Les étapes de la conception préliminaire

Pour réaliser un nouvel avion, une étude avant-projet est organisée en plusieurs étapes. Les figures 1.6 et 1.7 résument les principales étapes et les différents besoins fonctionnels d’une conception avant-projet :

1.2. Les aspects multidisciplinaires et le rôle de la conception préliminaire

Fig. 1.5 – Le bouclage Masse/Performance [5]

lysant les attentes commerciales et les évolutions du marché, de proposer une série de besoins et d’objectifs. Une fois cette série d’objectifs définie, on s’appuie sur les expériences passées et sur les avions connus pour trouver, parmi ceux existants, celui qui est le plus proche de l’étude, et que l’on l’appelle avion de référence.

2. Les objectifs de la première étape définissent le contexte de l’étude, et permettent de sélectionner un avion le plus proche de ce contexte. Durant la seconde phase, le concepteur collecte des briques de modélisation (de modèles) qui sont utilisables dans le contexte de l’étude. Cet ensemble de briques comprend des modèles d’aéro- dynamique, de calcul de masse, etc.

3. Avec l’ensemble des modèles de simulation sélectionnés, le concepteur construit une fonction de simulation et lui applique l’avion de référence, pour lequel les perfor- mances réelles sont connues. En comparant les performances fournies par les modèles choisis avec les performances réelles de l’avion, on vérifie la qualité des résultats four- nis par l’assemblage de modèle. Ainsi lorsque les résultats fournis par les modèles ne sont pas satisfaisants, on les ajuste en utilisant des outils de calibrage.

4. À ce stade de la modélisation de nombreux degrés de liberté (paramètres de concep- tion) sont disponibles. Afin de définir un problème optimisable, le concepteur sé- lectionne des topologies géométriques qui permettent de réduire le nombre de pa- ramètres. Par exemple, les caractéristiques d’une aile seront modifiées à l’aide de quelques paramètres.

1. Trouver un point de départ

(référence)

Chercher les données avions parmi les expériences passées

2. Collecter les modèles applicables au projet

3. Calibrer les modèles

4. Choisir des simplifications géométriques

Réduire le nombre de degrés de liberté

Choisir un point calculant en utilisant l’avion de "référence"

Vérifier les résultats obtenus par l’assemblage de modèles

Ajuster les coefficients de calibrage Concepteur avion

Fig. 1.6 – Formulation du problème et définition des éléments de simulation

5. Une fois que les modèles sont calibrés et que les degrés de liberté sont définis, le concepteur introduit de nouveaux coefficients de calibrage, qui vont permettre de tenir compte des innovations technologiques disponibles ou envisagées. La fonction est alors utilisée pour trouver un ensemble de paramètres de conception qui satisfont le nouveau cahier des charges. Cependant pour simplifier le problème et la recherche de ce point de départ, l’étude est souvent réalisée dans un premier temps sans étudier le bouclage Masse/Performance (section 1.2.4). À ce stade, la conception est donc incomplète et non cohérente, puisque la masse fournie en entrée et en sortie du système n’est pas équivalente. Mais ce point de départ est qualifié de calculant, puisqu’il respecte les contraintes (performances) du problème.

6. Ensuite, le nouvel avion est étudié avec une chaîne de conception complète, qui inclut un bouclage Masse/Performance cohérent. La recherche de la cohérence est lancée à cette étape. Mais parfois le bouclage n’est pas réalisable avec le paramétrage obtenu à l’étape précédente et certains objectifs doivent alors être modifiés. Dans ce cas, il est au moins nécessaire de recommencer l’étape précédente.

7. Lorsque la chaîne de conception est vérifiée, une première optimisation du nouvel avion peut être engagée. Elle débute par la sélection des critères à optimiser. Des

1.2. Les aspects multidisciplinaires et le rôle de la conception préliminaire

5. Analyser le nouvel avion sans chaine de conception

Introduire des innovations technologiques

6. Etudier le nouvel avion avec une chaine de conception

7. Optimiser l’avion critère par critère

Préciser le cahier des charges

Rechercher un point calculant en utilisant une chaine d’analyse

(sans boucles de conception)

Introduire les contraintes sur les boucles

8. Consolider les résultats

9. Analyser la sensibilité des résultats

Sensibilité des performances

Sensibilité des paramètres de conception Concepteur avion

Fig. 1.7 – Construction de configurations avions de haut niveau

optimisations critère par critère sont ensuite réalisées afin de proposer les configu- rations optimales pour chacun d’entre eux.

8. Une fois ces résultats obtenus, une phase d’analyse et de consolidation est réalisée. Elle consiste à confronter les résultats à d’autres sources de calcul ou à d’autres experts du domaine, jusqu’à présent extérieurs à l’étude. On teste alors différentes hypothèses et on vérifie si d’autres choix plus pertinents n’auraient pas été possibles.

9. Finalement, la dernière étape consiste à sélectionner une solution et une configu- ration et à lui appliquer des analyses de sensibilités. L’objectif est alors de vérifier que la solution trouvée n’est pas trop sensible aux modifications des paramètres de conception ou des performances.

Par souci de simplicité, les différentes étapes présentées de façon séquentielle dans la réalité de nombreuses boucles sont possibles et l’avancement de l’étude peut être différent en fonction de la discipline.

1.3

Les besoins fonctionnels d’une application aidant à