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École de technologie supérieure

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PLAN DE COURS

Automne 2024
MGA804 : Stabilité et commande de vol Fly-by-wire (3 crédits)





Préalables
Aucun préalable requis




Descriptif du cours
Au terme de ce cours, l’étudiante ou 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 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, etc...).




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



Coordonnées du personnel enseignant le cours
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Georges Ghazi Activité de cours Georges.Ghazi@etsmtl.ca A-3636



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 une plateforme de simulation sur Matlab/Simulink. Des études comparatives entre les différentes techniques seront réalisées. Les logiciels utilisés pour l’implantation seront Matlab, Simulink et FlightGear (pour la visualisation de l'avion).

 




Évaluation

  

 

Activité Description %
1 Examen intra 40 %
2 Devoir à rendre 20 %
3 Projet intégrateur 40 %

 




Dates des examens intra
Groupe(s) Date
1 28 octobre 2024



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 7.2.5/ cycles supérieurs, article 6.5.2) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignante ou 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 une évaluation

Afin de faire valider une absence à une évaluation en vue d’obtenir un examen de compensation, l’étudiante ou l’étudiant doit utiliser le formulaire prévu à cet effet dans son portail MonÉTS pour un examen final qui se déroule durant la période des examens finaux ou pour tout autre élément d’évaluation surveillé de 15% et plus durant la session. Si l’absence concerne un élément d’évaluation de moins de 15% durant la session, l’étudiant ou l’étudiante doit soumettre une demande par écrit à son enseignante ou enseignant.

Toute demande de validation d’absence doit se faire dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de l’évaluation, sauf dans les cas d’une absence pour participation à une activité prévue aux règlements des études où la demande doit être soumise dans les cinq (5) jours ouvrables avant le jour de départ de l’ÉTS pour se rendre à l’activité.

Toute absence non justifiée par un motif majeur (voir articles 7.2.6.1 du RÉPC et 6.5.2 du RÉCS) entraînera l’attribution de la note zéro (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 étudiantes et les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (www.etsmtl.ca/a-propos/gouvernance/secretariat-general/cadre-reglementaire/reglement-sur-les-infractions-de-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 tous les membres de la communauté étudiante sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).

Systèmes d’intelligence artificielle générative (SIAG)
L’utilisation des systèmes d’intelligence artificielle générative (SIAG) dans les activités d’évaluation constitue une infraction de nature académique au sens du Règlement sur les infractions de nature académique, sauf si elle est explicitement autorisée par l’enseignante ou l’enseignant du cours.



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/