6 Documentation obligatoire - ÉTS

[pic] |Professeur | Michel Nadeau |
|(e): |Beaulieu |
|Session/ann| Hiver 2005 |
|ée: | |
|Groupe | 01 |
|(s) : | |
Département de génie de la production automatisée
Programme de baccalauréat
PLAN DE COURS |GPA740 - Systèmes informatiques embarqués |
| | | |
Encadrement
|Local |3754 |Courriel : |michel.nadeau-beaulieu.1@ens.e|
|: | | |tsmtl.ca |
|Tél.: |514-396-7647 |Disponibilité|En tout temps |
| | | : | |
Objectifs spécifiques
Le but de ce cours est de permettre à l'étudiant d'utiliser
efficacement les outils de simulation pour la commande des avions,
principalement avec Matlab. L'étudiant pourra concevoir des systèmes de
commande active sur les avions à commande électrique, des systèmes
avioniques de bord et de déterminer le comportement de l'avion vu par le
pilote et l'ingénieur; plus spécialement le niveau et les qualités de
vol de l'avion. À la fin du cours, l'étudiant devrait être capable de : . Reconnaître le comportement d'un avion en mouvement longitudinal et
latéral, calculer le type d'avion en fonction du poids, calculer les
qualités de vol et de maniabilité en fonction de la classe de vol, la
phase de vol, la fréquence et l'amortissement. Tous ces critères
sont très importants pour le pilote et l'ingénieur.
. Résoudre des problèmes de dynamique et de stabilité de l'avion.
Reconnaître aussi les problèmes des oscillations induites par le
pilote (PIO), liés aux systèmes de commande et aux qualités de vol du
pilote. Ces problèmes sont vitaux pour le pilote.
. Appliquer les méthodes de commande optimale sur des systèmes de
commande active, sur les avions à commande électrique tels que le
système d'allégement à une rafale et le système de confort des
passagers. Ces systèmes de commande active sont étudiés pour les
avions flexibles à commande électrique équipés avec des systèmes
actifs de commande.
. Résoudre des problèmes surtout liés à l'industrie aéronautique,
Bombardier Aéronautique (Département Sciences de Vol) et CAE
Électronique (Département Avionique).
Stratégies pédagogiques
. Chaque semaine aura lieu un cours magistral d'une durée de trois
heures réparties entre l'enseignement des principes de commande
propres au domaine aéronautique et leur mise en application à l'aide
des outils de commande tels que Matlab utilisés en industrie.
. Chaque semaine aura également lieu un laboratoire de trois heures
dédié à l'application des connaissances du logiciel Matlab aux
systèmes de commande des avions.
. Le projet et les travaux pratiques réalisés en dehors des heures de
cours et de laboratoire, permettront de mettre en pratique les
notions vues en classe. Contenu du cours
1er cours
Introduction à l'aérodynamique et aux avions
Introduction à l'aérodynamique
Types de l'écoulement de l'air. Soufflerie aérodynamique. La résistance
de l'air. La résultante aérodynamique sur une plaque inclinée.
Géométrie des profils d'aile : corde, angle d'attaque, allongement,
cambrure relative, la position de la cambrure maximale, le rayon de
courbure du bord d'attaque, l'épaisseur relative et la variation de
l'épaisseur le long de la corde. Classification des profils selon leur
ligne moyenne. Expression du coefficient de portance, coefficient de
traînée, finesse aérodynamique, polaire, rapport de la portance à la
traînée, position du centre de poussée, ou le coefficient de moment.
Dispositifs hypersustentateurs.
Introduction aux avions
Les régimes de vol : palier rectiligne uniforme, montée rectiligne
uniforme, descente rectiligne uniforme, en virage symétrique en palier.
Surfaces de commande. L'ordinateur des données de l'air ADC
À partir des données mesurées par les capteurs de pression à l'aide de
l'ADC, nous allons calculer les valeurs de l'altitude, le nombre de Mach
et la vitesse calibrée qui seront affichés sur les instruments du
tableau de bord d'un avion. Tracé et validation des graphiques de : 1)
la vitesse de son, 2) facteur de réduction de densité et 3) pression
statique vs l'altitude, 4) rapport des pressions vs nombre de Mach, 5)
pression dynamique vs la vitesse calibrée.
2ième cours
Équations de mouvement longitudinal de l'avion - solution exacte et
solution approximative
Le système des axes pour l'avion. Dérivation des équations de mouvement
de l'avion. Calcul des forces et des moments de l'avion par la loi de
Newton. Orientation et position de l'avion. Vitesse absolue en fonction
des angles d'Euler. Calcul des forces gravitationnelles et des forces de
propulsion. Théorie des petites perturbations. Calcul des dérivées de
stabilité.
Solution exacte et approximative de la stabilité longitudinale de
l'avion. Séparation du mouvement : 1) Période courte et 2) Période
longue. 3ième cours
Solution exacte et approximative de la stabilité latérale de l'avion.
Séparation du mouvement : 1) Roulis, 2) Roulis hollandais et 3) Spirale.
Classification des classes d'avions en fonction de leurs poids. Les
phases de vol des avions : terminales et non terminales. Calcul des
qualités de vol d'un avion en fonction de la fréquence et de
l'amortissement calculés de l'avion.
4ième cours
Stabilité statique de l'avion vue par le pilote : 1) Longitudinale, 2)
Directionnelle, 3) Latérale. Stabilité dynamique de l'avion vue par le
pilote : positive, neutre, négative. Modes dynamiques de mouvement de
l'avion vus par le pilote : 1) Période courte, 2) Période longue, 3)
Roulis, 4) Spirale et 5) Roulis hollandais. Caractéristiques des
systèmes en boucle ouverte vs boucle fermée.
Le mouvement statique longitudinal d'un avion vu par le pilote. La
mesure de la stabilité longitudinale - M? vue par le pilote. Les
dérivées de stabilité longitudinales Mq et M? vues par le pilote. 5ième cours
Stabilité dynamique longitudinale de l'avion vue par le pilote : 1)
Période longue et 2) Période courte. Réponses dynamiques
longitudinales vues par le pilote.
Dérivées de stabilité latérale directionnelle vues par le pilote : 1)
Stabilité directionnelle N? ( Moment de lacet dû à l'angle de glissade
? ), 2) Dérivées d'amortissement Nr et Lp , 3) L'amortissement de roulis
Lp (Moment de roulis dû au taux de roulis p ), 4) Dérivées de couplage
L?, Lr et Np , 5) L'effet dièdre L? (Moment de roulis dû à l'angle de
glissade ? ), 6) Roulis dû au taux de lacet Lr , 7) Lacet dû au taux de
roulis Np.
Dérivées de couplage de commande : 1) Moment de roulis dû aux entrées de
commande de roulis L?a, 2) Moment de lacet dû aux entrées de commande de
lacet N?r, 3) Moment de lacet dû aux entrées de commande de roulis N?a,
4) Moment de roulis dû aux entrées de commande de lacet L?r
Stabilité statique directionnelle vue par le pilote.
Stabilité dynamique latérale directionnelle vue par le pilote. 6ième cours
Vibration libre d'un système non amorti. Solution du mode normal.
Méthodes de commande classique :
Méthode de placement des racines (Single pole placement) et 2) Méthode
de placement des 2 racines.
Méthode des valeurs propres : Exemples 1 et 2.
Le lieu des racines : Théorie et 6 exemples. Étapes pour la
construction de lieu des racines.
7ième cours
Examen intra semestriel
8ième cours
Introduction aux systèmes de commande des avions : 1) Le lieu des
racines, 2) La stabilité du système, 3) Racines, zéros et asymptotes du
système en boucle fermée, 4) Spécifications dans le domaine du temps, 5)
Méthode de résolution par l'espace d'état : Contrôlabilité et
Observabilité
9ième cours
Exemples de stabilité, commande de l'avion et l'influence des rafales.
Théorie sur des rafales rectangulaires, rafales 1-cosinus et rafales
instationnaires. Exemples : 1) Le facteur de charge dû à une rafale
maximale statique pour le Lockheed Jetstar, 2) Théorie du mouvement de
roulis pur en domaine temporel et fréquentiel 3) Vitesse de roulis par
le DC-8, 4) Variation dans l'angle de roulis de l'avion dû à
l'application d'un impulse, 5) Réponse d'un avion sous une contrainte de
roulis pure. 10ième cours
Exemples de stabilité, commande de l'avion et l'influence des rafales
(suite). Exemples : 6) L'amplitude et l'angle de DC-8 suite à
l'application d'une déflexion d'angle de l'aileron de 50, 7) Valeurs et
vecteurs propres du mouvement latéral de l'avion, 8) Approximation de
roulis hollandais afin d'estimer la dynamique latérale directionnelle
d'un avion DC-8 dans un vol de croisière, 9) Mouvement de roulis pur
pour un avion en virage stationnaire vers la gauche avec angle de roulis
de 300 du DC-8, 10) Réponse de l'angle de roulis par rapport à l'entrée
donnée de la déflexion d'angle de l'aileron du DC-8, 11) L'approximation
simplifiée du mode de roulis hollandais du DC-8, 12) Retour de la
vitesse de lacet dans la matrice de gain afin d'