Méthodologie d'optimisation aéroélastique actice d'une voilure de convertible : flottement gyroscopique

A methodology for aeroelastic optimization of tiltrotor aircraft by active control : whirl flutter

• Auteur / Autrice : Joerg Peter Mueller
• Direction : Christian Bès, Yves Gourinat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation, Méthodes de

Aérodynamique

Aéronefs

Flottement (aérodynamique)

Aéronautique

Mots clés libres

Aéronef convertible

Flottement gyroscopique

Contrôle aéroélastique

Stabilité aéroélastique

Simulation multicorps

Résumé

Un aéronef convertible à rotors basculants est soumis au flottement gyroscopique, instabilité aéroélastique en vol à grande vitesse qui pénalise la conception de l'appareil. Cette étude, dont l'objectif est le développement d'une méthode d'optimisation active, s'intègre dans les programmes de recherche d'Eurocopter. Un modèle multicorps a été construit, s'inspirant du convertible européen ERICA. Les algorithmes étudiés sont un contrôleur monovariable ainsi que deux contrôleurs multivariables de type Linéaire Quadratique Gaussien et Contrôle Prédictif Généralisé. Ils agissent sur le plateau cyclique à l'aide des commandes de vol électriques. Les résultats de la stabilité aéroélastique et du mécanisme de l'instabilité sont présentés. Les contrôleurs apportent une stabilisation notable, correspondant à un gain de vitesse critique pouvant atteindre 30%. Ainsi le travail pose des bases fiables pour développer et certifier les futurs convertibles avec contrôle aéroélastique intégré.

Tiltrotor aircraft are subject to an aeroelastic instability named whirl flutter which occurs in high speed flight and has adverse effects on the design of the aircraft. Having the objective of developing a methodology for active stability augmentation, the present work is part of a larger research program at Eurocopter. The study is based on a multibody simulation model inspired by the European concept ERICA. A single-input single-output controller and two multi-input multi-output algorithms of type Linear Quadratic Gaussian Control and Generalized Predictive Control have been studied. They are acting on the swashplate via the fly-by-wire control system. Results on open- and closed-loop behavior are presented. The controllers yielded a substantial gain in stability corresponding to an increase of flutter speed by up to 30%. The research constitutes therefore a sound basis for future development and certification of tiltrotor aircraft with integrated stability augmentation systems.