Exploration d’architecture de contrôle pour un système d’aéronefs collaboratifs

Sommaire

DIRECTION DE RECHERCHE: David Rancourt, Professeur - Département de génie mécanique
UNITÉ(S) ADMINISTRATIVE(S): Faculté de génie
Département de génie mécanique
Institut interdisciplinaire d'innovation technologique (3IT)

CYCLE(S): 3e cycle
LIEU(X): 3IT - Institut interdisciplinaire d'innovation technologique

Description du projet

Mise en contexte:

Un concept alternatif aux hélicoptères pour lever et déplacer des charges à la verticale consiste à utiliser des avions câblés autonomes volant en collaboration. Cette approche permet de réduire la consommation énergétique et mieux répondre à des besoins comme la lutte aux feux de forêt et la surveillance du Nord canadien. Le projet COALL vise à améliorer la compréhension des systèmes aériens câblés et à renforcer le contrôle des systèmes d’avions collaboratifs avec un rapport de masse important en développant des modèles à échelle réelle ainsi que des modèles et des prototypes à échelle réduite. Bien qu’une première démonstration en vol stationnaire ait pris place en 2022, il reste un travail substantiel à accomplir avant qu’un prototype puisse réaliser une mission complète.

Le concept représente une approche pionnière révolutionnant le travail aérien en tirant parti d’avions collaboratifs à voilure fixe câblés pour soulever une charge utile. Alors que l’hélicoptère demeure incontournable dans de nombreuses missions, ce système ouvre de nouvelles perspectives : (1) Une endurance prolongée et des opérations à haute altitude, permettant par exemple le déploiement rapide d’une tour d’observation aérienne pour la surveillance de l’Arctique canadien. (2) Un nouveau mode de transport de charges lourdes pour la lutte aux incendies de forêt, avec un meilleur rendement énergétique.

Objectifs du projet :

Dans la configuration étudiée, les aéronefs évoluent dans des conditions de vol atypiques : accélérations latérales importantes, variations rapides de vitesse et couplage dynamique marqué entre la charge et les aéronefs.

Le doctorat portera sur la conception et l’évaluation d’architectures de contrôle robustes permettant de suivre des trajectoires optimales malgré ces contraintes. Plusieurs axes seront explorés :

- Développement et comparaison de formulations de contrôle collaboratif pour les aéronefs câblés en mettant l’accent sur l’utilisation d’actionneurs magnétorhéologiques (MR) pour moduler la tension dans les câbles et réduire le couplage dynamique.

- Modélisation dynamique de l’actionneur MR et intégration dans le modèle global du système.

- Conception, simulation et validation expérimentale de lois de contrôle en force.

Profil recherché:

- Génie Mécanique (aéro/contrôle) ou Génie Robotique (dynamique/contrôle).

- Bonnes bases en contrôle et intérêt pour les systèmes collaboratifs.

- Compétences en programmation + (Matlab, C++).

- Intérêt marqué pour la modélisation dynamique et l’optimisation en contrôle.

- Goût pour le travail en équipe, autonomie et curiosité scientifique.