Méthodologie de co-design pour l'exploration et l'évaluation de concepts de drones soumis à différents niveaux de contraintes de sécurité

Co-design Methodology for the Exploration and Evaluation of Drone Concepts Subject to Different Levels of Safety Constraints

• Auteur / Autrice : Antonio Orgiu
• Direction : Scott Delbecq, Jonathan Liscouet
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Energétique et transferts
• Date : Inscription en doctorat le 15/03/2024
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE en cotutelle avec Université Concordia
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ISAE-ONERA EDyF Energétique et Dynamique des Fluides
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : ISAE/DAEP Département Aérodynamique Energétique Propulsion

Mots clés

Mots clés libres

Drones

Architecture

Contrôle

Drones

Architecture

Control

Résumé

Les véhicules aériens sans pilote (UAV) apparaissent dans presque tous les secteurs d'activité avec des applications très diverses, dont le nombre augmente rapidement. Concevoir une architecture et une conception de drone optimales pour une application spécifique nécessite des outils d'analyse performants pour les disciplines impliquées dans la conception et un cadre d'optimisation adéquat efficace au niveau du véhicule. En fonction de l'application, différents niveaux de sécurité doivent être pris en compte dans la conception. Pour les applications critiques en matière de sécurité, la nécessité d'architectures redondantes peut conduire à des conceptions de drones avec des poids au décollage plus élevés nécessitant plus d'énergie pour fonctionner, d'où des opérations moins efficaces sur le plan énergétique. Il est donc essentiel d'optimiser la conception en tenant compte de l'efficacité énergétique et de la redondance. En outre, la conception d'un drone pour une application spécifique nécessite d'analyser les besoins en énergie et en puissance des profils de mission et des manœuvres. Ainsi, pour répondre à de nombreuses applications, nous visons à développer un cadre d'analyse dynamique des performances. L'objectif de la thèse est de développer et d'améliorer le cadre d'analyse et d'optimisation disciplinaire et multidisciplinaire existant pour permettre l'exploration et l'évaluation de concepts innovants d'architectures de drones avec des considérations d'efficacité énergétique, de performance dynamique et de sécurité.

Unmanned aerial vehicles (UAVs) are emerging in almost all sectors of activities with very diverse applications, whose number rapidly grows. Conceiving an optimal UAV architecture and design for specific application requires performant analysis tools for the disciplines involved in the design and an adequate optimization framework effective at the vehicle level. Depending on the application, different levels of safety must be considered for the design. For safety-critical applications, the necessity of redundant architectures can lead to UAV designs with higher take-off weights requiring more energy to operate, hence less energy-efficient operations. It is, therefore, essential to optimize a design with energy efficiency and redundancy considerations. Also, designing an UAV for a specific application requires to analyze power and energy requirements of the mission profiles and maneuvers. Thus, to address many applications we aim to develop a dynamic performance analysis framework. The purpose of the thesis is to further develop and improve the existing disciplinary and multidisciplinary analysis and design optimization framework to enable the exploration and evaluation of innovative concepts of UAV architectures with energy efficiency, dynamic performance, and safety considerations.