Projets
Au LARCASE, nos efforts sont orientés vers la recherche de solutions pour faire des économies de carburant, diminuer les temps de vol et atténuer le bruit généré par les avions, entre autres.
De nombreux travaux de recherche sont en cours au sein de notre laboratoire; découvrez ici quelques-uns de nos projets-phares.
La Dre Botez collabore au projet DEEL sur l’application des technologies d’intelligence artificielle dans le domaine aéronautique.
La Dre Botez est collaboratrice au Centre interdisciplinaire de recherche en opérationnalisation du développement durable (CIRODD), au sein duquel plus de 90 chercheurs et 200 étudiantes et étudiants issus des sciences humaines, naturelles, de la santé et du génie collaborent et travaillent à l’opérationnalisation du développement durable.
Projet de recherche en collaboration avec quatre universités et plusieurs compagnies de drones.
Le programme proposé répond aux défis technologiques et sociétaux associés à l’intégration en toute sécurité des systèmes d’aéronefs autonomes (UAS) à tous les niveaux, des opérations simples aux missions complexes.
Ce programme de six ans (2019-2025) est dirigé par le Dr Jeremy Laliberte de l’Université Carleton. La Dre Botez est cocandidate au sein d'une équipe de neuf cocandidats et de quatre collaborateurs.
Les activités de la Chaire de recherche du Canada sur les technologies de modélisation et de simulation des aéronefs, qui ont débuté en 2011, s’articulent autour de deux principaux axes de recherche :
- Axe 1 : la dynamique et le contrôle de vol appliqués aux aéronefs et aux hélicoptères
- Axe 2 : les technologies de commande active pour aéronefs déformables
Dans l'axe 1, il s’agit d’établir de nouvelles méthodologies pour la modélisation et la simulation de la dynamique de vol et de contrôle des avions et des hélicoptères. À partir de données de vol, des algorithmes non linéaires d’optimisation sont élaborés pour identifier et valider des modèles d’aéronefs et d’hélicoptères. En se fondant sur des données géométriques, l’équipe du LARCASE analyse la stabilité des aéronefs.
Dans l'axe 2, la forme des ailes et d’autres surfaces géométriques du système aérien autonome sont modifiées par l’intermédiaire des systèmes de commande active, dans le but d’améliorer la performance aérodynamique des aéronefs.
La soufflerie subsonique Price-Païdoussis, les simulateurs de vol de recherche des aéronefs pour les aéronefs Cessna Citation X et CRJ-700 ainsi que les systèmes autonomes de vol UAS-S4 et UAS-S45 conçus et fabriqués par Hydra Technologies sont utilisés dans les axes 1 et 2 de la Chaire de recherche du Canada.
Le UAS a été obtenu avec des fonds de recherche de la part de la Fondation canadienne d'innovation (FCI), du ministère du Développement économique, de l'Innovation et de l'Exportation (MDEIE) et Hydra Technologies. La recherche est réalisée par l'équipe du LARCASE en collaboration avec Hydra Technologies.
Grâce à la donation de la soufflerie subsonique par le professeur émérite Michael P. Païdoussis de l'Université McGill à la Dre Botez, des études d'analyses aéroservoélastiques sont menées au LARCASE. Cette soufflerie a été conçue et obtenue à l'aide de fonds FCAR et CRSNG par les deux professeurs Stuart Price et Michael P. Païdoussis, deux experts en interactions entre les fluides et les structures, vibrations et dynamique non linéaire, aéroélasticité et aéroservoélasticité. La soufflerie sert aussi aux collaborations des professeurs Ruxandra Botez et Michael Païdoussis.
Voyez la vidéo des tests en soufflerie au LARCASE, portant plus précisément sur le déplacement de l'aileron et la rotation de l'aile sur le site (réalisée par le doctorant David Communier).
Le logiciel FLSIM est utilisé pour mener des études de dynamique de vol pour les avions d'affaires, en collaboration
Ce projet a débuté en 2009, en collaboration avec CMC Electronics, et a fait partie du réseau des centres d’excellence dirigés par le Groupement Aéronautique de Recherche et Développement en eNvironnement (GARDN), financé par le gouvernement canadien jusqu’en 2021.
À l'heure actuelle, nous poursuivons ce projet dans le cadre de la Chaire de recherche du Canada en utilisant les données de vol de haut niveau fournies par les deux simulateurs de vol du laboratoire LARCASE. Dans le cadre de ce projet, nous prévoyons de réduire d’une manière significative la consommation de carburant et les émissions polluantes en optimisant les trajectoires de vol des avions.
Une nouvelle méthodologie et un nouveau code pour le Cessna Citation X sont conçus pour la détermination des dérivées de stabilité, à partir de la géométrie des avions, et seront utiles au design préliminaire des aéronefs.
Dans cette phase préliminaire du design et de la conception des nouveaux avions, les compagnies aéronautiques cherchent à minimiser le temps de décision concernant la géométrie de ces aéronefs. Ken Dustin, Denis Pelletier, Alexandra Savidis et Peter Jarvis de CAE Inc. collaborent à ce projet, ainsi que plusieurs autres ingénieurs, dont Allan Cofin, Chloe Fontaine-Lavoie, Christian Hould et Mitchell Golemic.
Le simulateur de recherche de vol (IPT modifié) de l’aéronef Cessna Citation X, qui est l'avion d’affaires le plus rapide, est équipé d’un modèle aérodynamique modifiable pour la recherche conçu par CAE Inc. L'obtention de ce simulateur de recherche de vol qui a acquis la plus haute certification, de niveau D (dynamique de vol), a été rendue possible grâce aux subventions de la Fondation canadienne pour l’innovation (FCI), du ministère du Développement économique, de l'Innovation et de l'Exportation (MDEIE) et de CAE Inc. Sa conception originale permet à l’équipe du LARCASE de réaliser plusieurs projets de recherche, en collaboration avec CAE Inc.
Ce projet est financé par le CARIC dans le cadre du programme mid-TRL : Technologie mature. Il est réalisé en collaboration avec les compagnies GlobVision et Thales, ainsi qu'avec l'Université Concordia.
L’équipe de la Dre Botez travaille avec la compagnie TriStar Multicopters à la conception d'un drone avec trois rotors dans le cadre du programme FONCER du CRSNG.
Dans ce projet, réalisé en collaboration avec TAROM, les trajectoires de vol des avions sont fournies par des pilotes de cette compagnie aérienne roumaine dans le but d'être optimisées pour les vols futurs.
Dans ce projet, réalisé en collaboration avec CMC Electronics-Esterline, des algorithmes d'optimisation des trajectoires de vol des avions dans les plans vertical et horizontal sont conçus et validés sur le système de gestion de vol de plusieurs avions. Ces algorithmes prennent en compte le temps requis d'arrivée et les vents, ainsi que toutes les situations météorologiques.
L'objectif principal du projet est de réduire les émissions de carbone et les coûts associés aux vols. Ce projet est financé par le Groupement Aéronautique de Recherche et Développement en eNvironnement (GARDN), dans les deuxième et troisième rondes des projets.
Dans ce projet réalisé en collaboration avec Thales, Bombardier Aéronautique, Polytechnique Montréal, IRA-CNRC, ainsi qu'avec des chercheurs de l'Université Frederico II de Naples (Italie), du Centre italien de recherche en aérospatiale (CIRA) et d'Alenia Aeronautica, un prototype d'une aile avec l'aileron a été conçu, testé et validé par des essais en soufflerie chez IRA-CNRC.
Ce projet avait pour but d'améliorer les performances aérodynamiques de ce prototype.
Canada
Collaborateurs universitaires :
- Simon Joncas (ÉTS)
- Éric Laurendeau (Polytechnique Montréal)
Collaborateurs industriels :
- Philippe Molaret (Thales Canada)
- Patrick Germain et Fassi Kafyeke (Bombardier Aéronautique)
- Mahmood Mamou, Youssef Mebarki et Brian Jahraus (IRA-CNRC)
Italie
Collaborateurs :
- Leonardo Lecce et Rosario Pecora (Université de Naples)
- Antonio Concilio (CIRA)
- Salvatore Russo (Alenia Aeronautica)
Visionnez une courte vidéo sur la réalisation de ce projet multidisciplinaire (créée pour le concours des projets complétés et financés par le CRIAQ).
Vidéo de la doctorante Andreea Koreanschi, qui a obtenu la bourse d'excellence du CRIAQ.
Le projet CRIAQ 7.1 (dans la deuxième ronde du CRIAQ), intitulé « Amélioration de l’écoulement laminaire sur une aile de recherche », a été réalisé en collaboration avec Thales, Bombardier Aéronautique, Polytechnique Montréal, l'Institut de recherche aérospatiale du Conseil national de recherche du Canada (IRA-CNRC), ainsi qu'avec les chercheurs du LAMSI de l'ÉTS. Dans ce projet, la transition de l’écoulement laminaire au turbulent sur une aile équipée d’une peau flexible sur son extrados a été contrôlée, et ainsi retardée en utilisant les capteurs optiques et les actionneurs intelligents dans une soufflerie. Philippe Molaret (Thales Canada), Dr Eric Laurendeau et Dr Fassi Kafyeke (Bombardier Aéronautique), Mahmood Mamou, Dr Youssef Mebarki et Brian Jahraus (IRA-CNRC) ont pris part au projet en tant que collaborateurs industriels.
L’équipe du LARCASE a conçu, développé, intégré et validé un contrôleur de retard de la transition pour une aile changeant de forme (Morphing Wing), équipée d‘actionneurs intelligents (Smart Material Actuators) et de capteurs de pression. Ce contrôleur a été validé par l'équipe du LARCASE dans des essais en soufflerie qui ont eu lieu à l’IRA-CNRC.
La première vidéo (1st WTTS) montre une séquence prise pendant la première série d'essais en soufflerie sur l'aile changeant de forme équipée des capteurs de pression optiques et Kulite, ainsi qu'avec des alliages en mémoire de forme (SMA). Nous pouvons voir le système de capteurs optiques, l'aile dans la soufflerie, les cas de vol affichés, ainsi que les équipes travaillant sur ce projet.
La deuxième vidéo (2nd WTTS) montre une séquence prise pendant la deuxième série d’essais en soufflerie sur l’aile changeant de forme équipée des capteurs de pression Kulite, ainsi qu’avec des alliages en mémoire de forme (SMA). Nous pouvons voir le système de contrôle, l’aile dans la soufflerie, les cas de vol affichés, ainsi que les équipes travaillant sur ce projet.
La troisième vidéo (3rd WTTS) montre le concept de l’aile changeant de forme dans la soufflerie de l’IRA-CNRC.
Les travaux en aéroservoélasticité ont été réalisés dans le cadre de trois projets dans ce domaine, lesquels utilisent des données de vol réelles pour les avions suivants : le F/A-18 Systems Research Aircraft (SRA), le Aerostructures Test Wing (ATW) et le F/A-18 Active Aeroelastic Wing (AAW). Collaborateur principal : Marty Brenner du NASA Dryden Flight Research Center (NASA-DFRC). D'autres collaborateurs du NASA-DFRC se sont également joints au projet entre 1998 et 2003 : Dr Kajal Gupta, Tim Doyle, Ed Hahn, Roger Truax et Dr Can Bach.
Ces données de vol sont utilisées pour :
- La validation des nouvelles méthodes de conversion des forces aérodynamiques du domaine de fréquence au domaine de Laplace.
- Le calcul des nouveaux algorithmes d’interactions entre les modes rigides, élastiques et de contrôle.
- L’élaboration de nouvelles méthodes d’estimation des paramètres, en utilisant les techniques de la logique floue, des réseaux de neurones, etc.
Vidéo sur l'analyse des interactions aéroservoélastiques sur le F/A-18 SRA
Cette vidéo, qui montre les résultats de la recherche sur l'interaction des modes rigides, de contrôle et élastiques sur le F/A-18, comporte deux parties :
- dans le cas où l'interaction n'est pas bien analysée, l'avion a un comportement non réaliste et instable.
- dans le cas où l'interaction est très bien réalisée, l'avion devient stable.
La vidéo a été réalisée par les Drs Lucian Grigorie et Adrian Hiliuta.
Ce projet en collaboration avec la Dre Ioana Triandaf du U.S. Naval Research Laboratory (NRL) comporte deux objectifs principaux.
1) Élaborer et simuler un modèle UUV (Underwater Unmanned Submarine) qui sera construit à la fin de ce projet. Principaux sous-objectifs :
- La détermination du modèle cinématique et les équations de mouvement.
- Les calculs des forces hydrodynamiques.
- L’implémentation du modèle de l’UUV et de son pilote automatique.
2) Développer des outils de calcul pour résoudre des problèmes de surveillance d’océan :
- L’optimisation d’énergie contrainte (constrained energy optimization) pour la garde des stations des UUV.
- Planification des trajectoires optimales pour des recherches d’énergies basses.
- Couverture de l’aire optimale en utilisant de multiples UUV.
Dans le projet NATO « Méthodes de prédiction de stabilité et de contrôle des véhicules aériens et marins », des dérivées de stabilité et contrôle ont été calculées à partir de la géométrie de l’avion militaire X-31 et du SACCON, en utilisant les connaissances des logiciels de CFD tels qu’Edge et Fluent. Les données de souffleries chez DLR, en Allemagne, et au Centre de recherche Langley de la NASA, seront analysées par les participants du projet.
D'autres participants à ce projet proviennent de la U.S. Air Force Laboratory, NASA, ONERA, FOI, KTH, DNW-NWB, EADS, Université de Braunschweig, NWB LSWT, NAL, TAI-ODTU, DSTL, BAE Systems, Nangia Aero Research, Université de Liverpool, IIHR-Hydroscience & Engineering, QinetiQ, etc. Les Drs Andreas Schutte (DLR-Germany) et Russ Cummings (U.S. Air Force Academy) ont été les leaders sur ce projet.
Dans le projet CRIAQ 3.2 (première ronde du CRIAQ) intitulé « Intégration de la simulation du vol en temps réel avec la dynamique de fluides CFD », en collaboration avec CAE Inc. et des chercheurs de l'Université Concordia et de l'Université McGill, de nouvelles méthodes d’estimation des dérivées de stabilité ont été conçues, à partir de la géométrie de l’avion Hawker 800XP. Collaborateur principal dans ce projet : Peter Jarvis (CAE Inc.).
Pour ces travaux, l’équipe du LARCASE a choisi la conception d’un nouveau code basé sur des références semi-empiriques sélectionnées à partir de la littérature, alors que les chercheurs des autres universités ont choisi l’utilisation des techniques de la dynamique computationnelle des fluides.
Une vidéo du code conçu au LARCASE pour le calcul des dérivées de stabilité en se basant sur la géométrie de l'avion, réalisée par l'étudiant à la maîtrise Dumitru Popescu, montre les résultats obtenus par notre code in-house, conçu et développé pendant 5 ans, en MATLAB - en se basant sur les références provenant de US Datcom et d'autres références plus récentes en aérodynamique. Pour ce film, nous utilisons les données géométriques non confidentielles d'un avion. On peut voir qu'à partir d'un minimum de données géométriques pour un avion, les coefficients aérodynamiques de la portance, la traînée, le moment ainsi que les dérivées de stabilité sont rapidement calculés.
Pour ce projet, ces résultats ont été validés avec des données des essais en vol sur le Hawker 800XP. Ce travail est utilisé pour le design préliminaire des avions (et même de leurs composantes séparées), ainsi que dans les analyses de stabilité des avions, en se basant sur un minimum de données géométriques et des essais en vol.
Dans le projet CRIAQ 4.1 « Optimisation multidisciplinaire MOSAIC », plusieurs équipes universitaires et industrielles ont travaillé ensemble dans le but d’optimiser la conception des avions, des hélicoptères et des moteurs. Leader universitaire du projet : Dr Jean-Yves Trépanier de Polytechnique Montréal.
Ce projet a regroupé des ingénieurs de Bombardier Aéronautique, Bell Helicopter Textron et Pratt & Whitney, ainsi que des chercheurs de Polytechnique Montréal et de l’Université Concordia. Le collaborateur dans ce projet a été François Pepin (Bombardier Aéronautique).
Un nouvel algorithme d’optimisation des cas de charges sur les ailes de l’avion CL-604 a été conçu au LARCASE en collaboration avec Bombardier Aéronautique. Ce nouvel algorithme a pris en compte le minimum de charges sur le CL-604, ce qui pourrait contribuer à l’accélération du temps de conception des nouveaux aéronefs.
Dans le projet « Approximations des forces aérodynamiques dans le temps pour les études des interactions aéroservoélastiques », un très grand nombre de méthodes de conversion des forces aérodynamiques du domaine de fréquence au domaine de Laplace ont été réalisées et validées sur l’avion CL-604 de Bombardier Aéronautique. Les collaborateurs principaux dans ce projet ont été Nicolas Stathopoulos, Sylvain Therien, Alexandre Rathe et Martin Dickinson (Bombardier Aéronautique).
Ce projet a été financé par Bombardier Aéronautique et par le CRSNG. L'équipe de Bombardier a ensuite validé ces algorithmes dans la soufflerie de McGill.
Dans le projet CRIAQ 3.4 intitulé « Implantation d’une technologie d’estimation des paramètres d’un modèle global », l’équipe du LARCASE, en collaboration avec le Conseil de recherches en sciences naturelles du Canada (CRSNG) et Bell Helicopter Textron (BHT), a validé une méthodologie pour analyser les cas critiques aérodynamiques de l’hélicoptère Bell 427 et pour concevoir un modèle global de ce même hélicoptère. Les collaborateurs principaux dans ce projet ont été Joey Seto et Ed Lambert (Bell Helicopter Textron), Dr Ken Hui (IRA-CNRC) et Dr Njuki Mureithi (Polytechnique Montréal).
Les cas critiques sont les suivants : l’autorotation, la transition, les manœuvres proches des coins de l’enveloppe de vol, la dynamique du sol, hover, vol en avant et réaction au sol. Ces cas représentent des défis pour les experts dans les méthodes d’estimation des paramètres. Cette méthodologie a été validée par des essais en vol chez BHT et elle est utilisée pour la certification du simulateur de haute fidélité de niveau D, conformément aux règlements de la Federal Aviation Administration (FAA).
Le principal avantage de cette nouvelle méthode consiste en une importante diminution du nombre d’essais en vol, ce qui a réduit considérablement le coût et le temps nécessaire pour le développement de nouveaux hélicoptères. Cette nouvelle approche a permis la réduction d’environ 60 % du cycle de développement.
- Vidéo de la simulation de vol pour l'hélicoptère Bell 427 à partir de ses essais en vol (par Andrei Popov, doctorant au LARCASE)
- Vidéo de la simulation de l'atterrissage en autorotation pour l'hélicoptère Bell 427 à partir de ses essais en vol (par Andrei Popov, doctorant au LARCASE)
- Vidéo de la simulation de la dynamique au sol pour l'hélicoptère Bell 427 à partir de ses essais en vol (par Dr Michel Nadeau Beaulieu, CAE - étudiant au doctorat diplômé en 2007 au LARCASE).