Comportement d'un projectile en vol libre : modélisation LPV et analyse de sensibilité

par Dawid Machala

Thèse de doctorat en Automatique, Traitement du signal et des images, Génie informatique

Sous la direction de Marion Gilson et de Floriane Anstett.

Le président du jury était Edouard Laroche.

Le jury était composé de Marion Gilson, Floriane Anstett, Michel Basset, Sergei Kucherenko, Marie Albisser.

Les rapporteurs étaient Michel Basset, Sergei Kucherenko.


  • Résumé

    Les essais en vol libre peuvent être considérés comme une référence pour l'étude du comportement d'un projectile en vol, puisque la caractérisation aérodynamique se base sur des données mesurées dans des conditions de vol réelles. Néanmoins, cette détermination est entièrement conditionnée par le cadre expérimental qui peut introduire plusieurs sources d’incertitude telles que les conditions initiales de vol ainsi que les coefficients aérodynamiques partiellement connus. Par ailleurs, la structure non linéaire du modèle, bien qu’adaptée pour la description et l’identification du comportement aérodynamique, est différente de celle utilisée généralement pour la conception des boucles de pilotage. Ainsi, l'intérêt repose sur le développement d'un modèle commun et exploitable quel que soit l'objectif de l'étude. Dans ce contexte, deux contributions principales sont apportées dans cette thèse. • Une nouvelle structure de modèle a été suggérée. Les équations non linéaires ont été transformées en forme quasi-LPV dans un repère non-tournant, similaire aux structures utilisées dans les études GNC. Cette méthode, réduisant le temps de calcul pour des projectiles gyrostabilisés tout en conservant la description complète du comportement d'un projectile en vol, s'avère ainsi adaptée. • L’influence des incertitudes sur le modèle quasi-LPV a été examinée à travers l’analyse de sensibilité globale du modèle, en déterminant ses paramètres influents et non-identifiables. Cette analyse a permis de mieux comprendre son comportement physique et de guider les études de sauvegarde effectuées en amont des essais en vol.

  • Titre traduit

    Free-Flight Projectile Behaviour : LPV modelling and global sensitivity analysis


  • Résumé

    Free-flight experiments can be considered as a realistic source of aerodynamic data-based knowledge, since the behaviour of a projectile is observed under real flight conditions. However, the experimental framework introduces several sources of uncertainty: the initial flight conditions are unknown, and only an initial guess of aerodynamics of the projectile is available. Additionally, the nonlinear model structure used in identification of aerodynamic behaviour is different from the structures typically used in guidance and navigation activities, which necessitates switching between model structures---depending on the task at hand. Such a setting lays the groundwork for the following main contributions developed in the thesis: • A novel model structure is proposed: the nonlinear model equations are transformed into a quasi-LPV structure in a non-rolling reference frame. The new structure resembles the ones used in guidance and navigation activities, while preserving the projectile's nonlinear behaviour. It is also much faster in computation time for the case of spin-stabilised projectiles, making it more efficient for simulations. • Influence of the aforementioned uncertainties on the quasi-LPV model was assessed using global sensitivity analysis: it has allowed to determine which parameters of the model can be deemed non-identifiable, and to gain further insight into the physical behaviour of the quasi-LPV model. These developments could be used in future safety analysis preceding the flight tests.


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