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Développement d'un modèle mathématique permettant de générer des données de performance pour un système de gestion de vol

Beulze, Benoit (2017). Développement d'un modèle mathématique permettant de générer des données de performance pour un système de gestion de vol. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Ce projet de recherche présente une méthode de calcul des bases de données de performance aéronautiques. L’objectif du projet est de tester si un modèle mathématique peut générer des paramètres de performance avec assez de précision pour être utilisées dans les systèmes de gestion de vol des avions commerciaux. L’étude se limite à la descente à vitesse conventionnelle/nombre de Mach constant et vitesse verticale constante.

Les paramètres de performance générés par le modèle sont la vitesse propre, la vitesse conventionnelle, le nombre de Mach, l’angle de pente et l’angle d’incidence. Ils sont calculés à l’aide d’un modèle mathématique basé sur les équations du mouvement de l’avion. À ce modèle mathématique s’ajoute un modèle géométrique, aérodynamique et propulsive spécifiques à l’avion considéré. Trois modèles sont testés dans ce projet : le premier est à poids constant et utilise un modèle aérodynamique complet, le second utilise un modèle aérodynamique simplifié et le troisième considère l’évolution du poids dû à la consummation de carburant.

L’avion utilisé dans le cadre de cette étude est le biréacteur d’affaire Cessna Citation X. La validation s’effectue à l’aide d’un simulateur de vol dont la dynamique de vol est certifiée au plus haut niveau par la FAA. Les essais sont réalisés sur une large gamme de configurations de poids et centre de gravité ainsi qu’à plusieurs conditions vitesse conventionnelle/Mach et vitesse verticale.

Les résultats pour le modèle à poids constant utilisant un modèle aérodynamique complet sont proches des données d’essais en vol avec une tolérance maximale définie pour correspondre aux critères de la FAA. Le modèle utilisant une aérodynamique simplifiée n’est pas précis pour l’angle d’incidence, ceci étant lié au modèle aérodynamique utilisé. Le modèle à poids variant présente une précision dégradée par rapport au modèle au poids constant due au fait que le débit de carburant est mal estimé. Cette lacune est provoquée par un modèle propulsif peu adapté aux vols en descente et il est difficile de conclure sur le modèle mathématique dans ce cas-ci.

Titre traduit

Development of a mathematical model to generate performance data for a flight management system

Résumé traduit

This research project presents a calculation method for aeronautical performance databases. The objective of the project is to test if a mathematical model can generate performance parameters with the precision required to be used in flight management systems embedded in commercial airplanes. The study is limited to a descent at constant calibrated airspeed or Mach number and constant vertical speed.

The performance parameters generated by the model are the true airspeed, the calibrated airspeed, the Mach number, the flight path angle and the angle of attack. They are calculated with a mathematical model based on the equations of motion of the airplane. A geometrical, aerodynamic and propulsion model related to the airplane studied is added to this mathematical model. Three models are tested in this project: the first is weight-invariant with a complete aerodynamic model, the second uses a simplified aerodynamic model and the third is weight-variant and takes into account changes in weight relative to fuel consumption.

The aircraft used in this research is the two-engine business jet, the Cessna Citation X. Validation is achieved using a flight simulator with the most highly certified flight dynamics by the FAA. The tests are performed on a large set of configurations in regard to weight and center of gravity and at different speed/Mach and vertical speed conditions.

The results for the weight-invariant with a complete aerodynamic model are close to the flight test data with a maximum tolerance set to match with the FAA requirements. The model using a simplified aerodynamic model is not precise for the angle of attack, attributable to the use of the simplified aerodynamic model. The weight-variant model yields less accurate results than the weight-invariant model due to a poor estimation of the fuel flow. This deficiency is caused by the use of a propulsion model thinly adapted to the descent phase and it is difficult to conclude on the mathematical model in this case.

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 107-108.
Mots-clés libres: Systèmes de guidage (Vol) Rendement Modèles mathématiques. Systèmes de guidage (Vol) Bases de données. Avions de ligne. Avions Essais en vol. Avions Simulateurs de vol. modélisation, performance, système de gestion de vol
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Botez, Ruxandra
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 17 nov. 2017 20:15
Dernière modification: 17 nov. 2017 20:15
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1963

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