Identification des coefficients aérodynamiques d'un projectile à partir de mesures prises en vol

Identification of the aerodynamic coefficients of a projectile from flight data

• Auteur / Autrice : Hélène Demailly
• Direction : Patrice Bailly
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences industrielles
• Date : Soutenance le 15/12/2011
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies (Orléans ; 2009-2012)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Pluridisciplinaire de recherche en ingénierie des systèmes, mécanique et énergétique (Orléans ; 2008-....) - Institut Pluridisciplinaire de Recherche en Ingénierie des Systèmes, Mécanique et Energétique
• Jury : Président / Présidente : Alain Cimetière
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrice Bailly, Alain Cimetière, Alain Farcy, Luigi Garibaldi, Franck Delvare, Christophe Grignon, Settie Heddadj, Azeddine Kourta
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alain Farcy, Luigi Garibaldi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Charge aérodynamique

Vol

Projectiles

Mots clés libres

Identification des coefficients aérodynamiques

Projectile flèche

Identification of aerodynamic coefficients

Kinectic energy projectile

Résumé

La maîtrise du comportement en vol d’un projectile est, en partie, conditionnée par la connaissance des coefficients associés à chaque effort aérodynamique. Différents outils sont utilisés dans l’industrie, tels que les codes numériques aérodynamiques ou les essais en soufflerie, afin d’obtenir une première estimation des coefficients en phase d’avant-projet. Il est ensuite nécessaire de vérifier la valeur des coefficients et de valider le comportement du projectile en vol au moyen de tirs instrumentés. Un outil automatisé est donc proposé afin d’identifier les coefficients aérodynamiques d’un projectile à partir des mesures issues d’un vol. La technique d’identification est pensée pour être applicable à une gamme la plus large de projectiles. Elle introduit un problème d’optimisation non linéaire en dimension finie. La fonctionnelle du problème contient deux termes : un terme d’écart entre les paramètres d’état et les mesures, de sorte à s’approcher au mieux des mesures et à les relaxer, et un terme de pénalisation prenant en compte les équations de la mécanique du vol. L’outil proposé est testé, pour un projectile de type flèche, avec des données simulées ou avec des données issues de tirs. Il permet l’identification des coefficients aérodynamiques recherchés. L’algorithme est robuste face au bruit et permet également la reconstruction d’une trajectoire débruitée.

The control of the flight behaviour of a projectile partly depends on the knowledge of the coefficients associated with each aerodynamic loading. Different tools are used in the industry, such as numerical aerodynamic codes or wind tests in order to obtain a first estimate of the coefficients during the stage of pilot study. It is then necessary to verify the value of the coefficients and to validate the behaviour of the projectile thanks to scored fires. An automated tool is consequently proposed in order to identify the aerodynamic coefficients of a projectile from flight data. The identification technique is designed so as to be applicable to the widest range of projectiles. It presents a nonlinear optimization problem in finite dimension. The functional of the problem contains two terms : the first one is a gap between the state parameters and the measurements, in order to approach the measurements at best and to relax them, and the second one is a penalization term which takes the flight mechanics equations into account. The proposed tool is tested, for a Kinectic Energy projectile, with simulated data or real flight data. It enables the identification of the searched out aerodynamic coefficients. The algorithm is robust in a noisy environment and also enables the reconstruction of a denoised trajectory.