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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours : Ouassima Akhrif


PLAN DE COURS

Automne 2021
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 Boeing 747. 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 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 Mercredi 18:00 - 21:30 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
4 heures
  Modèle dynamique de l’avion
  • Repères
  • Transformation d’Euler
  • Lois physiques
  • Équations dynamiques non linéaires
  • Équations dynamiques linéarisées
  • Dérivées de stabilité
4 heures
  Stabilité dynamique- Réponses temporelles et fréquentielles de l'avion
  • Modèles linéaires découplés longitudinal/latéral
  • Amortissement, fréquence
  • Modes phugoïde, période courte, mode roulis hollandais, roulis pur, spiral
  • Fonctions de transfert réduites de l'avion
7 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
  • Rappels sur les notions de commande classique
  • Design de stabilisateurs longitudinaux/latéraux (SAS, CAS)
  • Design d’autopilotes longitudinaux/latéraux
  • Applications pratiques 
6 heures
  Conception de lois de contrôle mutivariable – architecture moderne
  • Conception  de lois de contrôle moderne basées sur le modèle d'état
  • Commande par placement de pôles
  • Commande optimale
  • Design de stabilisateurs SAS-CAS
  • Design d’autopilotes avancés
6 heures
  Conception de lois de commande modernes - Applications pratiques
  • Design par placement de pôles de stabilisateurs SAS-CAS, autopilotes avancés
  • Design par commande optimale de stabilisateurs SAS-CAS, autopilotes avancés
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 avion en  utilisant AeroSim, un toolbox de Simulink. Des études comparatives entre les différentes techniques seront réalisées. Les logiciels utilisés pour l’implantation seront Matlab, Simulink et AeroSim.

 




Évaluation

  

 

Activité Description % Date de remise
  Examen intra 1 30 % 13 octobre 2021
  Examen intra 2 35 %     01 décembre 2021
  Projet intégrateur  35 %  
  Devoirs    

 




Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : http://etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Examens-finaux


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).



Plagiat et fraude
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/docs/ETS/Gouvernance/Secretariat-general/Cadre-reglementaire/Documents/Infractions-nature-academique ) 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

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.

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

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

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

 




Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

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