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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours :

Ouassima Akhrif

PLAN DE COURS

Automne 2018
MGA804 : Stabilité et commande de vol Fly-by-wire (3 crédits)

Préalables
Aucun préalable requis

Descriptif du cours
Au terme de ce cours, l’étudiant sera en mesure :
• de distinguer les différentes parties de l’avion reliées à la mécanique de vol, incluant les surfaces de contrôle, les capteurs et les instruments de vol;
• d’appliquer les principes d’aérodynamique afin de déterminer la stabilité statique et réaliser le « trim » d’un avion;
• de développer des modèles dynamiques d’avion dans différents repères;
• de classer les qualités de manœuvrabilité de l’avion selon les normes aéronautiques;
• d’analyser et de concevoir les lois de commande modernes et les appliquer à des avions électriques (fly-by-wire) pour en assurer la stabilité et le contrôle dynamique.

Principes de la mécanique de vol. Surfaces de contrôle longitudinal et latéral. Stabilité et contrôle statique. Modèle dynamique de l’avion : équations de mouvement rigide, variables d’orientation et de position, forces et moments appliqués à l’avion. Linéarisation du modèle non linéaire : modèle longitudinal, modèle latéral. Qualités de manœuvrabilité : amortissement, dropback, marges de gain et de phase, largeur de bande, PIO. Lois de commande classique. Analyse de stabilité dynamique. Lois de commande moderne appliquées à des avions Fly-by-wire, Optimisation des gains des régulateurs. Échelonnement optimal de la commande sur l’enveloppe de vol.

Séances de laboratoire axées sur la simulation avec Simulink et Matlab. Simulation des dynamiques longitudinales et latérales du Boeing747. Simulation de lois de commande classiques et modernes sur ces modèles. Conception de pilotes automatiques pour le tangage (pitch controller) et la poussée (thrust controller).

Objectifs du cours

L’objectif du cours est d’apprendre aux étudiants comment :

Analyser le comportement statique et dynamique d’un avion
Développer le modèle non linéaire ainsi que que les modèles linéarisés longitudinal et latéral d'un avion
Classer les qualités de manoeuvrabilité d’un avion selon les normes aéronautiques
Concevoir des lois de commande classiques pour la stabilisation et le pilotage de l’avion
Développer des lois de commande modernes et les appliquer à des avions électriques (fly-by-wire) pour en assurer la stabilité et le contrôle dynamique.

Stratégies pédagogiques

Prestation hebdomadaire d’un cours magistral
Solutions de problèmes en cours
Projets et travaux de recherche en équipe
Devoirs à travailler et à remettre individuellement ou en équipe

Utilisation d’appareils électroniques

L’étudiant utilisera les logiciels et outils de calcul servant à la résolution de problèmes mathématiques complexes en ingénierie et à la visualisation des solutions (Matlab, Simulink, Excel, Calculatrice graphique, etc...).

Horaire

Groupe	Jour	Heure	Activité
01	Mardi	13:30 - 17:00	Activité de cours

Coordonnées de l’enseignant

Groupe	Nom	Activité	Courriel	Local	Disponibilité
01	Ouassima Akhrif	Activité de cours	Ouassima.Akhrif@etsmtl.ca	A-2575

Cours

Date	Contenus traités dans le cours	Heures
	Introduction Historique Définitions de base Atmosphère Nomenclature Forces et Moments aérodynamiques Surfaces de contrôle longitudinal et latéral	3 heures
	Équilibre et stabilité statique Équilibre statique Stabilité et contrôle statique longitudinal Point neutre Stabilité et contrôle statique latéral et directionnel	6 heures
	Modèle dynamique de l’avion Repères Transformation d’Euler Lois physiques Équations dynamiques non linéaires Équations dynamiques linéarisées Dérivées de stabilité	3 heures
	Stabilité dynamique- Réponses temporelles et fréquentielles de l'avion Modèles linéaires découplés longitudinaux/latéraux Amortissement, fréquence Mode phugoïde, période courte, mode roulis hollandais	6 heures
	Critères de qualité de vol Classification des phases de vol Critères longitudinaux Critères latéraux	3 heures
	Conception de lois de contrôle longitudinal/latéral– architecture classique Design de stabilisateurs longitudinaux/latéraux Design d’autopilotes longitudinaux/latéraux Exercices d’application	6 heures
	Conception de lois de contrôle mutivariable – architecture moderne Design de stabilisateurs SAS-CAS Design d’autopilotes avancés Introduction aux techniques de commande moderne	6 heures
	Conception de lois de commande modernes (3 heures) Commande de vol FBW Design par placement de pôles Design par commande optimale	6 heures
	Total	39

Laboratoires et travaux pratiques

PROJET INTÉGRATEUR

Les étudiants devront étudier et approfondir différentes lois de commande classique et avancée et les implanter sur le modèle d'un Boeing 747 en utilisant FlightSim un logiciel professionnel de simulateur de vol à voilure fixe de la compagnie Presagis. Des études comparatives entre les différentes techniques seront réalisées. Les logiciels utilisés pour l’implantation seront Matlab, Simulink, Visual Studio et FlightSim.

Évaluation

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Activité	Description	%	Date de remise
	Examen intra	35 %	30 octobre 2018
	Projet intégrateur	35 %
	Devoirs	15 %
	2 Quiz	15%

Dates des examens intra

Groupe(s)	Date
1	30 octobre 2018

Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles

Tout travail remis en retard pourra être refusé ou pénalisé selon les circonstances qui seront évaluées par l'enseignant.

Absence à un examen
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur de département. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note (0).

Infractions de nature académique
Les clauses du « Règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (https://www.etsmtl.ca/A-propos/Direction/Politiques-reglements/Infractions_nature_academique.pdf ) pour identifier les actes considérés comme étant des infractions de nature académique ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet. À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et les étudiants sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (https://www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).

Documentation obligatoire

Notes de cours développées par le professeur, disponibles sur le site Web du cours.

NELSON, R.C., Flight Stability and Automatic Control, McGraw-Hill, 1989.

Ouvrages de références

VEPA, R., Flight Dynamics, Simulation, and Control for Rigid and Flexible Aircraft, CRC Press, 2014.

COOK, M.V. Flight Dynamics Principales, B.M., 1997.

ANDERSON, J.D., Introduction to Flight, McGraw-Hill, 1997.

ETKIN, B., REID, L.D., Dynamics of Flight, Stability and Control, J. Wiley.

PHILIPS, W., Mechanics of Flight, J. Wiley.

STEVENS B.L., Lewis, F.L., Aircraft Control and Simulation, J. Wiley, 2003.

COLLISON, R.P.G., Introduction to Avionics, Chapman & Hall, 1996.

DE GOYNE, T. [et autres], Initiation à l’aéronautique, Cépaduès; 2005.

Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

Site du cours : https://ena.etsmtl.ca/