Contribution to Flight Guidance in High Density Traffic

Résumé : Ce travail est développé dans le contexte des projets SESAR et Next-Gen, où de nouvelles applications de la gestion du trafic aérien (ATM) comme le concept de gestion d’opérations en 4D, se sont focalisées sur les opérations basées sur la trajectoire (TBO - Trajectory Based Operations). Ces opérations sont en relation avec l'extension de la flexibilité de la séparation entre avions, et par conséquence, avec l'augmentation de la capacité du trafic aérien. En sachant qu'une évolution des routes fixes et autorisations émises par le contrôle du trafic aérien (ATC - Air Traffic Control) vers des trajectoires flexibles est imminente, en s'appuyant en même temps aux niveaux les plus élevés de l'automatique embarquée, ce travail de recherche s'interesse aux sujets qui aideront à la transition des systèmes actuels vers les systèmes compatibles avec les nouveaux besoins des TBO. Les principaux axes de recherche de ce manuscrit s'articulent en trois points: La génération de trajectoires en 4D, le guidage en 4D, et l'estimation de la masse d'un avion pour l'optimisation des trajectoires. Concernant la génération des trajectoires, le besoin des utilisateurs d'espaces aériens de planifier leurs routes préférées à partir d'un point d'entrée dans l'espace aérien sans être limités par les configurations existantes est considéré. Une solution particulière pour la génération de trajectoires lisses en 4D à partir de points de contrôle prédéfinis est alors explorée. La méthode proposée s'appuie sur les courbes de Bézier, et elle permet de contrôler la distance euclidienne entre le point de contrôle donné et la trajectoire proposée. Ceci est fait en modifiant la trajectoire de telle façon qu'elle reste à l'intérieur des limites des facteurs de charge, en considérant un compromis entre la courbure de la trajectoire et la vitesse voulue de l'avion, ce qui représente une étape importante dans le chemin vers les TBO. Le guidage précis en 4D améliorera la sûreté en diminuant l'occur- rence de quasi-collisions aériennes pour des trajectoires en 4D planifiées en avance. En conséquence, deux autopilotes et deux méthodes de guidage sont développées avec l’objectif de réduire la charge de travail des contrôleurs du trafic aérien associée à un vol. Les techniques de backstepping et feedback linearization sont utilisées pour le pilotage, alors que l’inversion non linéaire directe et indirecte sont adoptées pour le guidage. De plus, l’impact de la connaissance inexacte de la masse de l’avion dans le suivi de trajectoires, ses conséquences dans l’optimisation, la consommation de carburant, et la performance de l’avion, a conduit à l’implémentation d’une estimation embarquée de la masse de l'avion. L’approche créée est basée sur les moindres carrées, en fournissant des estimations de la masse initiale et la masse courante, toutes les deux avec une précision suffisante pour atteindre les objectifs liées aux TBO. Les méthodes proposées dans cette thèse sont examinées en utilisant un modèle à six degrés de liberté, dont les paramètres approchent un appareil du type B737-200 ou A320-200. La simulation est basée sur une modélisation complète et non linéaire de la dynamique des avions de transport incluant des perturbations liées au vent. Des réseaux de neurones sont utilisés pour obtenir les différents coefficients aérodynamiques correspondant aux forces et moments de l’avion.
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Thèse
Automatic Control Engineering. Université Paul Sabatier (Toulouse 3), 2018. English
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Contributeur : Laurence Porte <>
Soumis le : lundi 9 juillet 2018 - 17:42:38
Dernière modification le : lundi 16 juillet 2018 - 15:56:36
Document(s) archivé(s) le : mardi 2 octobre 2018 - 07:44:58

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Hector Escamilla Nuñez. Contribution to Flight Guidance in High Density Traffic. Automatic Control Engineering. Université Paul Sabatier (Toulouse 3), 2018. English. 〈tel-01833564〉

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