Estimation en temps réel des modes souples des voilures de grande dimension

par Patrice Michel

Thèse de doctorat en Traitement du signal

Sous la direction de Jean-Yves Tourneret.

Soutenue en 2003

à Toulouse, INPT .

mots clés

• Estimation en temps réel
• Avions souples
• Algorithmes adaptatifs
• Algorithmes de poursuite
• Kalman, Filtrage de
• Avions -- Stabilité
• Aéronautique

Résumé

Dans le domaine aérospatial, les vibrations d'une voilure sont un problème critique de stabilité. Elles peuvent mettre en jeu l'intégrité de la structure, réduire ses performances et nuire à la qualité du vol. Elles ont aussi pour conséquence l'excitation de modes mal amortis qui limitent les performances des lois de commandes fondées sur un modèle rigide de l'avion modifiant ainsi sa dynamique globale. Il y a peu de temps encore, la rigidité des voilures assurait un découplage fréquentiel entre les modes structuraux et les modes de pilotage. Des contraintes technico-économiques amènent les constructeurs aéronautiques à développer des avions légers de grande envergure. Ainsi, la conception des avions gros porteurs à structure flexible conduit à avoir ces deux ensembles de modes qui ne sont plus à support disjoint. Dans un tel contexte, il devient difficile de ségréguer chacun de ces modes sans nuire à la manœuvrabilité de l'avion, ce qui conduit à envisager des solutions alternatives. L'estimation en temps réel des modes souples des voilures de grande dimension est le sujet de cette thèse. Son objectif est de proposer un algorithme temps réel capable d'estimer la fréquence, l'amplitude et éventuellement la phase des modes présents à l'instant courant avec les exigences liées au calcul embarqué et des contraintes industrielles.

Titre traduit

Flexible modes real time estimation for big size aerofoils

Résumé

In the aeronautics, the vibrations of an aerofoil can create a critical problem of stability. Aerofoils can even destroy the structure of the plane or simply reduce the quality of the flight. They can also have as a consequence the excitation of badly damped modes which can reduce the performance of laws of orders (based on a rigid model of the plane modifiyng its global dynamics). No long time ago, the rigidity of the aerofoils ensured a frequential decoupling between the structural modes and the piloting modes. Technico-economic constraints lead the aeronautical manufacturers to develop light planes of great scale. Thus, the design of large planes with flexible structure resulted in having these two sets of modes at similar frequencies. In such a context, it becomes difficult to separate the different modes without limiting the maneuvrability of the plane. As a consequence, alternative solutions have be studied. The objective of this thesis is to propose a real time algorithm able to estimate frequencies, amplitudes and possibly the phases of modes with the requirements related to embarked calculation under industrial constraints.