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Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace
/ 28-01-2013
Ait Ighil Mehdi
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Ce travail de thèse porte sur la modélisation des phénomènes de propagation affectant les signaux de navigation par satellite en environnement urbain dense avec une focalisation particulière sur les multitrajets et l'aspect large bande du canal de propagation espace/Terre. Le simulateur de canal pseudo temps-réel développé, SCHUN (Simplified CHannel for Urban Navigation), repose sur une approche hybride physico-statistique. La composante statistique de la modélisation permet essentiellement de générer une ville virtuelle à partir de distributions de bâtiments connues. Le reste de la modélisation s'appuie sur une approche physique simplifiée où les interactions ondes électromagnétiques/ville virtuelle reposent d'une part sur un modèle de macro-diffusion à l'échelle des façades, (3CM (Three Component Model)), et d'autre part sur un modèle physique de masquage du trajet direct par les bâtiments. Les principales méthodes numériques sous-jacentes sont l'optique physique et la théorie uniforme de la diffraction. Le simulateur de canal SCHUN ouvre aujourd'hui des perspectives intéressantes pour la modélisation large bande du canal de propagation espace/Terre. Optimisé pour des temps de calcul raisonnables, alliant une composante statistique à une composante physique simplifiée, ce simulateur a été conçu et validé par des mesures expérimentales pour répondre à des besoins de simulation des systèmes à diversité de satellite, diversité de réception, diversité de polarisation ou encore diversité de fréquence pour des applications de navigation par satellite.
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Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace
/ 12-07-2013
Aldebert Grégory
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Les structures composites sont de plus en plus présentes dans le domaine aéronautique. Pour certaines pièces de forme complexe, les composites à renforts tissés s'avèrent être plus adaptés, car ces derniers offrent une meilleure drapabilité. Lors de la construction des aéronefs, les structures sont généralement assemblées par des fixations mécaniques. L'étude des assemblages boulonnés est donc une étape essentielle dans le dimensionnement des structures aéronautiques. Dans ce travail de thèse effectué au sein de l'ICA en collaboration avec l'industriel Aircelle, une étude du comportement des assemblages boulonnés composites à renforts tissés (carbone-époxy G803/914 satin 5) a été menée. L'objectif a été d'aider à la compréhension des mécanismes d'endommagement et des mécanismes de ruptures des assemblages. Une campagne expérimentale visant à identifier le comportement mécanique (du pli et des interfaces) du matériau de l'étude a été réalisée. Trois lois génériques de comportement endommageable du matériau à l'échelle du pli et une loi d'interface ont été identifiées à partir de ces essais afin d'alimenter les modèles d'assemblages. La thèse décrit la cinétique d'endommagement par matage, analysée à partir d'une série d'essais sur des éprouvettes de complexité croissante. Des éprouvettes destinées à réaliser un matage pur ont permis de mettre en évidence la cinétique d'endommagement du composite tissé (cinétique uniquement étudiée sur les UD dans la littérature) pour différentes stratifications. Une modélisation EF non-linéaire implicite à l'échelle du pli (échelle méso) et à l'échelle de la mèche (méso-micro) a été développée dans le but simuler les mécanismes endommagement par matage observés. Le travail effectué sur des assemblages boulonnés en "double-cisaillement" et "simple-cisaillement" a mis en évidence l'influence de paramètres géométriques et technologiques sur le mode de rupture au niveau d'une fixation. Plusieurs modèles numériques associés (basés sur les lois identifiées) ont été réalisés afin de tester leur capacité à reproduire les essais, les résultats sont analysés et discutés. De bons résultats ont été obtenus et des pistes d'améliorations expérimentales et numériques sont proposées.
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Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace
/ 22-10-2013
Ameho Yann
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Les micro-drones sont des aéronefs sans pilotes de dimensions inférieures à un mètre et de poids inférieur à deux kilogrammes. Ils se distinguent des aéronefs classiques pour plusieurs raisons : un cycle de développement plus court, un coût plus faible, leur facilité d'opération et des configurations de véhicules spécifiques. L'ensemble de ces points attendent une réponse spécifique dans le développement des lois de commandes. Cette thèse s'y intéresse à travers deux problématiques : la commande d'une famille de drones quadrirotors et celle d'un drone hybride. Une famille de drones représente un même concept de véhicule décliné en plusieurs tailles dont on peut faire varier la charge utile ou son emplacement. Les lois de commandes doivent assurer un même niveau de performances malgré ses modifications. Un drone hybride se caractérise par sa capacité à réaliser du vol stationnaire et du vol d'avancement. Ces deux modes de vol ont chacun une dynamique de vol spécifique à laquelle les lois de commandes doivent s'adapter. Cette thèse présente la modélisation de quadrirotors et d'un drone hybride puis détaille une approche de commande adaptative indirecte qui répond aux problèmes introduits. La commande adaptative permet de garantir à l'aide d'un correcteur unique les performances de commande pour de multiples systèmes. Les méthodes d'estimation de paramètres et de synthèse linéaire à paramètres variants du schéma de commande sont décrites, puis, finalement, des résultats d'essais en vol montrent l'apport et les limites de cette approche.
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Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace
/ 13-09-2013
Apeloig Julien
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Le travail présenté concerne l'étude des instabilités thermo-acoustiques apparaissant dans une
chambre de combustion aéronautique. Le montage expérimental permet de faire varier
continument les fréquences de résonances et de passer pour une même condition
d'écoulement, d'un régime de combustion stable à un régime instable. La caractérisation
complète d'un cas instable comprend une mesure des conditions acoustiques aux limites du
banc, une analyse du comportement des phases liquide et évaporée, de celui du dégagement
de chaleur instationnaire et une mesure de la fonction de transfert de la flamme. Ces travaux
ont mis en évidence trois phénomènes jouant sur l’injection cyclique de carburant liquide. Les
temps caractéristiques des différents phénomènes intervenant dans le couplage thermo
acoustique et une distribution spatiale de l'indice de Rayleigh sont présentés.
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Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace
/ 21-05-2013
Benyoucef Farid
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Ces travaux de recherche ont pour but d’évaluer la méthode dite de la "Simulation aux
Echelles Adaptées" (SAS pour Scale-Adaptive Simulation). Cette approche coïncide avec une
approche RANS classique dans les zones pariétales attachées et adapte le niveau de viscosité
turbulente dans les zones décollées pour y permettre une résolution partielle des structures turbulentes.
Dans une première partie, une analyse théorique du modèle SAS original a été menée
et a permis de développer une correction visant à favoriser l’adaptation du niveau de viscosité
turbulente dans les zones sièges d’instabilités de type Kelvin-Helmholtz. Le modèle ainsi corrigé
est nommé SAS-αL. Les modèles SAS et SAS-αL ont été implantés dans le code de calcul
Navier-Stokes elsA de l’ONERA. À l’issue de cette étape, trois cas académiques d’écoulements
turbulents instationnaires, cylindre à grand nombre de Reynolds, marche descendante et cavité
transsonique, ont été simulés grâce aux trois modèles de turbulence SST, SAS et SAS-αL. Outre
une comparaison aux bases de données expérimentales disponibles, une attention particulière
a été portée à l’influence de paramètres numériques tels que des schémas numériques d’ordre
élevé. Enfin, afin d’étudier la viabilité de l’approche SAS dans un contexte industriel, les trois
modèles de turbulence ont été testés sur une configuration issue de l’industrie aéronautique et
correspondant à la sortie d’air chaud d’un système de dégivrage des nacelles d’avion. La comparaison
des prévisions obtenues avec les modèles SST, SAS et SAS-αL aux données expérimentales
obtenues à l’ONERA a permis de montrer un gain de précision grâce à l’emploi de l’approche
SAS et ce pour un coût de calcul compatible avec un cycle de conception industrielle.
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Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace
/ 22-02-2013
Besse Frédéric
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Dans un contexte de besoins croissants de moyens de communication pour augmenter
la sécurité des vols et répondre aux attentes des compagnies et des passagers, le monde de
l’aviation civile cherche de nouveaux systèmes de communication pouvant répondre à ces
objectifs. Les systèmes de communication sol-bord existants, que ce soit les solutions par
satellites en bande L (SATCOM, ...) ou les solutions cellulaires par liaison directe avec le
sol (HF, VHF, ...), présentent des limites en terme de capacité, de couverture et de coût.
La proposition avancée dans le cadre de cette thèse est d’utiliser les avions comme
relais afin de propager les données jusqu’à une station sol. Ce système peut être vu comme
un réseau ad hoc mobile dont les nœuds sont les avions civils en vol. Grâce à plusieurs
sauts successifs au travers d’avions relais, chaque avion doit pouvoir joindre le sol sans
être à portée directe d’une station. Le réseau ad hoc ainsi formé peut ensuite être utilisé
pour différentes classes de communications : contrôle aérien, services pour les compagnies
aériennes ou pour les passagers. Une telle solution permettrait d’améliorer la couverture
des solutions cellulaires classiques en zone continentale. Elle est également applicable en
zone océanique où les seuls moyens disponibles sont actuellement le satellite et la HF. On
peut imaginer que les coûts de déploiement et de maintenance seraient relativement bas
puisque l’infrastructure sol est limitée.
Dans cette thèse, nous avons étudié la faisabilité puis les performances qui peuvent
être attendues pour ce système de communication aéronautique innovant.
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Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace
/ 11-03-2013
Boudamouz Brahim
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L’objectif de cette thèse a consisté en l’étude des apports d’une
architecture radar MIMO pour la détection d’êtres humains à l’intérieur
des bâtiments. Pour ce faire, il a tout d’abord été mis en évidence sur un
point théorique la supériorité d’une architecture radar MIMO comparée
au SIMO, en terme de robustesse et de pouvoir discriminant de cibles
rapprochées. Ensuite, les effets de la traversée du mur sur le signal radar
furent décrits et une caractérisation quantitative de la transmission à
travers un mur fut réalisée sur mesures expérimentales. Différents simulateurs
de scénarii de détection à travers les murs ont été produits : un
simulateur réaliste FDTD ainsi qu’un simulateur «comportemental» simplifié.
La méthode de détection et de localisation retenue est l’imagerie radar.
Ainsi, différents algorithmes d’imagerie radar pour une architecture
MIMO furent développés. Des traitements incohérents (migration, multilatération),
cohérents (filtrage adapté) et haute résolution (MVDR, MUSIC
Time Reversal) furent détaillés. Enfin des considérations techniques (bilan
de liaison, temps d’observation de la scène) ont été discutées et deux
architectures radar MIMO ultra-large bande furent proposées. Une architecture
radar MIMO avec 2GHz de bande et un multiplexage temporel
pour l’adressage des antennes d’émission a été réalisée par le personnel
du laboratoire. Des mesures expérimentales ont conduites permettant de
réaliser la détection à travers les murs à l’aide du dispositif réalisé.
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Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace
/ 15-03-2013
Boulanger Xavier
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Les bandes de fréquences utilisées conventionnellement pour les systèmes fixes de télécommunication
par satellites (bandes C et Ku i.e. 4-15 GHz) sont congestionnées. Néanmoins, le marché des
télécommunications civil et de défense accuse une demande de plus en plus importante en services multimédia
haut-débit. Par conséquent, l'augmentation de la fréquence porteuse vers les bandes Ka et Q/V (20-40/50 GHz)
est activement étudiée. Pour des fréquences supérieures à 5 GHz, la propagation des signaux radioélectriques
souffre de l'atténuation troposphérique. Parmi les différents contributeurs à l'affaiblissement troposphérique total
(atténuation, scintillation, dépolarisation, température de bruit du ciel), les précipitations jouent un rôle
prépondérant. Pour compenser la détérioration des conditions de propagation, des techniques de compensation
des affaiblissements (FMT: Fade Mitigation Technique) permettant d'adapter en temps réel les caractéristiques
du système en fonction de l'état du canal de propagation doivent être employées. Une alternative à l'utilisation de
séries temporelles expérimentales peu nombreuses est la génération de séries temporelles synthétiques
d'atténuation due à la pluie et d'atténuation totale représentatives d'une liaison donnée.
Le manuscrit est organisé autour de cinq articles. La première contribution est dédiée à la modélisation
temporelle de l'affaiblissement troposphérique total. Le deuxième article porte sur des améliorations
significatives du modèle de génération de séries temporelles d'atténuation due à la pluie recommandé par l'UITR.
Les trois contributions suivantes constituent une analyse critique et une modélisation de la variabilité des
statistiques du 1er ordre utilisées lors des tests des modèles de canal. La variance de l'estimateur statistique des
distributions cumulatives complémentaires de l'atténuation due à la pluie et de l'intensité de précipitation est
alors mise en évidence. Un modèle à application mondiale paramétré au moyen de données expérimentales est
proposé. Celui-ci permet, d'une part, d'estimer les intervalles de confiance associés aux mesures de propagation
et d'autre part, de quantifier le risque en termes de disponibilité annuelle associée à la prédiction d'une marge de
propagation donnée. Cette approche est étendue aux variabilités des statistiques jointes. Elle permet alors une
évaluation statistique de l'impact des techniques de diversité de site sur les performances systèmes, tant à microéchelle
(quelques kms) qu'à macro-échelle (quelques centaines de kms).
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Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace
/ 18-06-2013
Boumghar Redouane
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La principale difficulté pour la navigation autonome d'un robot dans un environnement partiellement ou totalement inconnu vient naturellement du manque d'informations sur l'environnement : on ne peut assurer que le chemin calculé soit aussi court et aussi sûr que le chemin calculé avec une connaissance parfaite de l'environnement. Les informations sur l'environnement sont obtenues au fur et à mesure de la navigation avec un degré variable de certitude qui dépend de l'environnement lui-même, des capacités de perception et la localisation du véhicule, et c'est l'acquisition des informations pertinentes pour la tâche de navigation qui conditionne sa bonne réalisation. Les travaux proposés sont réalisés dans ce contexte : ils définissent une stratégie de navigation qui est basée sur la détermination des zones où l'information est nécessaire au robot pour atteindre le but.
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Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace
/ 06-12-2013
Bourdeau Aude
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L'utilisation de systèmes GNSS (Global Navigation Satellites System) en environnement urbain s'est fortement développée, notamment avec l'apparition des puces GNSS dans les téléphones portables. Cependant, l'environnement urbain génère des difficultés dans la réception des signaux GNSS qui peuvent engendrer des erreurs en position de plusieurs dizaines de mètres. Nous avons choisi d'apporter une solution à ces problématiques grâce à l'utilisation d'un modèle 3D de ville réaliste simulant la propagation des signaux GNSS. La première partie de notre étude se porte sur la problématique des signaux Non Line Of Sight et propose une solution de navigation utilisant le modèle 3D de ville pour estimer les caractéristiques géométriques des signaux NLOS reçus par le récepteur. Dans la deuxième partie de notre travail, le modèle 3D de ville est utilisé pour estimer le biais dû aux signaux multitrajets sur la mesure de pseudodistance. Enfin, la dernière partie de notre étude propose une solution combinant les méthodes de poursuite vectorielle des signaux GNSS aux apports d'information du modèle 3D de ville afin d'aider la poursuite en contexte d'atténuation des signaux GNSS.
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