Commande des systèmes et dynamique du vol
Le laboratoire d'analyse du vol B20
Caractéristiques techniques
Cette page présente une description sommaire de l'installation et en donne les principales caractéristiques.
Les maquettes d'aéronefs dynamiquement semblables, instrumentées et (souvent) pilotées, sont mises en vol au moyen d'une catapulte dans un bâtiment de 90 m de long, 20 m de large et 20 m de haut.
Elles effectuent un parcours en vol dans le laboratoire où les paramètres d'environnement atmosphérique sont rigoureusement contrôlés. En fin de vol les maquettes sont interceptées au moyen d'un dispositif de récupération.
Par rapport aux conditions de vol normales ou équilibrées des sollicitations calibrées peuvent être exercées au cours de l'essai. Ces sollicitations peuvent être introduites par les conditions initiales de catapultage elles-mêmes, par les actions sur les gouvernes en vol, ainsi que par des simulateurs d'environnement ou par une combinaison de ces diverses entrées. Les simulateurs d'environnement permettent de représenter au cours du vol des rafales de vent ou de turbulence atmosphérique ou encore la présence du sol (atterrissage) ou d'une plate forme (appontage).
Les mesures effectuées dans le cas général sont relatives à l'obtention des caractéristiques dynamiques des vols au moyen de systèmes embarqués associés à une trajectographie " sol " pour la reconstitution du vecteur d'état et l'obtention des données aérodynamiques.
Les caractéristiques principales de la catapulte sont :
- Taille maximale de la maquette : 3m
- Masse maximale de la maquette : 35kg
- Vitesse maximale au largage : 45 m/s (60m/s possible éventuellement)
- Énergie cinétique maximale au largage : 35 KJ.
- Zone de mise en vitesse sur catapulte : longueur 25m
- Zone de vol libre exploitable : 50 m
- Catapulte réglable :
- hauteur maximale de la maquette : 16m à pente nulle,
- pente (entre - et + 10°)
- azimut (entre – et + 7.5°)
- Conditions initiales du vol réglables en incidence (de 0 à 60°), en dérapage (entre – et + 10°) et en assiette transversale (entre – et + 20°)
Un système de récupération de la maquette permet de la récupérer sans dommage en fin de vol. Il consiste en un panier de 8m de large rempli de flocons et de matelas de mousse souple en polyuréthane de forte densité. Le dispositif peut être déplacé dans l'installation et le panier récupérateur peut être réglé en élévation de façon à se positionner de façon centrée par rapport à la trajectoire prévue de la maquette.
Le système de trajectographie sol, dont l'objectif est de délivrer en synchronisation avec les mesures embarquées la trajectoire du centre d'inertie et les attitudes de la maquette en vol, est un des éléments clé de la technique expérimentale pour garantir la précision indispensable dans le restitution et l'exploitation des essais. Il permet une restitution en léger différé des paramètres de vol qui s'intègrent ensuite à la procédure générale d'exploitation des essais. Il consiste en un ensemble de caméras vidéo et de mires disposées dans le laboratoire, de cartes d'acquisition des images numériques et de logiciels de traitement de ces images permettant de mesurer les paramètres d'attitude et de position au cours du vol à une fréquence de 24Hz.
Les performances de la trajectographie sol en matière de précision dans la mesure des grandeurs caractéristiques sont les suivantes :
- position du centre d'inertie reconnue à 1 cm près selon les 3 axes en repère sol.
- angles d'Euler à 0.1° près
- Synchronisation espace/temps vis à vis notamment des mesures embarquées à + ou - 1µs.
L'instrumentation embarquée dans les maquettes, dans sa configuration dite de base, a pour objet d'effectuer des mesures inertielles et anémométriques du vol de la maquette. L'ensemble des mesures participe, en conjonction avec les informations relatives à la trajectographie 'sol', à la reconnaissance des caractéristiques dynamiques du vol, à la reconstitution du vecteur d'état, et à l'obtention des données aérodynamiques. Cet équipement est composé d'un codeur PCM (30 voies de mesure, mots de 12 bits, fréquence d'échantillonnage 520Hz par voie), d'accéléromètres, de gyromètres, d'une sonde de pression dite '5 trous' située au nez de la maquette qui délivre des informations sur l'incidence, le dérapage et la pression cinétique, ainsi que de mémoires statiques pour le stockage des données à bord. En fonction du type d'essais à réaliser cet équipement est complété par des prises de pression pour mesurer les caractéristiques locales de l'écoulement et/ou des balances internes pour mesurer des contributions locales au torseur des efforts aérodynamiques. Des actionneurs de gouvernes peuvent également être ajoutés à l'équipement ainsi qu'un microprocesseur pour l'élaboration de lois de contrôle ou pour le déclenchement de gouvernes suivant une loi pré programmée (échelon, créneau, doublet, ...).
En plus du système de trajectographie, l'instrumentation sol située dans le laboratoire comporte :
- un ensemble de sondes permettant de connaître la température ambiante à différentes altitudes dans la zone de vol de la maquette
- un dispositif mécanique de déplacement des caméras permettant de suivre la descente des tourbillons lors de l'enregistrement des images issues de la technique dite PIV ; l'altitude de la structure supportant les caméras peut alors varier de 12 à 3m au cours de l'essai
- un dispositif d'ensemencement qui génère les micro particules dans la zone où sont réalisées les visualisations et les mesures PIV ou Lidar
- un dispositif de déplacement vertical du plan d'illumination laser au cours d'essai, nécessaire aux visualisations et aux mesures de vitesse dans les écoulements étudiés
Pour les études relatives en particulier aux interactions vol-environnement divers équipements destinés à simuler ces effets sont mis en œuvre. La génération de rafales verticales ascendantes ou descendantes, de rafales latérales et de cisaillement de vent est réalisée à partir d'éléments modulaires.
Générateur de rafales verticales
- largeur de veine de référence : 5 m
- longueur de veine de référence : 4,5 m.
- hauteur de veine ouverte : 6 m.
- vitesse maximale en veine 5 m/s soit une variation d'incidence en dynamique d'environ 10° pour une maquette à 28m/s.
- profils réglables au moyen de distributeurs et de pertes de charges disposés dans les caissons de soufflage et d'aspiration.
Générateur de rafales transversales
- largeur de veine ouverte : 6 m.
- longueur de veine de référence : 4,5 m
- Hauteur de veine : 5 m.
- vitesse maximale en veine : 5 m/s soit une variation de dérapage en dynamique d'environ 10° pour une maquette à 28m/s.
- profils réglables analogues à ceux réalisables en rafales verticales.
Pour les études d'effet de sol un
plancher est installé sur toute ou partie de l'espace de vol. L'altitude et la pente de ce plancher peuvent être réglées pour simuler différentes conditions d'atterrissage.
