Minimisation des bruits des avions commerciaux sous contraintes physiques et aérodynamiques
Institution:
Lyon 1Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
The work presented in this thesis treats an environmental problem for reducing the commercial aircraft noise in the vicinity of the civil airports. Our objective is to develop high payoff model to enable a safe, environmentally compatible and economical aircraft. To obtain that, two stages were needed. For the first one, we define the components which formulate an ODE optimal control problem : the ODE system represents the flight dynamics of the aircraft in the vertical plane, the constraints concern some flight safety and comfort requirements, and the cost function is an aircraft noise index describing the effective noise level of the noise aircraft event. In the second stage, we used two numerical approaches: direct and indirect. The direct approach is based on the Karush-Kuhn-Tucker, where we discretize the problem by partitioning the time interval reducing the optimal control problem into finite-dimensional. The nonlinear program is solved using a standard NLP solver. The indirect approach is based on Pontryaguine's principle and an adapted interior point algorithm. Basically, we used the primal-dual formulation of the optimality conditions. A discrestization of these conditions transforms the system to a set of non-linear equations that can be solved according to the discretized variables. Numerical results have been analyzed and their reliability have been proved. Significant noise reduction of the aircraft in approach, were obtained. These profits are very promising in spite that the model should consider more sources, and a better structuring of its architecture. They are of the same order of the developments on the passive materials absorbing in progress
Abstract FR:
Le travail présenté dans cette thèse s'inscrit dans le cadre d'une problématique environnementale de lutte contre les bruits des avions commerciaux au voisinage des aéroports civils. Son objectif est de développer un modèle d'optimisation acoustique des trajectoires et des procédures de vol minimisant le bruits perçu au sol. Deux étapes ont été nécessaires pour répondre à l'objectif annoncé. La première étape a permis de construire un modèle d'optimisation permettant de générer des trajectoires optimales dans le sens où le critère à minimiser est le bruit émis en approche. Ce modèle est de type commande optimale non linéaire et non convexe, gouverné par un système d'équations différentielles. Les principales contraintes liées à la dynamique de vol, aux configurations des avions en approche et à leur sécurité sont considérées dans ce modèle. La deuxième étape a permis de résoudre le problème posé par deux méthodes numériques, directe et indirecte. La méthode directe consiste à discrétiser le problème qui a été réduit à une dimension finie. Sa résolution a été menée avec une technique de type SQP. Quant à la méthode indirecte, nous avons utilisé la formulation primale-duale perturbée des conditions d'optimalité provenant de la méthode du point intérieur. Le système ainsi obtenu a été discrétisé avec une méthode Runge-Kutta symplectique. Sa résolution a été conduite avec une méthode de région de confiance. Les résultats obtenus avec la méthode directe sont présentés et une analyse critique des deux méthodes a été menée. Des gains significatifs, en termes de réduction des bruits d'avions en approche, ont été obtenus. Ces gains se révèlent très prometteurs malgré le fait que le modèle devrait considérer davantage de sources, et une meilleure structuration de son architecture. Ils sont du même ordre de grandeur que les développements sur les matériaux absorbants passifs en cours. Bien évidemment, un modèle complet caractérisé par un travail sur le long terme pourra atteindre des réductions équivalentes aux efforts de la R & D aéronautiques en matière de lutte contre les bruits des avions. Cela assurera naturellement les impératifs du développement durable du transport aérien