Optimisation et simulation de l'aile de l'UAS-S45 de Hydra Technologies, ainsi que le développement du simulateur de vol du Raptor de Tristar Multicopters

Longtin-Martel, Simon (2022). Optimisation et simulation de l'aile de l'UAS-S45 de Hydra Technologies, ainsi que le développement du simulateur de vol du Raptor de Tristar Multicopters. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Ce mémoire explique la méthodologie utilisée dans l’implantation numérique d’un système d’aile déformable dans un simulateur de vol pour le Hydra Technologies UAS-S45 ainsi que la création d’un simulateur de vol pour un appareil télépiloté atypique de Tristar, le Raptor, un tricoptère. Des processus d’optimisation sont utilisés pour tenter de déterminer comment optimiser les profils aérodynamiques de l’aile du UAS-S45

Plusieurs techniques sont utilisées pour modéliser le comportement d’une aile déformable, certaines avec plus de succès que d’autres. Il est démontré que l’utilisation de certains logiciels avec la méthode VLM ne permet pas d’obtenir des résultats reproductibles, ce qui fait en sorte que les processus d’optimisation peuvent avoir des problèmes avec l’interprétation des résultats et de leur convergence. La méthode VLM s’est pourtant montrée prometteuse avec la capacité de modéliser l’aile au complet et prendre en considération les tourbillons aux bouts d’aile tout en aillant un temps de calcul par itération raisonnable, celle-ci est délaissée au profit de la technique Xfoil.

La technique Xfoil est utilisée pour la modélisation d’un profil avec un bord d’attaque et de fuite déformés; cette modélisation est basée sur des techniques de déformation existantes. Ainsi, 2 techniques différentes de déformation de bord de fuite sont analysées, et 1 technique de bord d’attaque. Les moyens de modéliser ceux-ci sont expliqués, puis les diverses variables de déformations sont prises en considération, de façon à diminuer de façon graduelle leur nombre et obtenir une déformation pouvant améliorer la performance de l’UAS-S45.

Un simulateur pour le Tristar Raptor est créé de façon à modéliser le comportement d’un tricoptère et de simuler plusieurs phénomènes dans une simulation, y compris sa cinématique sur le sol, c’est-à-dire que l’appareil puisse toucher au sol et réagir de façon réaliste à ce dernier; en plus, une visualisation de la dynamique de vol dans le logiciel FlightGear est possible, ainsi que des différents modes de contrôle adaptés aux appareils télépilotés.

Un simulateur de l’UAS-S45 est bonifié de façon à y inclure divers nouveaux modules. Un premier module consiste à ajouter au simulateur la visualisation et la cinématique au sol, cette dernière étant différente de celle du Tristar Raptor, et finalement y intégrer l’aile à profil déformable déterminé pour optimiser sa performance en vol.

Titre traduit

Optimisation and simulation of a Hydra Technologies UAS-S45 morphing wing and development of a Tristar Multicopters’ Raptor flight simulator

Résumé traduit

This thesis explains the design of a morphing wing within a flight simulator for the Hydra Technologies UAS-S45. It also explains the development of another simulator, this one for the atypically configured Tristar Raptor, a tricopter. During the morphing wing development process, different optimisation algorithms were developed with the aim to find the best.

Among the software used to simulate the morphing wing, some of them were found to be less suitable to the optimisation process than others. The VLM software demonstrated that it could not produce reproducible results and was therefore rejected for use in the optimisation algorithm, because variable results for the same input may negatively affect the optimisation algorithm. The VLM method was firstly used for its ability to model the whole wing and its vortices, while it still had a reasonable solving time per iteration. Since it was found to be unsuitable, VLM was therefore replaced by the Xfoil software.

Xfoil is applied on an airfoil with a drooping leading edge and a morphing trailing edge, and their shapes are inspired by existing morphing techniques. Therefore, 2 different trailing edge morphing, as well as a single droop nose leading edge technique are investigated. This thesis defines how each new airfoil is parameterized and how the number deformation variables are reduced to find the best shape that would increase the overall aircraft performance.

A simulator for the Tristar Raptor is produced to model the flight performance of a tricopter and to consider other in-flight effects that may normally affect any multicopter type aircraft, including its kinematics with the ground. Such kinematics mean that the tricopter can takeoff and land on the ground in a physics-based simulation environment. The whole flight simulation MATLAB model was integrated with the FlightGear software to enable the tricopter flight dynamics visualisation, and different types of flight controls are in the simulator.

An existing UAS-S45 simulator was also improved, including similar visualisation and kinematics with the ground as for the Raptor; the kinematics method it different; the morphing wing systems are developed; thus, it is possible to simulate in real-time the morphing UASS45 and compare its results with those of the baseline UAS-S45.

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". Comprend des références bibliographiques (137-147).
Mots-clés libres:	aile déformable, optimisation, simulation, aérodynamique
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Botez, Ruxandra
Codirecteur:	Codirecteur Wong, Tony
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie aérospatial
Date de dépôt:	12 oct. 2022 15:24
Dernière modification:	12 oct. 2022 15:24
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3087

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