Développement d'une plateforme de simulation et d'un pilote automatique - application aux Cessna Citation X et Hawker 800XP

Ce mémoire présente plusieurs méthodologies destinées à la conception d'outils dédiés à l'analyse de la stabilité et au contrôle d'un avion d'affaires. Dans un premier temps, un modèle de vol générique a été élaboré pour prédire le comportement de l'aéronef suite à des entrées sur ses commandes ou suite à une perturbation quelconque. Pour cela, différents types de vents ont été pris en considération dans le module de simulation afin de générer différents scénarios pour l'analyse et la validation du pilote automatique. En plus d'être assez réaliste, la plateforme de simulation prend en compte la variation des paramètres massiques en fonction de la consommation de carburant. Une comparaison avec un simulateur certifié niveau D de la compagnie CAE Inc. a permis de valider cette première étape avec un taux de réussite acceptable. Une fois la dynamique validée, la prochaine étape permet de conclure sur la stabilité autour d'une condition de vol. Pour cela, une première analyse statique est établie pour trouver les différents points d'équilibre de l'avion. Par la suite, deux algorithmes de linéarisation permettent de générer deux modèles d'états qui approximent les dynamiques découplées (longitudinale et latérale) de l'aéronef. Une comparaison avec la dynamique non linéaire a permis de conclure sur la viabilité des modèles linéaires à partir d'un grand nombre d'essais. L'étude de stabilité a permis de mettre en évidence le besoin de systèmes de commande pour améliorer les performances de l'avion dans un premier temps, puis pour contrôler ses différents axes dans un deuxième temps. Une méthodologie basée sur un couplage entre une technique de contrôle moderne (LQR) et un algorithme génétique y est présentée. Cette dernière a permis de trouver des correcteurs à la fois optimaux et performants qui garantissent un grand nombre de spécifications imposées par deux cahiers des charges. En plus d'être performants, ces derniers se doivent d'être robustes aux variations massiques de l'avion. Pour cela, une analyse de robustesse grâce à la théorie des applications gardiennes a été appliquée sur des dynamiques incertaines. Cependant, en raison d'une région trop sensible de l'enveloppe de vol, certaines analyses sont biaisées. Néanmoins, une validation sur la dynamique non linéaire a permis de vérifier la robustesse des correcteurs.Enfin, la dernière étape de ce projet s'intéresse aux lois de commande du pilote automatique. Encore une fois, la méthodologie proposée, se base sur l'association d'équations de la mécanique du vol, de notions d'automatique et d'une méthode d'optimisation méta-heuristique. Par la suite, quatre scénarios d'essais sont présentés de façon détaillée pour illustrer l'efficacité et la robustesse du pilote automatique au complet.