Optimisation multidisciplinaire : étude théorique et application ... - ISAE

8 La conception d'un avion en phase avant-projet
Introduction
La conception d'un avion est une démarche qui consiste à trouver un compromis entre les
demandes des utilisateurs et ce que permettent de réaliser les moyens actuels. Ces demandes
peuvent provenir des compagnies aériennes pour le transport de personnes et de marchandises,
des besoins militaires avec les avions de combat et les drones, etc. . .
Avant même de construire l'engin volant, on doit être capable de le modéliser par des moyens
informatiques, an d'évaluer la viabilité du projet :
en terme physique : l'avion proposé est-il capable de répondre aux objectifs qui lui sont
demandés ?
en terme économique : son utilisation commerciale est-elle viable et permet-elle d'assumer
ses coûts de conception, de construction, d'utilisation et d'entretien ?
en terme écologique : est-il conforme aux normes environnementales sur la pollution,
s'inscrit-il dans une démarche de développement durable ?
Cette modélisation va solliciter diérents domaines de la physique, tels que la mécanique des
structures, l'aérodynamique, l'énergétique et la propulsion, l'acoustique, etc. . . Il va falloir être
capable de marier toutes ces disciplines an d'obtenir une description cohérente et able des
performances estimées de l'avion.
Les codes de calcul qui traduisent la modélisation de ces diérentes disciplines sont rapidement
gourmands en temps d'exécution. An de faciliter les échanges entre les diérents domaines,
on doit pouvoir disposer de codes plus simples, traduisant une modélisation approchée, rendant
compte des tendances principales au premier ordre, mais dont les temps d'exécution permettront
d'eectuer le calcul de ces disciplines couplées. Ces méta-modèles doivent s'adapter à la
conguration étudiée an de pouvoir donner des résultats cohérents.
La conception avion se déroule généralement en trois phases :
la phase de conceptual design, ou d'étude de concept permet d'évaluer des concepts d'avions
diérents et de déterminer les grandes tendances des performances estimées pour un nombre
restreint de paramètres inuant au premier ordre ;
la phase de preliminary design, ou d'étude préliminaire sert à déterminer la viabilité d'un
concept et de l'améliorer dans un voisinage restreint ;
la phase de detailed design ou de conception détaillée étudie en détail une conguration
donnée et permet de préparer la fabrication de l'engin volant.
Le nombre de paramètres considérés augmente à chaque phase 1 . Ces paramètres sont le fruit
de l'expérience acquise par les concepteurs au cours des années.
Une vision globale de la conception avion est donnée dans la section 1.1. Nous y présentons les
diérents domaines qui interviennent (cf section 1.1.2), puis la démarche de conception selon ces
diérentes phases (cf section 1.1.3), et enn nous exposons les diérents paramètres qui peuvent
servir de variables de conception en phase avant-projet (cf section 1.1.4).
An d'illustrer cette problématique de conception, deux cas-tests de type avion d'aaire
supersonique sont introduits. Ils permettent de décrire le comportement physique de l'avion pour
un nombre de paramètres limités, et de tester diérentes stratégies d'optimisation qui appuieront
la recherche de compromis. Ils sont décrits dans les sections 1.2 et 1.3. Pour chacun d'entre eux,
nous donnons une description des diérentes disciplines qui le composent et nous exposons le
problème d'optimisation associé.
1 Le plus souvent, ce sont les paramètres locaux qui augmentent. Ils peuvent aussi changer de nature. Par
exemple, un paramètre scalaire en phase de conceptual design peut devenir un vecteur en phase de preliminary
design.