1) modéliser la géométrie d’un aéronef en plusieurs surfaces, (2) calculer les forces aérodynamiques selon une technique connue sous le nom de Vortex Lattice Method, (3) construire un modèle de vol servant à la simulation des aéronefs pour leur enveloppe de vol en ajoutant des fonctions supplémentaires, (4) construire un modèle de turbosoufflante simplifié, (5) développer un algorithme d’équilibre (trim) du mouvement longitudinal, (6) développer des algorithmes de contrôle à commande moderne, (7) développer certaines fonctions d’un système de pilotage automatique, et (8) rassembler le tout sous une même plate-forme de simulation. ududAfin de supporter ce travail, une application publique Matlab, connue sous le nom de Tornado, est utilisée conjointement avec d’autres fonctions pour la conception du modèle de vol aérodynamique. D’ailleurs, il sera démontré que le modèle de vol, quoiqu’il soit quand même crédible, ne concorde pas tout à fait avec les données de référence. Par contre, puisque le modèle des moteurs fonctionne bien, que l’algorithme d’équilibrage du mouvement longitudinal fonctionne bien et que les pôles des systèmes dynamiques concordent avec la littérature, les tests dynamiques effectués au sein de la plate-forme de simulation permettent d’obtenir des résultats fonctionnels et crédibles.ududD’ailleurs, deux systèmes d’augmentation de la stabilité basés sur la méthode de contrôle moderne LQR et couvrant l’enveloppe de vol de l’aéronef via un système d’ordonnancement des gains sont implémentés respectivement selon les mouvements longitudinal et latéral. Ces fonctions fonctionnent bien et permettent de rencontrer les qualités de vol requises pour un avion d’affaires. Finalement, certaines fonctions concernant un système de pilotage automatique sont implémentées. Dans le cas du mouvement latéral, ces fonctions sont basées sur les méthodes de contrôle modernes et couvrent la totalité de l’enveloppe de vol; mais en ce qui concerne le mouvement longitudinal, elles sont basées sur des algorithmes d’équilibre difficile à gérer pour implémenter sur toute l’enveloppe de vol, c’est pourquoi les tests présentés sont limités à des scénarios bien précis. Dans les deux cas, les essais effectués donnent d’assez bons résultats.