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Commande en boucle fermée sur un profil d'aile déformable dans la soufflerie Price-Païdoussis

Brossard, Jérémy (2013). Commande en boucle fermée sur un profil d'aile déformable dans la soufflerie Price-Païdoussis. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le but du projet ATR-42 est d’appliquer le concept d’ailes morphables en fabricant une maquette déformable en composites de l’aile de l’Avion de Transport Régional-42 pour diminuer sa trainée et améliorer ses performances aérodynamiques. Un système de commande-commande couplé à un mécanisme d’actionneurs sera chargé des déformations de la peau de l’aile. Cependant, pour obtenir les meilleurs résultats, la commande de ces déformations doit être étudié avec attention pour être le plus précis possible. Une double approche numérique-expérimentale est alors nécessaire.

La solution proposée dans ce mémoire porte sur la déformation contrôlée de l’extrados de l’aile de l’ATR-42. Une maquette déformable en composites de cette aile a été fabriquée puis testée en soufflerie pour évaluer ses performances aérodynamiques et servir de témoin-test aux essais. Un mécanisme de déformation, constitué de deux moteurs et de deux arbres à cames, a ensuite été conçu et intégré à l’intérieur de cette maquette pour obtenir les formes d’ailes optimales en fonction des différentes phases de vols. Une boucle de régulation en position a finalement été modélisée sous Matlab/Simulink et implanté expérimentalement pour commander le mécanisme.

Deux résultats ont été obtenus, le premier en régulation et le second en aérodynamique. La boucle de commande a permis de réaliser les déplacements souhaités de la peau avec une précision de 5%. Les déformations de l’extrados ont été réalisées par un système d’actionnement piloté par des moteurs, dont les limites de fonctionnement en alimentation étaient garanties par l’architecture de régulation. Les mesures de pressions appuyées par les simulations ont confirmées une réduction de la traînée induite par rapport au profil original de l’ATR-42, pour différentes conditions de vol.

Titre traduit

Closed loop control on morphing wing in the Price-Païdoussis wind tunnel

Résumé traduit

The purpose of the ATR-42 project is to apply the concept of morphing wings by fabricating a morphing composite wing model of the Regional Transport Aircraft-42 to reduce drag and improve the aerodynamic performance. A control-command system coupled to an actuator mechanism will morph the wing skin. However, for best results, the control of the deformation must be studied carefully to insure the precision. Thus, a dual digitalexperimental approach is required.

The solution proposed in this paper focuses on the controlled deformation of the upper wing of the ATR-42. A composite wing model with morphing capabilities was built and tested in the wind tunnel to evaluate its aerodynamic performance and serve as reference. A deformation mechanism, consisting of two engines and two camshafts, was subsequently designed and integrated within this model to obtain the optimum wing shapes according to the different flight condition. A control loop position was modeled in Matlab / Simulink and implemented experimentally to control the mechanism.

Two types of results have been obtained. The first set concerned regulation and the second concerned aerodynamics. The control loop has achieved the desired skin displacement with an accuracy of 5%. Deformations of the upper skin were performed by a actuation system driven by motors, limitations supply were assured by the regulation architecture. For several flight conditions, the pressure measurements, validated with simulation results, have confirmed a reduction of the induced drag, compared to the original ATR-42 airfoil drag reduction.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie électrique". Bibliographie : pages 183-185.
Mots-clés libres: Souffleries aérodynamiques. Pression Mesure. Avions Ailes. Avions Systèmes de commande. Avions Moteurs. actionnement, ATR-42, déformation, labview, Simulink, Xfoil, commande, régulation d’un moteur, déformation d’une aile
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de thèse
Botez, Ruxandra
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt: 12 nov. 2013 16:31
Dernière modification: 04 juill. 2014 00:11
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1211

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