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Thèse

Modélisation et optimisation multidisciplinaire robuste de l'avion dans le système du transport aérien

Résumé : Les enjeux économiques associés à la conception, au développement et à l'exploitation des avions sont depuis des décennies des moteurs forts pour poursuivre les efforts technologiques et opérationnels visant à réduire la consommation des avions. Depuis un peu plus d'une décennie et suite au Grenelle de l'Environnement et la mise en place du Conseil pour la Recherche Aéronautique Civile (CORAC), les inquiétudes et ambitions environnementales ont encore exacerbé le besoin de s'inscrire dans une perspective de développement durable du transport aérien. Enfin, la large prise de conscience, lors de la COP 21 à Paris, de l'urgence climatique impose comme une nécessité de réunir toutes les connaissances et les savoir-faire pour décarbonner le transport aérien. L'optimisation de l'avion est un élément essentiel de sa conception et son exploitation et implique de multiples disciplines. Les processus et méthodes d'optimisation multidisciplinaires (MDO) n'ont pas cessé de progresser depuis le début de leur utilisation industrielle dans les années 80 et sont désormais de plus en plus utilisés à chaque étape de la conception d'un nouvel avion. Leur approche itérative du problème visant à converger vers la meilleure solution tend à apparaître à tous les niveaux, des analyses multidisciplinaires aéro-structurales automatisées s'appuyant sur des modèles de différents niveaux de fidélité jusqu'au processus industriel global visant à répondre au besoin des compagnies aériennes. Malgré ces efforts, nous constatons que l'avion est en pratique rarement exploité précisément dans les conditions définies dans les exigences de conception (techniques, géométriques, opérationnelles et réglementaires) et utilisées pour son optimisation dès les premières phases de son processus de développement. Cela est une source de perte d'optimalité pour le système du transport aérien (STA) vis-à-vis de sa mission fondamentale : transporter des passagers ou des marchandises d'un point à un autre par la voie des airs. Ces observations nous amènent à poser à la question suivante : est-il possible de rendre l'avion plus robuste d'un point de vue opérationnel en renforçant, dès les phases de design conceptuel, le lien avec le STA, par de nouvelles formulations MDO? Nous proposons la méthodologie suivante. Dans la première étape, nous repositionnons l'avion dans le STA afin de mieux représenter comment il contribue à son activité mais aussi comment le monde opérationnel influence son design. La deuxième étape vise à réunir des données représentant l'exploitation réelle des avions afin d'en tirer des modèles pertinents, et un outil multidisciplinaire de design conceptuel simulant le processus de conception d'un avion. Lors de la dernière étape, nous étudions trois cas d'application. Le premier étudie la perte d'optimalité opérationnelle due aux variabilités dans les distances de vol. Le deuxième aborde les exigences au décollage en les faisant passer d'un statut de contraintes à un statut de variables de design dans la formulation MDO. Enfin le troisième cas d'application prend en compte les variabilités opérationnelles en croisière, observées et modélisées, dans le processus de design conceptuel. Le premier chapitre de cette thèse présente une analyse de l'existant industriel et académique vis-à-vis de la conception avion et de la représentation du STA, une revue des bases de données opérationnelles existantes et des outils de design conceptuel, ainsi que l'état de l'art relatif à la prise en compte des opérations dans la conception avion et aux méthodes utilisées dans le reste de la thèse. Le deuxième chapitre traite de la calibration de l'outil de conception MARILib, des données opérationnelles utilisées et des modèles qu'elles nous permettent de construire. Le troisième et dernier chapitre présente les trois cas d'application étudiés. Enfin, une conclusion revient sur les principales contributions de cette thèse, les limites et les perspectives associées.
Type de document :
Thèse
Liste complète des métadonnées

https://theses.hal.science/tel-03865172
Contributeur : ABES STAR :  Contact
Soumis le : mardi 22 novembre 2022 - 10:55:42
Dernière modification le : vendredi 25 novembre 2022 - 16:36:12

Fichier

2022TOU30113a.pdf
Version validée par le jury (STAR)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03865172, version 1

Citation

Nicolas Peteilh. Modélisation et optimisation multidisciplinaire robuste de l'avion dans le système du transport aérien. Optimisation et contrôle [math.OC]. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2022. Français. ⟨NNT : 2022TOU30113⟩. ⟨tel-03865172⟩

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