Thèse soutenue

Optimisation hiérarchique pour le guidage de secours pour un véhicule réutilisable "Tossback"

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Auteur / Autrice : Hubert Ménou
Direction : Nicolas Petit
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mathématique et automatique
Date : Soutenance le 31/01/2023
Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre automatique et systèmes (Fontainebleau, Seine et Marne)
établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
Jury : Président / Présidente : Frédéric Jean
Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Petit, Laurent Pfeiffer, Gérald Pignié, Anouck Girard, Éric Bourgeois
Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Trélat, Hélène Piet-Lahanier

Résumé

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Cette thèse étudie le Guidage d’urgence en Descente Propulsée d'un lanceur réutilisable, sous la forme d’un problème de commande optimale en temps final libre sous contraintes. Pour ce lanceur, soumis à de forts effets aérodynamiques et disposant d’une manœuvrabilité limitée, on souhaite calculer en temps réel une trajectoire de "secours", en relâchant certains paramètres négociables, tels que la limite d’incidence, la limite d’accélération normale, ou encore le lieu d’atterrissage. A cet effet, nous introduisons une hiérarchie entre les paramètres et développons un algorithme, Optimisation Hiérarchique pour le Guidage d’Urgence (H.E.G.O.), pour la respecter strictement. L’algorithme consiste en une suite finie de Problèmes Linéaires de négociation, utilisée pour calculer les relaxations nécessaires, suivie d’un Problème Quadratique de raffinement. Le lanceur est modélisé par huit états et trois commandes. Les paramètres de vol sont les conditions initiales de la fusée, et d’autres paramètres tels que l’Impulsion Spécifique du moteur et le profil de vent. La hiérarchie définie par l’utilisateur est exprimée via un ordre co-lexicographique. La méthode proposée est analysée d’un point de vue théorique. Entre autres, la Lipschitz-continuité de la trajectoire re-planifiée vue comme une fonction des paramètres de vol est établie. Des résultats numériques permettent de quantifier la performance et la qualité de la méthode.