Spécification de lois de commande pour hélicoptères orientée Qualités de Vol - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2015

Designing helicopter control laws with Handling Qualities objectives

Spécification de lois de commande pour hélicoptères orientée Qualités de Vol

Résumé

However, following this previous study, initializing efficiently the procedure appears to be fundamentally important for the speed of the tuning process. Then, a methodology to initialize the gains is developed, through the creation and the efficient usage of new Flying Qualities-based charts for equivalent simplified models. Thanks to these charts, we can quickly get a set of tunings in accordance with Flying Qualities requirements. These charts offer a wide variety of sets in the space of proper tunings, but these tunings are not necessarily satisfactory, at least from energetic and uncoupling points of view. In order to improve the efficiency of the initial tuning, two additional constraints are taken into account. Thus, an uncoupling criterion and an energetic criterion are developed. Then, the methodology to generate and use the charts is improved by including these two new constraints. Thanks to a fast evaluation, we can see that the usage of the chart is not enough to obtain a final satisfying tuning. Thus, a complete full procedure of tuning is proposed. It is a direct procedure with three main steps : initialization, linear adjustment and non linear adjustment. Each step is evaluated and validated. The full procedure is evaluated and validated as well. A full study is led and highlights the value of using such a methodology. As a demonstration, the final gains obtained are implemented on a simulator. This thesis has permitted the development of the first full and direct procedure of tuning of helicopters control laws taking into account Flying Qualities, energetic and uncoupling criteria. Besides the remar- kable time gained for the tuning process, significant improvements in Handling Qualities can be noticed during piloted simulations with the gains integrating requirements from ADS-33. Among the possible perspectives, it should be interesting to : keep developing EagHEL, extend the charts to others control laws, and lead evaluations with test pilots on a simulator.
Ces travaux s'inscrivent dans le domaine de l'étude des lois de commandes de vol pour hélicoptères, telles qu'elles sont implémentées sur les engins actuels. Les automaticiens doivent régler les gains de ces lois de manière à respecter au mieux les exigences de Qualités de Pilotage extraites des normes ADS-33 (Aeronautical Design Standards). La norme traduit ces exigences en termes de critères de Qualités de Vol, utilisés dans ce cadre. Ces critères permettent d'évaluer la qualité de la stabilité de la machine, la qualité de l'agilité de la machine, et la qualité du suivi des consignes du pilote par la machine. Ces trois critères traduisent la pilotabilité de l’hélicoptère pour un pilote moyen de référence. Mise à part une technique d’optimisation interactive développée à la NASA depuis 40 ans, il n'existe pas de méthode appropriée à ce problème. Les réglages sont donc effectués de manière empirique et itérative. L'ONERA aborde cette question via une approche méthodologique structurée. L'objectif de la thèse consiste à développer cette méthodologie de manière à gérer deux contraintes supplémentaires par rapport aux capacités des méthodes de synthèse classiques en automatique. La première est la capacité à prendre en compte la structure contrainte des lois de commande. La seconde concerne les exigences spécifiques en terme de Qualités de Vol selon la norme ADS-33. La première méthode développée consiste en une technique d'amélioration des Qualités de Vol par analyse de sensibilités entre les gains et les critères. Pour cela, un outil d'aide au réglage des lois de commande pour hélicoptères prenant en compte des critères de Qualités de Vol est développé : EagHEL (Environment for designing and AdjustinG HelicoptEr flight control Laws). Grâce à lui, l'étude de sensibilités est facilitée. Le bilan qui s'ensuit permet d'établir des guides de réglage. Ces guides sont ensuite utilisés pour améliorer les Qualités de Vol. Cette première technique apporte une aide remarquable à l'amélioration locale des Qualités de Vol lors des réglages menés. Suite à cette étude, il apparait cependant que l'initialisation du réglage revêt une importance fondamentale quant à la rapidité du réglage. Ainsi, une méthodologie d'initialisation des gains est proposée, via la création et l'utilisation efficace de nouveaux abaques de Qualités de Vol pour modèles équivalents simplifiés. Ces abaques permettent d'obtenir rapidement un ensemble de réglages respectant un ensemble de contraintes de Qualités de Vol. Cependant, l'abaque offre un choix large dans le champ de réglages adéquats, sans pour autant obtenir systématiquement des résultats satisfaisants par la suite, d'un point de vue énergétique et découplage notamment. Afin d'améliorer l'efficacité de ce réglage initial, deux contraintes supplémentaires sont prises en compte. Un critère de découplage et un critère énergétique sont ainsi développés. Puis la méthodologie de génération et d'utilisation des abaques est améliorée en intégrant ces deux nouvelles contraintes. Une rapide évaluation permet de constater que l'utilisation de l'abaque seule ne permet pas d'obtenir un réglage final satisfaisant. Un processus complet de réglage est donc proposé. C'est un processus direct possédant trois étapes principales : initialisation, ajustement linéaire et ajustement non linéaire. Chaque étape est évaluée puis validée. Le processus complet est également évalué et validé. Une étude complète est menée et met en évidence l'intérêt de recourir à une telle méthodologie. A titre de démonstration les réglages obtenus sont implémentés sur simulateur. Cette thèse a permis le développement du premier processus complet et direct de réglage des gains de lois de commande de vol pour hélicoptères intégrant des critères de types Qualités de Vol, énergétique et découplage. Outre le gain remarquable en temps de réglage, une amélioration notable des qualités de vol est remarquée en simulation pilotée avec les gains intégrant des contraintes issues des normes ADS33. Parmi les perspectives envisageables, on peut citer : continuer le développement de EagHEL, étendre les abaques à d’autres lois de pilotage, évaluer l'intérêt des réglages par des pilotes d'essais sur simulateur.
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Dates et versions

tel-01234941 , version 1 (11-12-2015)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01234941 , version 1

Citer

J.C. Antonioli. Spécification de lois de commande pour hélicoptères orientée Qualités de Vol. Physique de l'espace [physics.space-ph]. AIX MARSEILLE UNIVERSITE, 2015. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01234941⟩

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