Plan de cours

École de technologie supérieure
Maîtrise en génie aérospatial
Trimestre :
Professeur responsable :
Été 2014
René Jr. Landry
Chargés de cours :
John Maris
Maxence
Vandevivere
Puthy Soupin
Crédits :
4
MGA 856 − Ingénierie et principes des essais en vol
Plan de cours
(V2.8) 24 avril 2014
OBJECTIFS SPÉCIFIQUES
Au terme de ce cours, l’étudiant sera en mesure :
 de distinguer les différentes normes et réglementations applicables aux essais en vol;
 de savoir planifier des essais en vol considérant l’aspect environnemental, le matériel disponible et la
gestion omniprésente de la sécurité;
 de reconnaître les différentes procédures d’essais des systèmes et cellule applicables aux aéronefs;
 de rédiger des rapports d’essais selon les méthodes d’analyse enseignées;
DESCRIPTION SOMMAIRE
Le cours d’ingénierie et principes des essais en vol est structuré en cinq chapitres, soit la réglementation, la
planification des essais, la conduite des essais cellule, la conduite des essais systèmes et l’aspect
d’analyse des essais en vol.
Le premier chapitre introduit l’aspect réglementaire canadien incluant la Loi sur l’aéronautique, les normes,
les documents réglementaires, les circulaires d’information et traite de leurs interactions complexes. La
matière couvre le raisonnement, les processus et les particularités le la partie 523 du règlement canadien –
Manuel de navigabilité et les circulaires d’information pour la conduite des essais en vol.
Le deuxième chapitre traite du processus de préparation de l’avion et de la planification des essais.
L’aspect atmosphérique, l’instrumentation, le plan d’essais, la conformité, la sécurité et le contrôle aérien.
Le troisième chapitre traite de l’aspect des essais et de l’évaluation des systèmes embarqués, soit les
systèmes électriques, hydrauliques, etc., les commandes de vol assistés, l’avionique, l’autopilote, etc.
Le quatrième chapitre couvre l’aspect des essais et de l’évaluation de la performance de la cellule
(airframe) et de la manœuvrabilité de l’appareil.
Le chapitre cinq traite de l’analyse des données des essais en vol, de la démonstration de la conformité,
des limites de performance et de la rédaction des rapports d’essais.
Chaque chapitre est appuyé par des études de cas et des exercices pratiques au sol et en vol permettant
aux étudiants d’appliquer directement la matière de ce cours, en utilisant dans certains cas des plateformes
réelles d’intégration telles qu’un banc d’essais volant et un simulateur de vol de recherche.
MGA 856 – Ingénierie et principes des essais en vol
V2.8 – 24 avril 2014
Session Été 2014
STRATÉGIES PÉDAGOGIQUES
Trois heures de cours magistral par semaine, et deux heures de laboratoires par semaine avec une étude
de cas et deux projets sur des plateformes d’essais.
PLAGIAT ET FRAUDE
Les clauses du « Chapitre 10 : Plagiat et fraude » du « Règlement des études de cycles supérieurs »
s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département de génie électrique.
CONTENU DÉTAILLÉ DU COURS MAGISTRAL
(39 HEURES)
0. Introduction : discussions à propos des lectures et questions préparatoires
0h+
1. Règlementation canadienne
1.1 Règlement de l’aviation canadien – RAC partie 525
1.2 Manuel de navigabilité et circulaires d’information pour la conduite des essais en vol
1.3 Recherche des normes applicables, réglementation FAA
3h
(1h)
(1h)
(1h)
2. Préparation de l’avion et planification des essais
2.1 Écarts de l’atmosphère standard, altitude densité et variations de température
2.2 Masse et centrage, enveloppe de vol, endurance, rayon
2.3 Endurance et rayon
2.4 Instrumentation pendant les essais en vol
2.5 Création d’un plan d’essai
2.6 Logistique, mission, sécurité et contrôle aérien
9h
(1h)
(1h)
(2h)
(2h)
(2h)
(1h)
3. Procédures d’essais systèmes
3.1 Calibration du système pitot-statique
3.2 Systèmes électriques, hydrauliques et pneumatiques
3.3 Systèmes de volets, volets de bord d’attaque et système de contrôles assisté
3.4 Systèmes antigivrage, dégivrage et d’avertissement de décrochage
3.5 Systèmes avionique : communication, navigation, FMS, surveillance et d’avertissement
3.6 Systèmes de commande de vol automatiques (AFCS), directeur de vol et contrôle du vol
3.7 Systèmes circuit fermés – Closed Loop Handling (cellule et système)
12h
(1h)
(2h)
(1h)
(2h)
(3h)
(2h)
(1h)
4. Procédures d’essais cellule (avec démonstrations de simulateur en classe)
4.1 Cellule : décrochage, puissance moteur, OEI, VMCA, VMCG
4.2 Sécurité durant les essais en vol
4.3 Planification des essais
4.4 Moteurs, jets et aéronefs asymétriques
4.5 Évaluation de la performance; décollage, distance d’atterrissage, relation avec le train
4.6 Aspects statique et dynamique d’un aéronef
4.7 Contrôles de vol et gouvernes, évaluations de la stabilité et contrôle d’un appareil
6h
(1h)
(1h)
(1h)
(1h)
(1h)
(1h)
(1h)
5. Analyse des données
5.1 Analyse des données des essais en vol
5.2 Démonstration de la conformité et limite de la performance
5.3 Rédaction des rapports d’essais
6h
(3h)
(2h)
(1h)
PRÉPARATION AU COURS
Avant d’assister au cours d’Ingénierie et principes des essais en vol (MGA-856), l’étudiant devra exécuter
de façon autonome deux lectures préparatoires et des exercices à livres ouverts permettant aux une mise à
niveau des candidats moins familiers avec l’aéronautique de s’y retrouver à travers ce cours.
Lecture no.1 : Introduction générale à l’aéronautique.
Lecture no.2 : Familiarisation sur les normes applicables pour les essais en vol ex. Par. 525.111, etc.
Voir la section références bibliographiques pour les liens et références permettant d’accéder à la
documentation et au questionnaire.
MGA 856 – Ingénierie et principes des essais en vol
V2.8 – 24 avril 2014
Session Été 2014
CONTENU DES LABORATOIRES
L’étudiant(e) devra réaliser en équipe de deux, un projet d’essais sur simulateur et un projet d’essai en vol.
Dans un cadre structuré et avec l’utilisation d’outils spécifiques, l’étudiant procédera à la création d’un plan
d’essai, à l’exécution de procédures d’essais, à la collecte de données et leur validation ainsi qu’à la
rédaction de rapports.
Étant donné l’ampleur de projets d’essai industriels typiques sur simulateur ou en vol, qu’il soit de système
ou de cellule, chacun des projets pratiques dérivé des projets industriels seront introduits en orientant
l’exercice sur des aspects pédagogiques précis avec certaines sections du projet déjà complétées afin que
les étudiants aient l’opportunité de créer et d’exécuter des sections différentes dans chacun des projets
pratiques.
Afin de diriger l’étudiant et permettre une bonne mise en contexte, les projets d’essais seront précédés par
des études de cas – intégration et essai d’un système de navigation GNSS où une mission d’essai déjà
effectuée en industrie y sera présentée. L’étude de cas comporte une lecture de texte, des exercices et une
discussion à effectuer en groupe. Les études de cas et préparations aux projets pratiques ne sont pas
notés alors que les deux projets pratiques le seront.
ÉTUDE DE CAS
Cas 1 : Intégration d’un système de navigation embarqué GNSS,
2h
Revue complète du dossier de la création d’un certificat de type supplémentaire pour l’intégration et
l’installation d’un système de navigation GNSS et les aspects du système d’augmentation de la précision
satellite (SBAS) à bord d’un aéronef.
Cas 2 : Intégration d’un FMS dans un simulateur de vol, préparation au projet pratique no.1.
4h
Introduction du simulateur de vol X-Plane en classe; instruments, plans de vol et missions. Analyse de
l’architecture, niveau d’intégration et définition des procédures d’essais du FMS sur simulateur. Un format
numérique de collecte des données devra être défini par les étudiants.
Cas 3 : Intégration d’un FMS dans un avion et essais en vol, préparation au projet pratique no.2.
6h
Introduction au banc d’essai volant et ses composantes, instruments classiques, équipement d’essais,
systèmes expérimentaux, architecture des systèmes d’essais, plans de vol et missions. Analyse de
l’architecture et du niveau d’intégration du nouveau FMS, définition des procédures d’essais du FMS sur
workstation. Calcul des données de décollage et atterrissage et les différentes approches à considérer,
ainsi que la préparation des systèmes d’enregistrement des données.
PROJETS PRATIQUES
Projet pratique #1 (en simulateur)
4h
Préparer une mission d’essai sur simulateur de vol suivant l’installation d’un nouveau système de gestion
de vol (Flight Management System – FMS de type Universal UNS 1E) multi senseurs utilisant les sources
GPS et VOR/DME afin de fournir une solution de navigation multi source pour l’autopilote. Définir les
critères d’intégration et les fonctions à évaluer, créer un plan d’essai, préparer le rapport d’essai à remettre
une fois les données compilées et les recommandations établies.
L’objectif de ce projet est d’appliquer les principes d’essais en vol sur un simulateur de vol en évaluant les
performances d’un système de gestion de vol (FMS) selon la planification, les procédures et les objectifs
définis lors des laboratoires précédents.
MGA 856 – Ingénierie et principes des essais en vol
V2.8 – 24 avril 2014
Session Été 2014
Préparation projet #2 (avion au sol dans le hangar)
3h
Préparer une mission d’essai en vol suivant l’installation à bord d’un aéronef d’un nouveau système de
gestion de vol (Flight Management System – FMS) multi senseurs utilisant les sources GPS et VOR/DME :
comprendre le contexte du travail aérien, définir les critères d’intégration et les fonctions à évaluer, établir
les rôles de chaque membre d’équipage, créer un plan d’essai, traiter des trajectoires, préparer les bases
de données préparer et comprendre les briefings d’avant et après vol, préparer le rapport d’essai à
remettre une fois les données de vol compilées et les recommandations établies.
Projet pratique #2 (avion en vol)
3h
L’objectif de ce projet est d’appliquer les principes d’essais en vol en évaluant les performances d’un
système de gestion de vol (Flight Management System – FMS) nouvellement installé à bord d’un aéronef
selon la planification, les procédures et les objectifs définis lors des laboratoires précédents.
Revue des projets d’essais
2h
Débriefing des missions d’essais au sol et en vol, analyse des données, reproduction des trajectoires.
ÉVALUATION
Examen intra :
Deux rapports de projets pratiques (20%, 20%) :
Examen final :
30%
40%
30%
Les notes de cours et de laboratoires (cas et projets pratiques) seront fournies en anglais. L’enseignement
en classe et les séances de laboratoires seront dispensés en anglais (avec possibilité de poser des
questions en français). Les questions d’examens (intra et final) seront bilingues (anglais / français).
ABSENCE À UN EXAMEN
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence
auprès de la Coordonnatrice - Affaires départementales (Génie électrique) pour un examen durant le
trimestre et auprès du Directeur du Service de la gestion académique pour un examen final. Toute absence
non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat ou
autre) à un examen, entraînera l’attribution de la note zéro (0).
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
OBLIGATOIRES
Lecture préparatoire no.1: Introduction générale à l’aéronautique :
Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge
http://www.faa.gov/library/manuals/aviation/pilot_handbook/
Weight & Balance Handbook
http://www.faa.gov/library/manuals/aircraft/
Lecture préparatoire no.2: Familiarisation sur les normes applicables pour les essais en vol :
PART 25—AIRWORTHINESS STANDARDS: TRANSPORT CATEGORY AIRPLANES
paragraphes: 25.111, 25.113, 25.115, 25.117, 25.121, 25.125 disponibles au lien suivant:
http://ecfr.gpoaccess.gov/cgi/t/text/textidx?c=ecfr&sid=82cf39e9eaf4e690bcca2cf0c6a8342c&rgn=div5&view=text&node=14:1.0.1.3.11&idno=14#14:1.0.1.3.1
1.2.155.13
Exercices préparatoires : Disponibles sur le site internet du cours MGA-856 de l’ÉTS, ce recueil de 30
questions fait référence aux lectures préparatoires listées ci-haut. Il est important d’avoir complété avant le
début du cours la phase de préparation comprenant les lectures 1 et 2 avec les exercices.
MGA 856 – Ingénierie et principes des essais en vol
V2.8 – 24 avril 2014
Session Été 2014
COMPLÉMENTAIRES
-Normes RTCA DO-160, RTCA DO-178C, RTCA DO-297, RTCA DO-254.
-Manuel d’information aéronautique de Transports Canada (AIM de TC) disponible au lien suivant :
http://www.tc.gc.ca/fra/aviationcivile/publications/tp14371-menu-3092.htm
Sommaire des laboratoires
Laboratoires
dates
(24h total)
Lab 1
16 mai
Lab 2
30 mai
Lab 3
06 juin
Études de cas et préparation des projets
d’essais
Laboratoire adapté, plateformes réelles –
composantes, systèmes et avion
Cas 1 : Intégration d’un système de
navigation GNSS / SBAS, 2h
Laboratoire des systèmes embarqués :
Audio visuel régulier.
Cas 2 : Préparation projet d’essai 1,
Introduction du simulateur de vol X-Plane en
classe, instruments, plans de vol et missions, 2h
Cas 2 : suite
Préparation projet d’essai 1,
analyse de l’architecture, niveau d’intégration et
définition des procédures d’essais du FMS sur
Simulateur, 2h
Laboratoire des systèmes embarqués :
logiciel de simulation X-Plane.
Lab 4
25 juin
Lab 5
02 juillet
Laboratoire des systèmes embarqués :
Démonstration directe d’une courte
mission en Simulateur de vol avec écrans
géants LCD.
Projet pratique 1 – Essai au sol
des systèmes embarqués, 2h :
60 min. sur le Sim,
60 min briefing/débriefing.
Projet pratique 1 – Essai au sol
des systèmes embarqués, 2h :
60 min. sur le Sim,
60 min briefing/débriefing.
Simulateur de vol, essai FMS, volets
intégration physique, interfaces, facteurs
humains, alimentation, communication,
base de donnés.
Simulateur de vol, essai FMS, volets
diagnostiques, fonctions de navigation,
plan de vol, autopilote.
Projet pratique 2 – Essai au sol
des systèmes embarqués, 3h :
30 min préparation cockpit et station
de travail sur maquette externe,
30 min dans le cockpit (observation
et assistance à l’équipe aux essais),
60 min direction des essais devant
la workstation,
30 min à l’enregistrement des
données et communications sans fil,
visualisation avec l’UGC et IPads,
30 min briefing/débriefing.
Projet pratique 2 – Essai en vol
des systèmes embarqués, 3h :
30 min. préparation au vol,
120 min. en vol : systèmes et
cellule,
30 min. briefing/débriefing
Banc d’essais volant – avion au sol avec
alimentation électrique au sol (GPU),
Essai FMS;
Aéroport Dorval-Trudeau, Hangar
Skyservice II.
Cas 3 : Préparation projet d’essai 2,
Introduction au banc d’essai volant et ses
composantes, instruments classiques,
équipement d’essais, systèmes expérimentaux,
architecture des systèmes d’essais, plans de vol
et missions, 2h
Cas 3 : suite
Préparation projet d’essai 2, analyse de
l’architecture et du niveau d’intégration du
nouveau FMS, définition des procédures
d’essais du FMS sur Workstation.
Calcul des données de décollage et atterrissage
et les différentes approches à considérer, ainsi
que la préparation des systèmes
d’enregistrement des données, 4h
Lab 6
04 juillet
Lab 7
11 juillet
Lab 8
18-19 juillet
Lab 9
25-26 juillet
Lab 10
01 août
Projets d’essai
(équipes de deux étudiants)
Revue des projets d’essais – débriefing des
missions d’essais au sol et en vol, analyse des
données, reproduction des trajectoires, 2h
MGA 856 – Ingénierie et principes des essais en vol
Banc d’essais volant – avion en vol,
Essai FMS;
Aéroport Dorval-Trudeau, Hangar
Skyservice II,
Vol local, Terminal de Montréal,
Zone déterminée avec points de
navigation publiés et générés par l’équipe.
Laboratoire des systèmes embarqués :
Visualisation et reproduction des missions
de vol avec écrans géants LCD.
V2.8 – 24 avril 2014
Session Été 2014
Calendrier session été 2014
Semaine
1
Dates
30 avril
Évènement
Cours 1
2
07 mai
Cours 2
3
14 mai
16 mai
21 mai
23 mai
28 mai
30 mai
04 juin
06 juin
11 juin
13 juin
18 juin
20 juin
25 juin
27 juin
02 juillet
04 juillet
09 juillet
11 juillet
Cours 3
16 juillet
18-19 juillet
23 juillet
25-26 juillet
30 juillet
01 août
06 août
Cours 10
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Travaux
Laboratoire 1
Cas 1
Laboratoire 2
Cas 2
Laboratoire 3
Cas 2 - Suite
Pas de cours
Cours 4
Cours 5
Cours 6
Cours 7
Examen
Cours 8
Examen 1
Laboratoire 4
Essais sur simulateur
Laboratoire 5
Laboratoire 6
Essais sur simulateur
Cas 3
Laboratoire 7
Cas 3
Remise rapport projet 1
Rapport d’essai FMS sur simulateur
Laboratoire 8
Essais sur avion au sol
Laboratoire 9
Essais en vol
Pas de cours
Cours 9
Cours 11
Cours 12
Laboratoire 10
Examen
MGA 856 – Ingénierie et principes des essais en vol
Remise rapport projet pratique 2
Essai en vol systèmes embarqués
Examen 2 - Final
V2.8 – 24 avril 2014
Session Été 2014