Loi de contrôle dynamique pour une fonction de protection de charges

Dynamic control law for a load protection function

• Auteur / Autrice : Matheus Lopes silva
• Direction : Valérie Pommier-budinger, Yves Briere
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Systèmes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ISAE-ONERA ACDC - Analyse, Commande Dynamique et Conception des systèmes
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : ISAE/DCAS/EDSYS/ACDC Département de Conception et conduite des véhicules Aéronautiques et Spatiaux

Mots clés

Mots clés libres

Controle

Protection

Estimation

Résumé

A Airbus, la conception de lois d'allègement de charge est utilisée et maîtrisée depuis le programme Single Aisle dès 1988 avec l'introduction d'une loi de réduction de charge en rafale sur l'A320. Depuis, ces logiques ont été étendues et utilisées sur tous les nouveaux développements. Ces lois sont jusqu'à présent ajoutées dans les calculateurs comme un ordre supplémentaire qui dépend d'une condition (facteur de charge, masse, …), mais dont l'efficacité est souvent limitée (pré-braquage de gouverne), que ce soit pour garder l'efficacité aérodynamique de la gouverne ou pour laisser la manœuvrabilité nécessaire au pilote et ne pas interférer avec les lois de contrôle de l'avion. L'objectif de la thèse sera de développer une nouvelle fonction, ou loi de protection, optimisée sur un objectif multi-critères (charge, manœuvrabilité, réjection de perturbation, …) couvrant à la fois les besoins de réduction de charge et de pilotage. La loi devra non pas simplement braquer de manière statique les gouvernes de voilure, mais aussi manoeuvrer l'avion afin de minimiser de manière significative les charges voilure. Afin de le faire de manière adéquate pour le pilotage, une telle fonction doit s'appuyer sur un algorithme embarqué d'estimation de charge utilisant de nouveaux types de capteurs pour ce type d'application (inclinomètres, Lidar, IMU, …). Aujourd'hui la maturité de ces capteurs a beaucoup augmenté, tous sont utilisés pendant les périodes d'essais en vol pour de la surveillance. Une contribution importante sera d'étudier la fusion entre les modèles et ces nouveaux capteurs, utilisant toutes la connaissance acquise sur leur fonctionnement pour bâtir cet estimateur robuste et utilisable pour être embarqué dans une fonction avion. Un autre objectif sera d'implémenter par-dessus cet estimateur la fameuse loi d'allègement de charge, dite de protection, sur une configuration avion type industrielle mais avec des voilures à forts allongements et un grand nombre de surfaces de contrôle. Cela permettra en plus de trouver la meilleure stratégie en termes d'allocation de surface pour un tel type d'avion, qui permet le meilleur compromis entre réduction de charge et contrôle avion.

At Airbus, the design of the load alleviation control laws has been used and mastered since the single-aisle program in 1988, with the introduction of a load alleviation control law for gusts on the A320. Since then, these logics have been extended and used in every new development. These laws have been implemented in flight computers as an additional order that depends on a condition (load factor, mass, ), but whose effectiveness is often limited (control surface pre-deflection), whether to maintain the aerodynamic efficiency or to provide the pilot with the necessary maneuverability and not interfere with the aircraft's control laws. The thesis will aim to develop a new function, or protection flight control law, optimized for a multi-criteria objective (loads, maneuverability, disturbance rejection, etc.) covering both load reduction and piloting requirements. The flight control law must not only statically deflect the wing control surfaces, but also maneuver the aircraft in order to greatly minimize the wing's loads. In order to do this in an appropriate manner for piloting, such a function must rely upon an onboard load estimation algorithm using new types of sensors for this kind of application (inclinometers, LIDAR, IMU, etc.). Nowadays, the maturity of these sensors has greatly enhanced, and they are all used during flight test periods for monitoring purposes. An important contribution will be studying the fusion between the models and these new sensors, using all the knowledge acquired about their functioning to build a robust estimator and usable to be embarked in an aircraft function. Another objective will be to implement the famous load alleviation law, known as the protection law, on top of this estimator, on an industrial-type aircraft configuration, but with high aspect ratio wings and a large number of control surfaces. This will additionally allow us to find the best strategy in terms of control surface allocation for a given type of aircraft, which offers the best trade-off between load reduction and aircraft control.