Avion convertible à décollage et atterrissage vertical Directeurs de thèse: Rogelio LOZANO Isabelle FANTONI-COICHOT Présenté par TA Duc Anh
Plan 1. Introduction 2. Attitude 3. Avion convertible 4. Stratégie de commande 5. Conclusion
Objectif de la thèse 1. Introduction Un drone combinant: la manœuvrabilité des véhicules à voilure tournante (hélicoptères): l'avance lente, le décollage et l’atterrissage vertical les performances d'un véhicule à voilure fixe (avions): l'avance rapide, la longue portée et une endurance supérieure Un avion convertible: décollage/atterrissage vertical autonome vol stationnaire (hover) transition autonome vers un vol d’avancement rapide pas de piste de décollage
Difficultés rencontrées Bonne conception avant de réaliser la transition du vol vertical au vol horizontal Heliwing de Boeing : perdu lors de sa première transition T-wing de Hugh Stone Avion RC 3D (~ 80€) T-wing de Hugh Stone [University of Sydney] Heliwing chez Boeing
Mes travaux en 1er année Bibliographie Partie expérimental Tester tout type de capteurs, le radio, le wifi (Xbee) Etude de programmation dsPIC (Digital Signal Controllers) Tests des moteur sans balais et servo moteur Partie théorique Etude du modèle aérodynamique de l’avion convertible du type « T-wing » Construction un modèle de simulation Proposition d’une loi de commande simple et applicable pour 2 phases: vol vertical : décollage et atterrissage autonome transition autonome
2. Attitude Deux systèmes de coordonnées : Equations cinématiques: : le repère fixe dans l’espace : le repère attaché au corps Equations cinématiques: : Matrice de rotation : Vitesse angulaire du repère par rapport au repère Singularité lorsque
Quaternion Matrice de rotation: La multiplication de deux quaternions Erreur d’attitude
Capteurs utilisés Pour l'estimation de l'attitude (Centrale inertielle) Gyromètres (Vitesse de rotation) Accéléromètres (Angle de tangage, de roulis) Magnétomètres (Angle de lacet) Pour l'estimation de l'altitude Ultrason (0 < z < 2m) Capteur de pression (2m < z) MPXV7002 (-2 to 2 kPa) Ultrason
3. Avion convertible 3.1 Forces et Couples Aérodynamiques 3.2 Actionneur 3.3 Structure mécanique
3.1 Forces et Couples Aérodynamiques Portance: : masse volumique de l’air : vitesse de l’air : surface de référence sur l’aile : coefficient de portance
3.1 Forces et Couples Aérodynamiques Traînée: : coefficient de traînée : coefficient constant de la traînée parasite Moment de Tangage :
3.2 Actionneur Théorème de Bernoulli:
3.3 Structure mécanique Equations de mouvement : Vol vertical (en mode hélicoptère) Force et couple issus des actionneurs
Vol vertical Hypothèses: La traînée négligeable force aérodynamique fournie par la déflection des gouvernes aucun vent latéral Vitesse de flux d’air issue des hélices
Vol horizontal
Dynamique longitudinale Angle de dérive Forces de l'aile Forces du canard Portance Traînée
4. Stratégie de commande
Loi de commande Pour commander l’altitude Pour commander l’attitude Servocommande Une simple trajectoire – le profil trapézoïdal de vitesse
Résultats de simulation Figure 1 - Chemin du vol longitudinal Figure 2 - Altitude
Figure 1 - Vitesse sur l'axe x Figure 2 - Vitesse sur l'axe z Figure 3 - Angle de tangage Figure 4 - Vitesse de rotation de tangage
Figure 1 - Angle d'attaque Figure 2 - Dans la période du vol horizontal Figure 3 - Gouverne de l'aile principale Figure 4 - Vitesse de rotation de chaque rotor
Conclusions générales: Perspectives et axes de recherche prévus: Changement correct des paramètres des systèmes Modèle latéral Robustesse de la loi de commande ? Conception de l'avion convertible Carte électronique Programmation du microcontrôleur Tests de la stratégie de commande en temps réel
Merci de votre attention