La prochaine génération d’avions civil sera probablement une révolution en termede configuration d’avion, différant largement de l’architecture désormais classique “fuselage- ailes- moteurs sous voilure”. Du point de vue des qualités de vol, la tendance actuelle est d’évoluer versdes avions de moins en moins stables, à la fois en longitudinal et latéral. Il est dès lors probableque les futurs avions ne seront pas directement contrôlables par un humain sans l’apport de lois decommande stabilisantes. Il devient alors nécessaire de considérer l’apport des systèmes de commandesde vol très tôt dans la conception de l’avion, notamment pour le dimensionnement desempennages, gouvernes et actionneurs, contrairement au processus actuel qui ne prend principalementen compte que des critères “boucle ouverte” d’équilibre en phase de conception préliminaire.Plutôt qu’un processus itératif de dimensionnement puis synthèse de lois de commande, nousproposons d’optimiser simultanément les tailles de gouvernes, actionneurs et commandes de volen tenant compte des instabilités longitudinales et latérales, ainsi que des contraintes industriellessur la structure de correcteurs, sur un cas d’application de type aile volante. Ce processus de“co-design” permet de dimensionner des paramètres physiques de l’avion en tenant compte desapports d’une boucle de retour pour contrer des perturbations externes telles que de la turbulenceatmosphérique, permettant un avion plus sûr et optimal. / Next generation of civil transport aircraft is likely to be a radical change in overallconfiguration compared to traditional tube-and-wing design. From a handling qualities perspective,current trend in modern airliners is to evolve towards more and more unstable aircraft, bothfrom longitudinal and lateral-directional point of view. As a consequence future aircraft may notbe controllable by human operator without stabilizing control laws. It then becomes necessaryto consider flight control systems contribution early in the design phase for control surfaces,empennages and actuators sizing, as opposed to traditional way of working dealing only withopen-loop criteria for preliminary sizing. Instead of an iterative process of sizing and controllaws synthesis, we propose to concurrently optimize control surfaces, actuators and flight controllaws taking into account longitudinal and lateral instability as well as industrial structure forcontrollers, for unstable configurations such as Blended Wing-Body (BWB). This “co-design”procedure enables sizing of physical aircraft parameters taking into account benefits from feedbackstabilization for counteracting external disturbance such as atmospheric turbulence, thus leadingto safer and more optimal aircraft configurations.

Cette thèse s'inscrit dans le domaine de l’étude des lois de commandes de vol pour hélicoptères. Les automaticiens doivent régler les gains de ces lois de manière à respecter au mieux les exigences de Qualités de Pilotage extraites de la norme ADS-33. La norme traduit ces exigences en termes de critères de Qualités de Vol. Ils évaluent la qualité de la stabilité, de l'agilité, et du suivi des consignes du pilote par la machine. Ils traduisent la pilotabilité de l'hélicoptère pour un pilote « moyen » de référence. A part une technique d’optimisation interactive développée à la NASA et l'US Army depuis 40 ans, il n’existe pas de méthode appropriée à ce problème. Les réglages sont effectués de manière empirique et itérative. L’ONERA propose une approche méthodologique structurée. L’objectif de la thèse consiste à développer cette méthodologie de manière à gérer deux contraintes supplémentaires par rapport aux capacités des méthodes de synthèse classiques en automatique : la capacité à prendre en compte la structure contrainte des lois de commande et les exigences spécifiques en terme de Qualités de Vol selon la norme ADS-33.Une technique d'amélioration des Qualités de Vol par analyse de sensibilités entre les gains et les critères est développée. Puis une méthodologie d’initialisation des gains est proposée, via la création et l’utilisation efficace de nouveaux abaques de Qualités de Vol pour modèles équivalents simplifiés. Afin d'améliorer l'efficacité de ce réglage initial, deux contraintes supplémentaires sont prises en compte (énergie et découplage). Enfin, un processus complet de réglage est proposé : initialisation, ajustement linéaire et ajustement non linéaire. / This study is in the field of designing helicopter control laws. Designers must tune the gains of these laws in order to meet as much as possible Handling Qualities requirements from ADS-33. This standard translates these requirements in terms of Flying Qualities requirements. Then, we can evaluate the quality of the stability, of the quickness, and of the ability of the machine to follow the inputs from the pilot. Apart from an interactive optimization technique developed at NASA and US Army over the last 40 years, no appropriate method exists to solve this problem. Then, empirical iterative tunings are led. ONERA addresses this issue through a structured methodological approach. The aim of the thesis is to develop this methodology, taking into account two additional constraints compared with the capabilities of usual synthesis methods used in automatics: the capability to deal with the constraints from the control law structures and with the Handling Qualities requirements from the ADS-33 standards. A technique is developed to improve the Flying Qualities using sensitivity studies between gains and criteria. Then, a methodology to initialize the gains is developed, through the creation and the efficient usage of new Flying Qualities-based charts for equivalent simplified models. In order to improve the efficiency of the initial tuning, two additional constraints are taken into account (uncoupling and energy). Thus, a complete full procedure of tuning is proposed: initialization, linear adjustment and non linear adjustment.