Département Conception et Conduite des véhicules Aéronautiques et Spatiaux (DCAS)

Présentation du DCAS

Le DCAS développe des activités de formation et de recherche pour répondre à des enjeux scientifiques sur le transport aérien de demain et les futurs systèmes spatiaux. Il intègre dans ses études des dimensions environnementales et sociaux-économiques tels que la réduction des impacts environnementaux (consommation, bruit, émissions), l’optimisation de la durée du cycle de conception et des coûts opérationnels, l’augmentation de la sécurité des systèmes aérospatiaux et l’amélioration de l’efficacité des systèmes hommes-machines.

Missions de formation

Le DCAS est en charge des enseignements dans les domaines de :

• Mécanique du Vol, Conception Avion, Drones
• Mécanique spatiale, Espace
• Navigabilité, Maintenance aéronautique, Opérations des aéronefs
• Automatique, Contrôle et conduite de systèmes
• Facteurs humains, neuro-ergonomie

Ces enseignements sont dispensés dans la formation ingénieur ISAE-SUPAERO et dans les formations masters et mastères spécialisés. Ils apportent des compétences scientifiques et conceptuelles au travers de cours et des compétences techniques grâce à l’exploitation d’un simulateur de vol et de suites logicielles de simulation aéronautique et spatiale développées dans le département.

Groupes de recherche

Le DCAS est impliqué dans des projets de recherche nationaux ou européens et collaborent avec de très nombreux partenaires industriels (grands groupes, PME, start-ups).

Les chercheurs du DCAS sont répartis en 4 groupes de recherche :

• Conception des véhicules aéronautiques,
• Conception des systèmes spatiaux,
• Décision et Commande,
• Neuro-ergonomie et facteurs humains.

Ces 4 groupes de recherche travaillent de manière collaborative sur les thèmes interdisciplinaires suivants :

• Hommes, systèmes et interactions
• Conception multi-disciplinaire intégrée des aéronefs,
• Concepts spatiaux avancés.

Thèmes scientifiques

Hommes, systèmes et interactions

Les objectifs de ce thème sont de mener des travaux de recherche sur l’identification et le contrôle de situations de vols dégradées :

• Avion/drone : cas de vols critiques (ex : sortie de domaine de vol, incohérence de paramètres/pannes complexes, défaillances de sous-systèmes),
• Équipage/opérateur : états cognitifs limites (ex : tunnélisation attentionnelle, persévération, fatigue),
• Garantir des performances de contrôle indépendantes des incertitudes et variations paramétriques.
• Définitions de processus de conduite « intelligent » et de supervision optimisant la sécurité des vols.
• Développer un système de contrôle et de conduite adaptatif robuste aux défaillances.

À l’aide de nombreux moyens mis à disposition par le département -simulateurs DCAS, plateformes volantes (TB20, …), Neuroergo-lab, volière “indoor”- ce thème permet au DCAS d’innover dans le domaine des facteurs humains (avec le développement de cockpits adaptatifs) et de l’automatique/décision : Lois “Fail safe”, système de conduite auto-reconfigurable aux défaillances des sous-systèmes.

Conception multi-disciplinaire intégrée des aéronefs

À travers différents domaines tels que la mécanique du vol, la conception d’un avion (modélisation multi-physique et multi-domaine), et l’automatique, ce thème a pour objectif la définition des méthodes et algorithmes de conception intégrée optimale, de modèles aérodynamiques, structure, propulsion, modèles environnement etc., et l’étude des couplages forts et faibles entre modèles. Les moyens qui se développent comme l’atelier de conception Multidisciplinary Design Analysis and Optimization (MDAO) ou le démonstrateur de vol permettent d’innover : application à la conception d’aile volante BWB, à la propulsion distribuée et à la conception d’aéronefs à grand allongement, application à la conception de sous-systèmes (systèmes de dégivrage électriques, démonstrateurs), mise en place d’un atelier complet de Modélisation, Simulation et Analyse Multi domaine sous le framework OpenMDAO.

Concepts Spatiaux Avancés

La gestion des débris spatiaux, les missions autonomes vers les astéroïdes sont autant d’enjeux visés par ce thème qui a pour objectif l’étude de concepts futurs typiquement possibles à un horizon de 15 ans ou plus comme par exemple : le in-orbit servicing pour les satellites de télécommunications, la gestion du trafic spatial, l’architecture des bases habitées sur la surface de la Lune ou de Mars, ...

À travers l’ingénierie système et l’automatique, à l’aide des suites logicielles de conception des systèmes spatiaux intégrant les outils déjà existants au DCAS, ce thème aborde les points suivants : adaptation et/ou développement de méthodes de conception, effort particulier sur la notion d’interface, architecture de grandes structures pour les missions d’exploration habitées, formalisation des trajectoires et contrôle d’attitude des phases de lancement aux phases de rendez-vous sur des orbites LEO, GEO, LP’s.

Aviation Durable

Le DCAS développe CAST (Climate and Aviation – Sustainable Trajectories), une application web innovante, qui permet à chacun d’évaluer l’impact que le transport aérien aura sur le climat jusqu’en 2050, en fonction de variables comme le volume de trafic, la consommation de carburant par passager-kilomètre, ou la décarbonation du carburant utilisé. Outre les émissions de CO2, il prend aussi en compte les autres effets du transport aérien qui influent sur le climat, comme les traînées de condensation ou les émissions d’eau et d’oxyde d’azote.

Exemples de projets de recherche

• Contrôle de STOL et VTOL
• Planification de la stratégie de guidage et de navigation pour drones en environnement urbain
• Avion régional à propulsion hybride à base d’hydrogène
• Trajectoires carbone de l’aviation
• Conception et optimisation d’ailes à fort allongement
• Systèmes de dégivrage électromécaniques à faible consommation
• Mitigation des débris spatiaux
• Lanceurs réutilisables
• Monitoring temps réel de la performance humaine

Plus d’informations sur les activités du département

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