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Le domaine de la simulation de mouvement, et plus particulièrement les simulateurs de vol
(figure 1), est actuellement la principale application commerciale des mécanismes parallèles.
Or ces simulateurs, très populaires et procurant des sensations très réalistes,
possèdent quelques
désavantages notoires, dont un espace de travail restreint (principalement en rotation) et
des coûts d'achat, de fonctionnement et de maintenance élevés. De plus, les huiles contenues
dans les actionneurs représentent, pour certaines personnes, un problème environnemental.
Fig. 1 : Simulateur de vol (courtoisie de
CAE).
Pour éliminer ces désavantages, le laboratoire c'est lancé dans un projet de
simulateur de vol : concevoir un simulateur comportant un
nombre restreint de degrés de liberté, possédant une architecture simple, étant très peu
coûteux, et à la fois créer des sensations de mouvement assez réalistes pour être
utilisé lors de l'entraînement des pilotes d'avions (du moins pour les premières phases).
Plusieurs recherches ont donc été entreprises, notamment une comparaison
des sensations pouvant être créées par différentes architectures à 3 ddl
afin de choisir le type d'architecture le plus adéquat. Puis, une conception du mécanisme
a été réalisée en incorporant quelques éléments forts innovateurs, dont l'équilibrage statique
et l'utilisation d'actionneurs électriques rotoîdes. La conception ainsi conçue est représentée
à la figure 2 tandis qu'un prototype en plastique, réduit d'un facteur 10, est représenté
à la figure 3.
Fig. 2 : Représentation schématique du simulateur de vol. |
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Fig. 3 : Prototype en plastique du simulateur de vol. |
Le modèle possède 2 pattes, de type RRU et RUS,
et une articulation de cardan passive sur lesquelles sont installés
le siège, les commandes et l'écran. Les pattes permettent d'effectuer des
rotations autour d'un cône alors qu'un moteur ajouté sur la plate-forme permet à celle-ci
de pivoter dans un plan qui lui est normal. Les débattements ainsi possibles sont
de ±60 degrés.
Architecture logicielle, matérielle et communications
Plusieurs éléments, autres que le système de mouvements, font partis d'un simulateur
de vol, notamment les commandes de vol (manche, gouvernail, pédales), le système visuel
et le système de calculs. Un schéma des sous-systèmes du simulateur de vol est
disponible en cliquant ici.
Plusieurs composantes ont ainsi été ajoutées pour obtenir un simulateur de
vol complet et fonctionnel. Les principales particularités sont les suivantes :
- Des composantes standards, tel que manche, gouvernail et pédales ont été achetées
pour commander le système. De plus, un écran sphérique de 4 pieds de diamètre est
utilisé comme écran de projection.
- Un logiciel commercial, X-Plane,
est utilisé pour calculer le modèle mathématique de
l'avion et pour la représentation graphique à la fois des instruments de bord ainsi que
de l'environnement extérieur.
- Les données de X-Plane sont envoyées à deux endroits : au contrôleur pour actionner
les moteurs et à un ordinateur qui effectue une sphérisation des images et qui les projete
sur l'écran sphérique.
- Le contrôleur passe les données de X-Plane à travers une série de filtres (washout filters),
qui modifie certaines données selon l'espace de travail disponible.
Ces filtres ont été développé dans le cadre du projet de recherche.
- Finalement, les données filtrées sont envoyée à une unité de contrôle (carte de contrôle,
amplificateurs, encodeurs, etc.) qui effectue les mouvements désirés.
- Le temps nécessaire à la sphérisation et la projection de l'image est le même que celui
pour filtrer les données et actionner les moteurs. Le résultat est donc simultané.
Le système complet est présenté aux figures 4 et 5. Toutes les composantes y sont
présentes, à l'exception du système de mouvements dont la fabrication n'est pas complété.
- Poste A, B et C : ordinateurs possèdant X-Plane utilisés pour calculer le modèle
dynamique de l'avion (A) et effectuer la sphérisation des images (B). Le poste C est un
poste d'instructeur permettant de modifier les conditions de vol (panne de moteur ou
conditions météorologiques, par exemple).
- Poste D : ordinateur de contrôle, utiliser pour filtrer les données et effectuer
la simulation en temps-réel. Communique avec les amplificateurs qui commande
notre petit prototype.
- Poste E : utilisé pour le post-traitement des données de contrôle.
Fig. 4 : Système de calcul et contrôleur.
Fig. 5 : Système audio-visuel.
Plusieurs tests ont été effectués avec le modèle en plastique pour valider, d'une part,
les différents sous-systèmes mais aussi pour réaliser des réelles simulations; pilotes aux
commandes, sphérisation de l'image et mouvements des moteurs. Le résultats sont très concluants.
Le simulateur de vol développé au laboratoire offre de nombreux avantages. Sa petite taille
et son faible coût en font un très bon outil pour les premières étape de la formation de
pilote surtout auprès des petites compagnies. Ses grands débattements lui permettent de
simuler aussi bien des avions très agiles (avions militaires) que des avions commerciaux
(Boeing, Airbus, etc.). Le réalisme de l'écran sphérique permet une excellente immersion
du pilote dans la simulation.
Affiche scientifique
Une affiche scientifique (poster) a été réalisée en 2002 sur le simulateur de vol.
Vous pouvez la télécharger avec le fichier PDF ci-dessous.
 Installation de simulation de mouvements équilibrée statiquement (4,3 Mb)
Séquences vidéo
Les séquences vidéo qui suivent illustrent le fonctionnement du simulateur de vol.
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Simulateur de vol : espace de travail
Séquence illustrant l'espace de travail du mécanisme ainsi que diverses vitesses et accélérations possibles (lentes et rapides).
Format : avi Durée : 1 min 27 s Grosseur : 117,4 Mb
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Simulateur de vol : équilibrage
Séquence illustrant les efforts requis aux actionneurs lors d'une manoeuvre de décollage, avec et sans équilibrage.
Format : avi Durée : 25 s Grosseur : 32,2 Mb
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