Gestion automatisée de l’énergie d’un avion de transport civil : application aux phases de descente et d’approche

Integrated energy management for civil transport aircraft : Application to the descent and approach phases

• Auteur / Autrice : Mickael Lefebvre
• Direction : Caroline Bérard, Frank Jouhaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Soutenance le 16/05/2012
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Systèmes (Toulouse ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut supérieur de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse, Haute-Garonne). Département mathématiques, informatique, automatique
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Equipe d'accueil doctoral Commande des systèmes et dynamique du vol (Toulouse, Haute-Garonne)
• Jury : Président / Présidente : Eric Feron
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Feron, Franck Cazaurang, Joël Quinqueton, Dieter Schmitt, Florian Constans
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Franck Cazaurang, Joël Quinqueton, Dieter Schmitt

Mots clés

Mots clés contrôlés

Automatisation

Systèmes homme-machine

Véhicules spatiaux -- Systèmes de guidage

Mots clés libres

Gestion énergie

Guidage et contrôle

Allocation actionneurs

Optimisation

Stabilisation

Performance avion

Interface homme-Machine

Energy management

Guidance and control

Actuator allocation

Optimization

Stabilization

Aircraft performance

Human-Man interface

Résumé

La première année de thèse a permis de mettre en avant deux aspects concernant la problématique de gestion de l’énergie, à savoir le contrôle court terme et le contrôle long terme de l’énergie respectivement. La première problématique a été étudiée pendant la deuxième année de thèse et a débouché sur la proposition d’une architecture de contrôle multi-actionneurs utilisant les moteurs et les aérofreins dans l’objectif d’augmenter l’autorité de contrôle de l’énergie de l’avion. La seconde problématique a été étudiée pendant la troisième année et a débuté par une étude préliminaire reposant sur le calcul d’une séquence optimale de commandes des becs/volets et train d’atterrissage permettant d’amener l’avion à un certain niveau d’énergie en approche tout en minimisant l’utilisation des moteurs et des aérofreins. Par la suite, l’étude a été étendue afin de prendre en compte la régulation des moteurs, l’utilisation des aérofreins et la modification de la trajectoire verticale. Finalement,une solution basée sur un calcul d’optimisation a été développée puis intégrée au sein d’un simulateur de bureau temps-réel, testée avec une interface homme machine adéquat et pour finir présentée à des pilotes d’essais pour validation.

The first year of thesis allowed to foreground two aspects of the energy management issue,namely the short term control and the long term control, respectively. The first issue was studied during the second year and ended with the proposition of a solution mixing both the airbrakes and engines. The second and last issue started with a preliminary study which consisted of computing an optimal slat/flap command sequence bringing the aircraft to theright energy level in approach while minimizing the use of engines and airbrakes. Then, this study was extended in order to take into account the regulation of engines and airbrakes aswell as vertical trajectory modification. Finally, this optimization-based solution has been integrated within an accurate real-time desktop simulator, tested with a human-machine interface, and then presented to flight test pilots for validation.