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Languages: English
Types: Article
Subjects: Qualités de vol, Stabilité réduite, Actionneurs, Correcteur statique robuste, 629.132, Handling qualities, Reduced stability, Actuators, Static robust controller
Afin d'améliorer les performances et l'efficacité des avions civils, les développements actuels sont toujours plus orientés vers la réduction de la stabilité naturelle en combinaison avec un système de stabilisation automatique. Ceci permet de réduire de façon significative la traînée de l'avion en minimisant les surfaces stabilisatrices ou de voler avec des centrages plus avantageux. Deux objectifs principaux définissent l'orientation de cette thèse. En première partie, on propose un ensemble de méthodes et d'outils pour évaluer l'impact d'une réduction de la stabilité naturelle de l'avion. Dans le cadre des critères de certification, nous examinons les paramètres qui jouent simultanément sur une augmentation de l'efficacité et une réduction de la stabilité, notamment la surface de la dérive et le centrage. En faisant cette évaluation dans le contexte d'avant-projet, nous aboutissons à des recommandations pour la conception de l'avion. La deuxième partie traite de la synthèse d'un correcteur robuste de type back-up. On utilise une technique de synthèse polytopique qui garantit les qualités de vol nécessaires sur une large plage de centrages. Cette approche multi-objectif a pour but de limiter l'activité des actionneurs (critère Hinf) ainsi que de maximiser la positivité du système en boucle fermée pour garantir la stabilité en présence des saturations. Nous calculons les domaines d'attraction correspondants et proposons de synthétiser un correcteur de type anti-windup pour améliorer la performance du système saturé. Finalement, une dernière partie traite des gains que l'on peut attendre avec les concepts d'avion à stabilité réduite. Sous quelques hypothèses, nous estimons les gains en masse, traînée et consommation de carburant pour démontrer l'intérêt des outils développés et de l'approche choisie. In the ongoing competition for enhanced efficiency, major airplane manufacturers tend to incorporate a reduced flight dynamic stability or even instability in civil aircraft design. This allows for the installation of smaller vertical and horizontal stabilizers or a wider range of allowable center of gravity positions. As a consequence, the natural aircraft does not necessarily meet the handling quality requirements for certification. It can even be completely uncontrollable when stability augmentation systems fail. In that case, an autonomously operating back-up system has to guarantee minimum flying qualities. Two overarching objectives define the road map for this dissertation. The first part deals with the assessment of the impact of reduced stability on airplane flight mechanics and dynamics. Within the context of certification requirements the influence of efficiency enhancing parameters that reduce stability has to be examined. Special focus is laid on the size of the vertical tailplane, and therewith on criteria linked to the minimum control speed VMC, as well as on aft center of gravity positions. An optimization of these parameters leads to a degradation in handling quality or a violation of certifying criteria which needs to be quantified at an early (future project) planning phase in order to timely incorporate design recommendations. Methods and tools enabling this assessment are presented. The second part addresses the design of a robust static back-up control law for the naturally unstable airplane. The operational demands of this back-up system are sophisticated due to the considered degree of natural instability. The design is based on a polytopic (multi-model) technique assuring minimum handling qualities over a wide range of center of gravity positions in the presence of actuator saturations. The corresponding stability domains are computed and an anti-windup control scheme to enhance performance is presented. The final control law is validated with a three-axis nonlinear simulator. An additional third part sets out to demonstrate that the potentials of reduced stability in civil transport aviation are assessable (under certain assumptions) with the developed methods and tools at an early stage. The estimated gains in mass, drag, and fuel consumption of the unstable aircraft in combination with the back-up controller are presented.
  • No references.
  • No related research data.
  • No similar publications.

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