SIMULATEUR DE VOL

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 rotoïdes. 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.

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.

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.

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.

Une affiche scientifique (poster) a été réalisée en 2002 sur le simulateur de vol. Vous pouvez la télécharger avec le fichier PDF ci-dessous.

Les séquences vidéo qui suivent illustrent le fonctionnement du simulateur de vol.