Modélisation du vol d'un avion souple en turbulence

The flight of the flexible aircraft in turbulence

• Auteur / Autrice : Philippe Costes
• Direction : Jacques Magnaudet, Jacques Mauss
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Turbulence

Analyse numérique

Avions -- Pilotage

Mots clés libres

Avion souple

Analyse modale

Aérodynamique

Aéroélasticité

Mécanique du vol

Turbulence

Analyse statistique

Flexible aircraft

Modal analysis

Aerodynamics

Aeroelasticity

Flight mechanics

Turbulence

Statistical analysis

Résumé

L'étude du vol d'un avion souple en turbulence fait intervenir différentes disciplines de la physique de l'avion : mécanique, théorie de la turbulence, aérodynamique, élasticité. On propose un développement théorique complet, faisant la synthèse des connaissances acquises dans chaque domaine d'intérêt. Grâce à des hypothèses simplificatrices sur le modèle aérodynamique, et une description modale de la dynamique structurale, le spectre des efforts engendrés par la turbulence est calculé. L'analyse montre que la turbulence transfère son énergie à la voilure : c'est le travail des forces de turbulence sur le déplacement modal qui engendre les efforts résultants. De plus, on établit que le mouvement rigide de l'avion n'est qu'un cas particulier de déplacement modal. Enfin, on trouve un couplage statistique entre les différents mouvements, qui exprime l'impossibilité d'isoler la contribution de chaque mouvement, dans le cas d'un vent dont on ne connaît que les propriétés statistiques.

The analysis of flight of the flexible aircraft in turbulence involves many parts of the physics of flight : mechanics, turbulence theory, aerodynamics, elasticity. The aim of the present work consists in a fully theoretical development, synthesizing the basic knowledge in every discipline. Due to simplifying assumptions on the aerodynamic properties, and a modal representation of the structural displacement, the spectra of the aerodynamic forces and moments generated by turbulence can be computed. The theory shows that turbulence transfers its energy to the wing : the resulting forces are due to the work of turbulence on the modal displacement. Furthermore, it is proved that the rigid movement is just a specific case of modal displacement. At last, a coupling effect is found between the relevant movements, which expresses the impossibility to isolate the contribution of a given movement when the wind input is not known, except to its statistical features.