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Identification d'un modèle global linéarisé de la dynamique de vol du Cessna Citation X à partir d'essais en vol

Hamel, Clément (2014). Identification d'un modèle global linéarisé de la dynamique de vol du Cessna Citation X à partir d'essais en vol. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Un élément clé dans l’amélioration des avions est la disponibilité de modèles précis permettant la synthèse de contrôleurs pour l’amélioration des commandes de vol ou la conception de nouveaux dispositifs aérodynamiques. Ces modèles peuvent être obtenus par des essais en soufflerie, dynamique numérique des fluides et l’identification d’essais en vol.

Cette étude consiste en l’identification d’un modèle de l’avion d’affaire américain Cessna Citation X, depuis la réalisation des essais en vol à la validation des modèles identifiés. Les essais en vol furent effectués sur un simulateur de recherche SimFinity™ conçu et fabriqué par CAE Inc. qui dispose d’une dynamique de vol de niveau D. Le niveau D est le plus haut niveau de précision décerné par la FAA, l’autorité fédérale de réglementation de l’aviation civile aux États-Unis.

Plus de 1.000 essais en vol furent réalisés pour différentes configurations en vitesse (140 à 240 noeuds), altitude (10.000 à 46.300 pieds), masse (24.000 à 33.000 livres) et position longitudinale du centre de gravité (17% à 34% de la corde moyenne aérodynamique). Deux approches d’identification ont été utilisées : l’approche « boîte noire », dans laquelle le modélisateur n’utilise aucune information a priori sur le système étudié, et l’approche « boîte grise » où le modélisateur intègre au modèle ses connaissances mathématiques du système.

Les modèles identifiés ont été validés en utilisant une méthode simplifiée du « Proof Of Match » (POM) et les critères de niveau D de la FAA. Malgré des erreurs expérimentales, de bons résultats furent obtenus avec les deux approches. Notre expérience acquise avec la modélisation du Cessna Citation X et les résultats obtenus nous font cependant recommander l’approche « boîte grise » pour l’identification du modèle global d’un avion car elle permet l’estimation de paramètres ayant un sens physique.

Le modèle identifié du Cessna Citation X se trouve encore en phase de développement et pourrait être augmenté avec les modèles des systèmes de l’avion ou servir de base à un modèle de la dynamique de vol plus complexe. Le savoir-faire acquis avec les essais en vol effectués permettra sans aucun doute la réalisation de nouveaux essais en vol innovants plus adaptés à l’identification des systèmes. Les méthodes employées dans cette étude pourraient être utilisées pour l’identification du modèle des performances du Cessna Citation X. Ceci est le premier mémoire de maîtrise obtenu dans ce projet d’identification de modèles du Cessna Citation X à partir d’essais en vol.

Titre traduit

Cessna citation X flight dynamics linearized global model identification from flight test data

Résumé anglais

A key element in aircraft enhancement is the availability of accurate models allowing controller synthesis for flight controls enhancement or new aerodynamic device design. Those models can be obtained from wind tunnel tests, computational fluid dynamics and flight test identification.

This study concerns the Cessna Citation X business aircraft model identification, from flight tests achievement to identified model validation. Flight tests were carried out on a SimFinity ™ research simulator designed and manufactured by CAE Inc. and featuring a level D flight dynamics. The level D is the highest accuracy level discerned by the FAA, the United States civil aviation federal regulation authority.

More than 1,000 flight tests were conducted for different configurations in speed (140 to 240 knots), altitude (10,000 to 46,300 feet), mass (24,000 to 33,000 pounds) and longitudinal center of gravity position (17% to 34% of the mean aerodynamic chord). Two identification approaches were used: the “black box” approach, where the modeler has no prior knowledge of the system under study and the “grey box” approach where the mathematical understanding of the system is embedded by the modeler into the model.

The identified models were validated using a simplified Proof Of Match (POM) method and the level D FAA criteria. Despite experimental errors, very good results were obtained for both approaches. Nevertheless, based on the modeling experience and the results acquired on the Cessna Citation X, we believe that the “grey box” approach is more suitable for the global model identification of an aircraft because it allows the estimation of parameters which have a physical meaning.

The Cessna Citation X identified model is still under development and could be augmented by other aircraft systems’ models or used as a base for more complex flight dynamics models. The know-how acquired with the conducted flight tests will allow, without any doubt, the realization of new innovative flight tests optimized for system identification. The methods used in this study could be used for the identification of the Cessna Citation X performance model. This is the first Master thesis obtained in this project on the Cessna Citation X model identification from flight test data.

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 avec mémoire en génie aérospatial". Bibliographie : pages 181-186.
Mots-clés libres: Avions Identification Modèles mathématiques. Cessna (Avions) Avions Essais en vol. Aéronautique Ingénierie des systèmes. Identification des systèmes. modélisation, dynamique de vol
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Botez, Ruxandra
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 26 nov. 2014 19:36
Dernière modification: 26 nov. 2014 19:36
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1398

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