Ce travail concerne la modélisation et la commande non-linéaire d'un hélicoptère drone à modèle réduit (VARIO Benzin-Trainer) en présence de rafales de vent. En ce qui concerne la modélisation, un modèle général et lagrangien à 7 DDL (degrés de liberté) extrait de [Avila Vilchi, 2001] pour l'hélicoptère en mode de vol libre en basse vitesse est utilisé. Ce système sous-actionné possède 4 entrées de commande. Nous avons développé un modèle lagrangien à 3 DDL de l'hélicoptère perturbé monté sur une plate-forme expérimentale. Le nouveau modèle perturbé présente un grand défi à cause du fort couplage entre les entrées de commande et les états du système, de plus ce modèle est sous-actionné. Différentes stratégies de commande sont utilisées pour commander le modèle réduit de l'hélicoptère perturbé à 3 DDL. Des résultats de simulation montre l'efficacité de la commande backstepping qui stabilise le système en suivant une trajectoire et qui rejete parfaitement la perturbation. Une étude en simulation de la robustesse est faite pour cette commande. Pour le modèle général à 7 DDL, une étude de l'équilibre de l'hélicoptère pendant le vol stationnaire est faite. Nous avons ensuite développé le modèle à 7 DDL de l'hélicoptère perturbé par deux types de rafale de vent, verticale et latérale. Contrairement au modèle à 3 DDL, la dynamique de zéros du modèle à 7 DDL est instable. Toutefois, en négligeant les forces de translation d'amplitude faible et les rafales de vent, on peut obtenir un modèle à minimum de phase. Ce dernier nous permet d'utiliser une loi de commande linéarisante approchée AFLC. Pour améliorer la robustesse et la précision de cette commande linéarisante AFLC, on utilise un observateur non linéaire à état étendu et approché AADRC que nous avons développé en se basant sur la méthode de rejet actif de perturbation ADRC et en utilisant le modèle approché. Plusieurs simulations sur le modèle complet montrent alors que l'ajout de cet observateur permet de compenser l'effet des forces de translation d'amplitude faible et des rafales de vent.

La simulation numérique de la prévision du bruit aérodynamique par la résolution des<br />équations de Navier-Stokes demeure hors de portée des supercalculateurs pour les configurations industrielles. Le calcul aérodynamique local doit être relayé par une méthode<br />de propagation acoustique dans une zone où l'écoulement est inhomogène. La résolution<br />numérique des équations d'Euler en perturbation, discrétisée par une méthode des diffé-<br />rences finies d'ordre élevé stabilisée, autorise la propagation acoustique dans cette zone.<br />Plusieurs stabilisations sont étudiées. Une interface curviligne d'ordre élevé, basée sur une<br />interpolation de Lagrange dans un élément de référence, est développée afin de faciliter le<br />couplage Simulation des Grandes Echelles/Euler. Cette méthode numérique est appliquée<br />à l'étude du rayonnement de sources de bruit de la cavité de bec d'une aile hypersustentée,<br />en configuration d'approche, et, à la prévision du bruit rayonné par l'écoulement turbulent<br />autour d'une plaque plane.

Les drones miniatures à voilures tournantes tendent aujourd'hui à devenir les nouveaux outils du fantassin, grâce à la polyvalence des missions auxquelles ils peuvent être employés. Leur principal atout concerne leur capacité à combiner le vol stationnaire et le vol de translation rapide, dans des environnements étroits et encombrés. Nous proposons ici l'étude d'un nouveau concept de drone atypique appelé GLMAV (Gun Launched Micro Air Vehicle), qui consiste à amener un véhicule hybride projectile/drone très rapidement sur un site d'intérêt éloigné, en utilisant l'énergie fournie par une arme portable. La première tâche concerne la modélisation aérodynamique du GLMAV. L'identification paramétrique du modèle aérodynamique est alors réalisée à partir de données expérimentales d'efforts, que nous pouvons a priori quantifier par un critère algébrique d'excitabilité persistante. Nous proposons ensuite des techniques de filtrage, afin d'estimer les paramètres anémométriques inconnus mais nécessaires pour connaître l'environnement aérodynamique dans lequel l'engin évolue. De plus, pour palier à la défaillance de capteurs embarqués et qui peuvent affecter l'information de vitesse linéaire après le tir, nous proposons un estimateur d'ordre réduit de la vitesse linéaire. Dans ces deux problèmes d'estimation, nous prouvons la stabilité des observateurs proposés. Enfin, nous proposons une structure de commande pour la stabilisation de l'engin en vol quasi-stationnaire à partir d'un modèle de synthèse linéaire. Les efficacités des méthodes proposées sont illustrées par des résultats de simulations numériques et des essais expérimentaux

Dans l'optique de développer à terme des modèles pertinents et in fine améliorer le design de véhicules supersoniques, cette étude propose une analyse détaillée de l'influence d'un choc et d'un transfert de chaleur sur la structure de la turbulence au sein d'une couche limite supersonique. La stratégie numérique utilisée repose sur des simulations numériques directes des équations de Navier-Stokes à l'aide de schémas WENO et compact d'ordre élevé. Le développement complet de la couche limite est simulé à l'aide d'un forçage amont à la paroi afin de s'assurer du plus haut degré de réalisme dans la zone d'étude. Des conditions de séparation naissante et deux conditions thermiques de paroi (adiabatique et refroidie) sont considérées. L'analyse se concentre sur l'altération des caractéristiques moyennes et turbulentes à travers la zone d'interaction et au sein de la zone de relaxation, sur la base de profils moyens et de paramètres intégraux. L'amplification anisotrope des variables turbulentes est quantifiée tandis que les évènements turbulents associés à la modification de la structure globale sont identifiés. La forte modification des champs thermiques moyens et turbulents par le refroidissement est mise en exergue, notamment la diminution significative des quantités turbulentes à travers la couche. Par ailleurs, la réduction à la fois des longueurs d'influence amont, de séparation et de relaxation est mise en évidence.

Dans un contexte de croissance du trafic aérien et dans le but de réduire la consommation de carburant ainsi que les émissions de polluants dans l'atmosphère, l'avion de demain se doit d'être plus respectueux de l'environnement. Dans un objectif d'optimisation de ses performances aérodynamiques,d'importantes activités de recherche sont menées dans le monde pour étudier de nouveaux dispositifs de contrôle actif des écoulements en temps réel. Depuis une dizaine d'années, l'utilisation de la décharge à barrière diélectrique surfacique comme actionneur plasma pour le contrôle d'écoulements suscite un intérêt grandissant. Ce type d'actionneur permet de créer un plasma non-thermique capable de générer un écoulement basse vitesse, appelé vent ionique, qui interagit avec l'écoulement naturel en proche paroi pour l'amener dans un état souhaité. Les études expérimentales présentées dans cette thèse portent, d'une part, sur la caractérisation de l'actionneur plasma sous atmosphère contrôlée pour étudier le rôle de l'azote et de l'oxygène sur le comportement de la décharge et d'autre part, sur l'évaluation des potentialités de cet actionneur à contrôler le décollement massif naissant au bord d'attaque d'un profil d'aile placé à forte incidence. Les résultats mettent en évidence l'importance du rôle joué par O2 dans l'amorçage des filaments de plasma et dans la production de vent ionique. Le taux de production d'ozone de l'actionneur plasma a été quantifié en fonction de la puissance électrique. Les essais en soufflerie, réalisés dans le cadre du projet européen PLASMAERO, montrent l'effet de la fréquence de pulsation du signal d'alimentation haute tension sur la réponse de l'écoulement décollé et des ses instabilités naturelles. Il est ainsi possible, pour le profil placé à des incidences au-delà de l'incidence de décrochage naturel, d'augmenter la portance du profil en supprimant le décollement ou en favorisant la formation de tourbillons portants à l'extrados du profil.

Cette thèse est dédiée à l'étude des caractéristiques phonétiques de la voix et de la parole après cordectomie laser de type II-III, proposées pour des tumeurs laryngées limitées à un seul pli vocal. Les cordectomies de type II-III consistent en la résection de l'épithélium, du ligament vocal, de la lamina propria et d'une partie variable du muscle vocal. La nouvelle configuration anatomico-physiologique engendre un accolement des plis vocaux moins efficace et une asymétrie vibratoire, impliquant des perturbations en fréquence et en amplitude du fondamental ainsi qu'une possible altération du trait de voisement. Il s'agit d'une étude prospective de 10 patients masculins et francophones âgés de 47 à 80 ans. Les sujets ont été enregistrés entre 6 mois et 1 an postopératoire. Une population saine de 10 témoins masculins, âgés de 34 à 67 ans nous a servi de référence. Le premier chapitre est un rappel anatomique et biomécanique de la phonation. Il permet de mieux comprendre et appréhender les mécanismes de production de la voix et de la parole. Le second chapitre présente succinctement les chirurgies partielles du larynx. Il nous permet de déterminer, en particulier, les conséquences d'apparition et de pratique des cordectomies laser. Le troisième chapitre est une description des différentes cordectomies laser. Nous présentons également une revue de la littérature qui met en évidence les résultats fonctionnels après ces chirurgies, mais surtout qui insiste sur la dimension multiparamétrique des approches scientifiques. Le quatrième chapitre est une description détaillée de nos populations étudiées, des corpus et des matériels utilisés pour nos différentes études. Le cinquième chapitre comprend quatre études qui montrent l'impact de la chirurgie sur les paramètres de la F0, de l'intensité sonore et de leurs indices de perturbation (jitter et shimmer). Les plages de variation de F0 des sujets y sont analysées. Enfin, le dernier chapitre est consacré à l' implémentation du trait de voisement. Celui-ci se compose de quatre études (acoustique, aérodynamique, EGG et perceptive) qui nous permettent d'étudier la réalisation du contraste de voisement des occlusives après ces cordectomies.

Ce manuscrit présente les travaux de thèse réalisés dans le cadre d'une convention CIFRE entre Renault Trucks et le LMFA. Une stratégie de contrôle d'écoulement, associant un volet déflecteur et des actionneurs de type jets pulsés et synthétiques, est étudiée expérimentalement en vue de réduire la traînée aérodynamique de corps non profilés à culot droit. Une première approche consiste à étudier l'influence de cette stratégie sur une maquette bidimensionnelle. Des mesures de vitesse dans le sillage proche par TR-PIV et par anémométrie à fil chaud démontrent qu'une certaine gamme de fréquence d'actionnement permet à l'écoulement de recoller sur le volet et de diminuer les fluctuations de vitesse dans la zone de recirculation, ce qui engendre une augmentation de la pression au culot. Une analyse par moyenne de phase et la détermination de corrélations spatio-temporelles permettent d'identifier les perturbations induites par le contrôle conduisant à ces modifications de l'écoulement. Un système de jets synthétiques est ensuite intégré à une maquette simplifiée de véhicule poids lourd à l'échelle 1/8e, dont le sillage est représentatif des remorques réelles. Des gains en traînée significatifs sont obtenus et sont associés aux mêmes phénomènes aérodynamiques que pour la maquette bidimensionnelle. Enfin, une étude paramétrique montre la robustesse du contrôle aux caractéristiques de la couche limite incidente aux jets et à la longueur du volet déflecteur.

Cette thèse est dédiée à l’étude des caractéristiques phonétiques de la voix et de la parole après cordectomie laser de type II-III, proposées pour des tumeurs laryngées limitées à un seul pli vocal. Les cordectomies de type IIIII consistent en la résection de l’épithélium, du ligament vocal, de la lamina propria et d’une partie variable du muscle vocal. La nouvelle configuration anatomico-physiologique engendre un accolement des plis vocaux moins efficace et une asymétrie vibratoire, impliquant des perturbations en fréquence et en amplitude du fondamental ainsi qu’une possible altération du trait de voisement. Il s’agit d’une étude prospective de 10 patients masculins et francophones âgés de 47 à 80 ans. Les sujets ont été enregistrés entre 6 mois et 1 an postopératoire. Une population saine de 10 témoins masculins, âgés de 34 à 67 ans nous a servi de référence. Le premier chapitre est un rappel anatomique et biomécanique de la phonation. Il permet de mieux comprendre et appréhender les mécanismes de production de la voix et de la parole. Le second chapitre présente succinctement les chirurgies partielles du larynx. Il nous permet de déterminer, en particulier, les conséquences d’apparition et de pratique des cordectomies laser. Le troisième chapitre est une description des différentes cordectomies laser. Nous présentons également une revue de la littérature qui met en évidence les résultats fonctionnels après ces chirurgies, mais surtout qui insiste sur la dimension multiparamétrique des approches scientifiques. Le quatrième chapitre est une description détaillée de nos populations étudiées, des corpus et des matériels utilisés pour nos différentes études. Le cinquième chapitre comprend quatre études qui montrent l’impact de la chirurgie sur les paramètres de la F0, de l’intensité sonore et de leurs indices de perturbation (jitter et shimmer). Les plages de variation de F0 des sujets y sont analysées. Enfin, le dernier chapitre est consacré à l’ implémentation du trait de voisement. Celui-ci se compose de quatre études (acoustique, aérodynamique, EGG et perceptive) qui nous permettent d’étudier la réalisation du contraste de voisement des occlusives après ces cordectomies. / This thesis concerns the study of the phonetic characteristics of the voice and speech after laser cordectomy of types II-III, proposed for laryngeal tumors limited to the vocal fold. Cordectomies of types II-III consist of resection of the epithelium, vocal ligament, lamina propria and a variable part of the vocal muscle. This new anatomicophysiological configuration creates an apposition of the vocal folds less effective and a vibratory asymetry, which involve perturbations in frequency and amplitude and a possible alteration of the voicing. This is a prospective study of 10 male French patients aged 47-80 years. The subjects were recorded between 6 months and 1 year postoperatively. A healthy population of 10 males, aged 34-67 years was the control group. The first chapter is a anatomical and biomechanical reminder of the phonation. It provides a better understand of the mechanisms of voice production and speech. The second chapter is a brief presentation of partial laryngeal surgeries. It allows us to determine, in particular, the emergence of laser cordectomies. The third chapter is a description of the different laser cordectomies. We also present a review of the literature which shows the functional results after these surgeries, but also emphasizes on the multiparamétric dimension of the scientific approaches. The fourth chapter is a detailed description of the populations studied, the corpus and the materials used for our various studies. The fifth chapter includes four studies which show the impact of surgery on the parameters of the F0, loudness and their perturbation factors (jitter and shimmer). The ranges of variation of F0 of the subjects will be analyzed. The last chapter is devoted to the implementation of the voicing feature. It consists of four studies (acoustic, aerodynamic, EGG and perceptual) which will allow us to observe the preservation of voicing contrast of plosives after these cordectomies.

L’introduction de fuselages et de pales de plus en plus légers durant le développement des nouveaux hélicoptères, combinée à une puissance disponible augmentée peut donner lieu à des couplages rotor/structure d’un nouveau genre. Ces instabilités complexes apparaissent à des fréquences plus élevées que les couplages connus et étudiés tels que les résonances sol et air, et impliquent des modes de pale souple, des modes de structure, et des phénomènes aérodynamiques. Des codes de calcul multi-corps aéromécaniques tels que HOST sont capables de déterminer la stabilité de l’hélicoptère, mais sont difficilement modifiables et manipulables. Des modèles analytiques existent également pour les instabilités maîtrisées citées précédemment, mais n’ont pas les capacités de modélisation nécessaires à la prédiction de ces couplages haute fréquence. Ce travail de thèse se concentre sur le développement d’un modèle semi-analytique, capable de prédire la stabilité de l’hélicoptère vis-à-vis de ces phénomènes. Cette approche est différente de l’approche multi-corps et a un double avantage car elle permet des études paramétriques rapides et une analyse terme à terme des équations de la dynamique de l’hélicoptère. Ce modèle a été validé à l’aide de HOST et le mécanisme de l'instabilité a été détaillé. Enfin, l’influence des paramètres de rotor, de structure, et de vol a été évaluée et les considérations architecturales pour éviter l'apparition de tels phénomènes sont présentées. / The introduction of lightweight fuselages and blades during new developments, combined with an increased available power, may lead to the triggering of a new kind of rotor/structure coupling. These complex instabilities appear at higher frequencies than known and studied couplings, such as ground and air resonance, and involve elastic blade modes, structure modes, and aerodynamic phenomena. Comprehensive analysis codes, like HOST, are able to determine the helicopter stability but can hardly be tweaked and handled. Rotor/structure coupling analytical models also exist for ground and air resonance, but do not have the modeling capabilities required to predict these high frequency couplings. This research work focuses on the development of a semi-analytical model, able to predict the helicopter stability with respect to these phenomena. This approach has a two-fold advantage since fast parametric studies can be carried out and a term-by-term analysis of the helicopter stability equations can be performed. This model has been validated with HOST and the triggering mechanism has been detailed. Finally, the influence of rotor, structure, and flight parameters has been evaluated and architectural considerations to avoid the appearance of such couplings are presented.

This work proposes to address the computation of flow-generated noise, including the high frequency components in an acceptable computational time, relative to industrial applications. In this framework, hybrid methods based on aeroacoustic analogies are relevant to predict the corresponding sound, in term of computational time and easy implementation, and are separating the sources of sound computation from the sound propagation itself. Both parts of the hybrid method are then investigated.<p><p>Firstly, the sources of sound should be computed accurately, reproducing most of the energy content of the turbulent flow. The present study is mainly based on LES computations, that are a good compromise between the accuracy and the time required to obtain the sources, especially for low Mach number application, where incompressible flow computations can be used. The influence of the computational parameters is then studied through the investigation of the influence of the boundary conditions, flow solver, mesh refinement, LES subgrid-scale model and computational domain definition. <p><p>Secondly, the sound sources propagation is computed using classical analogies based most of the time on free field Green's functions. They are limited to the low frequency range of the emitted sound spectrum, where the source is compact, if incompressible acoustic sources are used. They are then proposed to be combined with Amiet's theory for airfoil noise to cover the remaining high frequency part of the sound spectrum. The limitations of Amiet's theory are analysed through the geometrical and acoustical far-field assumptions. Furthermore, an inverse strip method is proposed to extend Amiet's theory to spanwise varying flow conditions and taking correctly into account the spanwise wave number effects. <p><p>The leading-edge noise mechanism is studied through the interaction of the turbulent region of a jet with a NACA0012 airfoil. The hybrid method, consisting in an incompressible LES computation combined with Curle's analogy, showed its limitation to the low frequency range of the sound spectrum when low-order CFD are used. The Amiet's theory, based on the modelisation of the upstream velocity spectrum, provides a good sound prediction at high frequency, as far as the airfoil thickness is accounted for. <p><p>The Trailing-edge noise mechanism is studied through the flow around a mid-span cut of a blade (CD airfoil) of an automotive cooling fan. <p>Three different acoustic methods are used :Curle's analogy is using wall-pressure fluctuations over the airfoil surface, Ffowcs-Williams and Hall's analogy is using volumetric velocity informations around the trailing-edge and Amiet's theory for trailing-edge noise is using the wall-pressure spectrum around the trailing-edge and the corresponding spanwise correlation. The methods using wall-pressure informations are shown to directly transfer the informations of the wall-pressure spectrum to the sound spectrum. Differences are appearing in the higher frequency range where the airfoil starts to be non compact, invalidating the use of Curle's analogy at such frequencies compared to the other methods, taking scattering effects into account implicitly in their formulations. <p><p>Finally, in order to reduce the computational cost, Amiet's theory for trailing-edge noise is proposed to be driven from steady RANS computations. Two methods to compute the wall-pressure spectrum from boundary-layer informations are studied. Their respective robustness and reliability are analysed in an uncertainty quantification framework, in case of varying velocity profiles upstream the airfoil. Both models showed similar results and tendency compared to the wall-pressure LES spectrum, as far as the flow topology remains similar. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished