Identification paramétrique et analyse de sensibilité d'un modèle dynamique de l'aéronef SA-160 pour le développement d'une version sans pilote (drone)

Abstract

Ce mémoire présente les travaux qui ont été menés conjointement avec l’entreprise Aviatech Services Techniques Inc. (AST) de Trois-Rivières. AST est une firme d’ingénierie se spécialisant dans l’intégration de systèmes avioniques, dans la fabrication de systèmes de levées géophysiques ainsi que dans la conception et la certification de produits aéronautiques. Depuis sa création en 2007, celle-ci a accompli plusieurs projets portant sur des modifications structurales d’aéronefs et sur des essais en vol pour des appareils certifiés sous les catégories FAR 23, 25, 27 et 29. Récemment, l’entreprise s’est impliquée dans le secteur des drones et développe des partenariats avec différentes institutions, dont les universités.

Le projet présenté dans ce document s’inscrit dans la lignée des efforts mis par AST afin de développer une version sans pilote (drone) du SA160. De par l’investissement dans le développement technologique du SA160 ainsi que la connaissance des données techniques s’y rattachant, AST est à même de contribuer grandement au développement d’un tel aéronef. Également, l’entreprise est en bonne position afin de proposer des stratégies pour faciliter une future certification de l’appareil ainsi que son intégration dans un espace aérien civil.

Le projet de recherche est orienté sur le développement d’un modèle dynamique du SA160, lequel pourra éventuellement servir à des fins de conception de lois de commande et de système de navigation autonome. L’asservissement de ce système complexe requiert une étude approfondie de la dynamique de l’appareil en boucle ouverte. Ainsi, un modèle possédant un haut degré de fidélité est requis afin de démontrer la navigabilité de l’appareil et ses capacités de vol autonome. À cet effet, un modèle dynamique est obtenu à partir de techniques d’identification paramétrique du modèle à temps continu appliquées aux données de vol du SA160. La méthode est appliquée avec l’outil Matlab SIDPAC (System IDentification Program for AirCraft) développé par la NASA.

Dans un premier temps, l’instrumentation nécessaire à l’identification du système dynamique a été installée sur l’appareil. Des essais en vol ont permis de recueillir un ensemble de données inertielles et aérodynamiques pour des manœuvres de vol spécifiquement conçues pour maximiser l’efficacité du processus d’identification. Ces manœuvres permettent d’exciter les différents modes de l’aéronef, ce qui permet l’obtention de données riches en information pour l’identification des différents paramètres aérodynamiques du modèle. D’abord, la dynamique couplée à 6 degrés de liberté a été étudiée. À la suite des résultats obtenus, le système a été découplé en deux systèmes indépendants modélisant respectivement la dynamique longitudinale et la dynamique latérale/directionnelle.

La méthodologie utilisée a permis d’obtenir un modèle avec de bonnes capacités de prédiction, pour les dynamiques découplées. Une analyse de sensibilité a également été effectuée afin d’identifier le niveau de précision du modèle en regard de l’incertitude statistique des paramètres identifiés. Ces travaux permettent donc d’orienter les efforts de modélisation sur certains paramètres en particulier, en fonction de leur niveau d’influence sur les variables d’état du modèle.