Formulation et caractérisation physico-chimique d'un adhésif à double réticulation pour réparations peintures sur structure avion

Les travaux de maintenance peinture des avions se décomposent en différentes étapes consommatrices de temps. En plus du décapage mécanique, de la protection des joints de mastic, du dégraissage et de l’application d’un primaire de protection, la mise en peinture classique se décompose de la même manière que lors de la première fois. Le temps nécessaire à la réparation peut donc atteindre 48h. Afin de réduire ce temps de maintenance, le but du projet Sysco dans lequel s’inscrivent ces travaux, est de développer et d’étudier un patch de réparation des peintures d’avion, composé d’un adhésif et d’un feuil de peinture sèche. La solution envisagée est de développer un adhésif à réticulation progressive, d’abord par UV puis par apport thermique. La première réticulation par UV sur le feuil de peinture permet la réalisation d’un patch de réparation déposable sur fuselage avion et adhérant par réticulation thermique. Pour répondre à la problématique de double réticulation, l’adhésif choisi est composé d’une résine époxyde trifonctionnelle, d’un durcisseur amine tétrafonctionnel et de monomères acrylates bifonctionnels sensibles aux UV. Afin d’atteindre une forte synergie des propriétés telles que la rhéologie d’écoulement, la mouillabilité des deux composants naturellement incompatibles d’une part et pour une plus grande stabilité morphologique des adhésifs en cours de processabilité d’autre part, un monomère hybride bifonctionnel contenant une fonction oxirane et une fonction vinyle, est inséré au mélange afin d’améliorer la compatibilité thermodynamique entre la matrice époxy/amine et la phase dispersée acrylate. La réponse rhéologique dynamique par balayage fréquentiel a permis de mettre en relief l’influence du taux d’hybride et du temps de processabilité de l’adhésif sur sa morphologie avant et après réticulation par UV. Avant UV, il a été observé l’évolution de la structure de l’adhésif en mettant en évidence l’augmentation de la taille des clusters d’acrylate dans la matrice époxyde/amine au cours du temps. Ce mécanisme est fortement atténué lorsqu’on ajoute de l’hybride. Après UV, l’hybride diminue la taille de la phase dispersée, par contre la structure continue d’évoluer au cours du temps. L’influence du taux d’hybride sur la stabilité dimensionnelle de l’assemblage a été étudiée en observant l’évolution des contraintes internes lors de la réticulation thermique ainsi que durant la vie de l’assemblage. L’adhésif contenant l’hybride relaxe mieux les contraintes internes diminuant ainsi le risque du délaminage de la structure assemblé

A Box Regularized Particle Filter for state estimation with severely ambiguous and non-linear measurements

International audienceThe first stage in any control system is to be able to accurately estimate the system's state. However, some types of measurements are ambiguous (non-injective) in terms of state. Existing algorithms for such problems, such as Monte Carlo methods, are computationally expensive or not robust to such ambiguity. We propose the Box Regularized Particle Filter (BRPF) to resolve these problems. Based on previous works on box particle filters, we present a more generic and accurate formulation of the algorithm, with two innovations: a generalized box resampling step and a kernel smoothing method, which is shown to be optimal in terms of Mean Integrated Square Error. Monte Carlo simulations demonstrate the efficiency of BRPF on a severely ambiguous and non-linear estimation problem, that of Terrain Aided Navigation. BRPF is compared to the Sequential Importance Resampling Particle Filter (SIR-PF), Monte Carlo Markov Chain (MCMC), and the original Box Particle Filter (BPF). The algorithm outperforms existing methods in terms of Root Mean Square Error (e.g., improvement up to 42% in geographical position estimation with respect to the BPF) for a large initial uncertainty. The BRPF reduces the computational load by 73% and 90% for SIR-PF and MCMC, respectively, with similar RMSE values. This work offers an accurate (in terms of RMSE) and robust (in terms of divergence rate) way to tackle state estimation from ambiguous measurements while requiring a significantly lower computational load than classic Monte Carlo and particle filtering methods.The first stage in any control system is to be able to accurately estimate the system’s state. However, some types of measurements are ambiguous (non-injective) in terms of state. Existing algorithms for such problems, such as Monte Carlo methods, are computationally expensive or not robust to such ambiguity. We propose the Box Regularized Particle Filter (BRPF) to resolve these problems.Based on previous works on box particle filters, we present a more generic and accurate formulation of the algorithm, with two innovations: a generalized box resampling step and a kernel smoothing method, which is shown to be optimal in terms of Mean Integrated Square Error.Monte Carlo simulations demonstrate the efficiency of BRPF on a severely ambiguous and non-linear estimation problem, the Terrain Aided Navigation. BRPF is compared to the Sequential Importance Resampling Particle Filter (SIR-PF), the Markov Chain Monte Carlo approach (MCMC), and the original Box Particle Filter (BPF). The algorithm is demonstrated to outperform existing methods in terms of Root Mean Square Error (e.g., improvement up to 42% in geographical position estimation with respect to the BPF) for a large initial uncertainty.The BRPF yields a computational load reduction of 73% with respect to the SIR-PF and of 90% with respect to MCMC for similar RMSE orders of magnitude. The present work offers an accurate (in terms of RMSE) and robust (in terms of divergence rate) way to tackle state estimation from ambiguous measurements while requiring a significantly lower computational load than classic Monte Carlo and particle filtering methods

Modèle de simulation 3DoF et capacités spécifiques de controle d'un véhicule de rentrée atmosphérique de type SpaceX Starship

International audienceIn September 2018, a novel design of reusable atmospheric reentry vehicle was proposed: SpaceX's Starship (SXS). Its main difference with comparable vehicles lays in its aerodynamic actuators that allow for stable flight at angles of attack (AoA) up to 90°. In this work, we propose a 3DoF simulation model of this vehicle, and present preliminary reentry simulation results. A study of the center of mass location's implications on longitudinal stability is presented. The modulation of the aerodynamic forces at a given equilibrium AoA allowed by the multiactuator configuration is discussed and demonstrated on a reentry trajectory simulation.En septembre 2018, un nouveau design de véhicule de rentrée atmosphérique as été présenté : le Starship de l'entreprise SpaceX. Sa différence principale avec des véhicules de fonction similaire réside dans ses actionneurs aérodynamiques qui permettent un vol stabilisé a des incidences très élevées, jusqu'à 90° en avant et en arrière.On propose ici un modèle de simulation de ce véhicule avec son actionnement aérodynamique particulier. Une étude de de l'équilibre de la voie de tangage est présentée. La configuration multi-actionneur permettant un nouveau degré de liberté sous la forme de la variation de portance et de traînée à une incidence donnée, cette capacité est discutée et démontrée sur une trajectoire de rentrée atmosphérique

Adaptive Approximate Bayesian Computational Particle Filters for Underwater Terrain Aided Navigation

International audienceTo perform long-term and long-range missions, underwater vehicles need reliable navigation algorithms. This paper considers multi-beam Terrain Aided Navigation which can provide a drift-free navigation tool. This leads to an estimation problem with implicit observation equation and unknown likelihood. Indeed, the measurement sensor is considered to be a numerical black box model that introduces some unknown stochastic noise. We introduce a measurement updating procedure based on an adaptive kernel derived from Approximate Bayesian Computational filters. The proposed method is based on two well-known particle filters: Regularized Particle Filter and Rao-Blackwellized Particle Filter. Numerical results are presented and the robustness is demonstrated with respect to the original filters, yielding to twice as less non-convergence cases. The proposed method increases the robustness of particle-like filters while remaining computationally efficient

Multi-disciplinary design optimization for relative navigation in non-cooperative rendezvous

On-orbit applications, such as active debris removal, satellite refueling, maintenance and satellite health diagnosis require the ability for low-cost spacecraft to closely inspect other orbital objects in a non-cooperative manner. During this kind of mission, the relative navigation process becomes of critical importance for guaranteeing safe and collision-free proximity operations and maneuvers. The selection of relative navigation sensors appears being a critical task as it might drive the design choices in other subsystems (e.g., Attitude and orbit control system (AOCS), payload, power supply). This paper aims at studying the application of a Multidisciplinary Design Optimization (MDO) method to the design of AOCS and Navigation subsystems under small satellite constraints. The porposed MDO process is based on the optimization of navigation performance and mass reduction while respecting volume and power constraints for orbital close rendezvous. The navigation chain, including sensor simulation and navigation filter is simulated and integrated into the design cost function. The proposed MDO process based on a Genetic Algorithm (GA) and on an Extended Kalman Filter (EKF) aims at simplifying satellite design by determining a set of optimal admissible sensor combinations despite contradictory objectives on navigation and payload accuracy, mass reduction, power consumption and volume. Possible key advantages of the inclusion of the relative navigation subsystem within MDO process are the reduction of the design process time, the automation and optimization of the navigation architecture while respecting volume and power constraints of small satellites. A demonstration of the effectiveness of the proposed MDO method is provided on the benchmark of AVANTI mission

Adaptive Approximate Bayesian Computational Particle Filters for Underwater Terrain Aided Navigation

International audienceTo perform long-term and long-range missions, underwater vehicles need reliable navigation algorithms. This paper considers multi-beam Terrain Aided Navigation which can provide a drift-free navigation tool. This leads to an estimation problem with implicit observation equation and unknown likelihood. Indeed, the measurement sensor is considered to be a numerical black box model that introduces some unknown stochastic noise. We introduce a measurement updating procedure based on an adaptive kernel derived from Approximate Bayesian Computational filters. The proposed method is based on two well-known particle filters: Regularized Particle Filter and Rao-Blackwellized Particle Filter. Numerical results are presented and the robustness is demonstrated with respect to the original filters, yielding to twice as less non-convergence cases. The proposed method increases the robustness of particle-like filters while remaining computationally efficient

Estimation d'état et planification de trajectoire par mixtures de noyaux bornés

L'autonomie d'un engin aérospatial requière de disposer d'une boucle de navigation-guidage-pilotage efficace et sûre. Cette boucle intègre des filtres estimateurs et des lois de commande qui doivent dans certains cas s'accommoder de non-linéarités sévères et être capables d'exploiter des mesures ambiguës. De nombreuses approches ont été développées à cet effet et parmi celles-ci, les approches particulaires présentent l'avantage de pouvoir traiter de façon unifiée des problèmes dans lesquels les incertitudes d’évolution du système et d’observation peuvent être soumises à des lois statistiques quelconques. Cependant, ces approches ne sont pas exemptes de défauts dont le plus important est celui du coût de calcul élevé. D'autre part, dans certains cas, ces méthodes ne permettent pas non plus de converger vers une solution acceptable. Des adaptations récentes de ces approches, combinant les avantages du particulaire tel que la possibilité d'extraire la recherche d'une solution d'un domaine local de description et la robustesse des approches ensemblistes, ont été à l'origine du travail présenté dans cette thèse.Cette thèse présente le développement d’un algorithme d’estimation d’état, nommé le Box Regularised Particle Filter (BRPF), ainsi qu’un algorithme de commande, le Box Particle Control (BPC). Ces algorithmes se basent tous deux sur l’utilisation de mixtures de noyaux bornés par des boites (i.e., des vecteurs d’intervalles) pour décrire l’état du système sous la forme d’une densité de probabilité multimodale. Cette modélisation permet un meilleur recouvrement de l'espace d'état et apporte une meilleure cohérence entre la prédite et la vraisemblance. L’hypothèse est faite que les incertitudes incriminées sont bornées. L'exemple d'application choisi est la navigation par corrélation de terrain qui constitue une application exigeante en termes d'estimation d'état.Pour traiter des problèmes d’estimation ambiguë, c’est-à-dire lorsqu’une valeur de mesure peut correspondre à plusieurs valeurs possibles de l’état, le Box Regularised Particle Filter (BRPF) est introduit. Le BRPF est une évolution de l’algorithme de Box Particle Filter (BPF) et est doté d’une étape de ré-échantillonnage garantie et d’une stratégie de lissage par noyau (Kernel Regularisation). Le BRPF assure théoriquement une meilleure estimation que le BPF en termes de Mean Integrated Square Error (MISE). L’algorithme permet une réduction significative du coût de calcul par rapport aux approches précédentes (BPF, PF). Le BRPF est également étudié dans le cadre d’une intégration dans des architectures fédérées et distribuées, ce qui démontre son efficacité dans des cas multi-capteurs et multi-agents.Un autre aspect de la boucle de navigation–guidage-pilotage est le guidage qui nécessite de planifier la future trajectoire du système. Pour tenir compte de l'incertitude sur l'état et des contraintes potentielles de façon versatile, une approche nommé Box Particle Control (BPC) est introduite. Comme pour le BRPF, le BPC se base sur des mixtures de noyaux bornés par des boites et consiste en la propagation de la densité d’état sur une trajectoire jusqu’à un certain horizon de prédiction. Ceci permet d’estimer la probabilité de satisfaire les contraintes d’état au cours de la trajectoire et de déterminer la séquence de futures commandes qui maintient cette probabilité au-delà d’un certain seuil, tout en minimisant un coût. Le BPC permet de réduire significativement la charge de calcul.State estimation and trajectory planning are two crucial functions for autonomous systems, and in particular for aerospace vehicles.Particle filters and sample-based trajectory planning have been widely considered to tackle non-linearities and non-Gaussian uncertainties.However, these approaches may produce erratic results due to the sampled approximation of the state density.In addition, they have a high computational cost which limits their practical interest.This thesis investigates the use of box kernel mixtures to describe multimodal probability density functions.A box kernel mixture is a weighted sum of basic functions (e.g., uniform kernels) that integrate to unity and whose supports are bounded by boxes, i.e., vectors of intervals.This modelling yields a more extensive description of the state density while requiring a lower computational load.New algorithms are developed, based on a derivation of the Box Particle Filter (BPF) for state estimation, and of a particle based chance constrained optimisation (Particle Control) for trajectory planning under uncertainty.In order to tackle ambiguous state estimation problems, a Box Regularised Particle Filter (BRPF) is introduced.The BRPF consists of an improved BPF with a guaranteed resampling step and a smoothing strategy based on kernel regularisation.The proposed strategy is theoretically proved to outperform the original BPF in terms of Mean Integrated Square Error (MISE), and empirically shown to reduce the Root Mean Square Error (RMSE) of estimation.BRPF reduces the computation load in a significant way and is robust to measurement ambiguity.BRPF is also integrated to federated and distributed architectures to demonstrate its efficiency in multi-sensors and multi-agents systems.In order to tackle constrained trajectory planning under non-Gaussian uncertainty, a Box Particle Control (BPC) is introduced.BPC relies on an interval bounded kernel mixture state density description, and consists of propagating the state density along a state trajectory at a given horizon.It yields a more accurate description of the state uncertainty than previous particle based algorithms.A chance constrained optimisation is performed, which consists of finding the sequence of future control inputs that minimises a cost function while ensuring that the probability of constraint violation (failure probability) remains below a given threshold.For similar performance, BPC yields a significant computation load reduction with respect to previous approaches