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Nonlinear curvature basis functions for strain-based geometrically nonlinear beams for very flexible aircraft modeling
Get PDFThis paper proposes a new parametrization of very flexible aircraft structural elements to support geometric control studies. First, a sum of basis functions is used to calculate the torsion and curvature distributions of a beam-like structural element. Secondly, the modal functions are used to determine the attitude on SO(3) and the position of each point on the element, assuming constant curvatures. Finally, a simulator implementation of the method is described, along with numerical simplifying strategies
Blockchain-Enabled Redundant Fractionated Spacecraft System
Get PDFServices and applications provided by satellites are
continuously improving in terms of quality and diversity, as
well as, their complexity. Resilience of traditional monolithic
spacecraft is achieved mainly through redundancy, which ex-
ponentially increases the complexity of their production, and
therefore, their cost. One solution would be to use fragmented
spacecraft systems. Redundancy is achieved by nature with
local complexity. Furthermore, scalability of such a system is
facilitated. However, data transfer and physical communication
link between the “fragments” must be addressed. The main
challenge of these systems is the management of the network
of satellites. Traditional centralised networks, managed by a
single entity, have been proven not to be secure, as they generate
a common point of failure, susceptible to attacks. Traditional
distributed networks, managed by multiple entities, require
honest participants and trust between entities, restricting collab-
orative mission applications. In the present article, a design for
a blockchain-enabled swarm fractionated system managed by
multiple trustless entities is proposed. The system is composed of
functionally different nano-satellites which perform tasks from
different subsystems in order to replicate the functionalities of
a monolithic spacecraft. The blockchain nodes are deployed
in the satellites and allow sharing of sensor data between the
network. A consensus protocol ensures the validity of the
shared data. The proposed system has been implemented and
evaluated on a local blockchain composed of four Ethereum
nodes. We believe that the proposed application opens the way
to new collaborative missions between entirely trustless parties,
ensuring transparency and cooperation within the system
Experience gained on applied MBSE at Spaceship FR
Get PDFThe implementation of Model-based Systems Engineering (MBSE) approaches to support systems engineering activities for the design and analysis of space systems is one of the top priorities for many actors in the space sector, such as Space Agencies, Privates Companies, Research Entities, and Small and Medium-sized Enterprises (SMEs). As a result, various organizations have launched initiatives to support the development of knowledge and experience on MBSE practices in a collaborative framework to ensure coordination, even if each actor uses different tools and methods. The French Space Agency (CNES) supports such initiatives by collaboratively and internally working on multiple aspects of MBSE implementation, such as coordinating workshops and discussions around the subject and actively working on technical projects.
This short paper summarizes the results and lessons learned from using Capella and the Arcadia Method to perform the Operational Analysis of an Inflatable Lunar Habitat. The Spaceship FR Team at CNES performed this work to understand more about the benefits of MBSE in practice and evaluate its use when working on a collaborative project. In this case, the direct collaborator was a start-up that provided the topic and followed up on the progress of the MBSE activities
Apprentissage profond multimodal appliqué à l'usinage
Get PDFLes techniques axées sur les données ont offert à la technologie de fabrication intelligente des opportunités sans précédent pour assurer la transition vers une productivité basée sur l'industrie 4.0. L'apprentissage automatique et l'apprentissage profond occupent une place cruciale dans le développement de systèmes intelligents pour l'analyse descriptive, diagnostique et prédictive des machines-outils et la surveillance d’état des systèmes de fabrication industrielle. De nombreuses techniques d'apprentissage profond ont été testées sur les problèmes de surveillance d’état des machines-outils, de la détection du broutement, du diagnostic de défauts, de la sélection optimale des paramètres de coupe, etc.
Une étude bibliométrique est proposée pour à retracer les techniques de détection du broutement, depuis les méthodes de traitement du signal temps-fréquence, la décomposition jusqu'à la combinaison avec des modèles d'apprentissage automatique ou d'apprentissage profond. Une analyse cartographique a été réalisée afin d’identifier les limites de ces différentes techniques et de proposer des axes de recherche pour détecter le broutement dans les processus d'usinage. Les données ont été collectées à partir du web of science (WoS 2022) en exploitant des requêtes particulières sur la détection du broutement. La plupart des documents recueillis présentent la détection du broutement à l'aide de techniques de transformation ou de décomposition. Ce travail a permis de détecter les articles les plus significatifs, les auteurs les plus cités, la collaboration entre auteurs, les pays, continents et revues les plus productifs, le partenariat entre pays, les mots-clés des auteurs et les tendances de la recherche sur la détection du broutement.
Cette thèse à pour objective de proposer dans un premier temps, une méthode de prédiction du choix des paramètres de coupe en exploitant l’apprentissage profond multimodal. L'apprentissage profond multimodal a été utilisé pour associer un choix de conditions de coupe (outil, vitesse de coupe, profondeur de coupe et vitesse d'avance par dents) avec un état de surface, en considérant la rugosité arithmétique moyenne (Ra) et une photo de la pièce. Nous avons construit un modèle de fusion multimodale tardive avec deux réseaux de neurones profonds, un réseau de neurones convolutif (CNN) pour traiter les données images et un réseau de neurones récurrent avec des couches de mémoire à long terme (LSTM) pour les données numériques. Cette méthode permet d’intégrer les informations provenant de deux modalités (fusion multimodale) afin à terme d'assurer la qualité de surface dans les processus d'usinage. Les difficultés rencontrées lors de l’élaboration de cette méthode nous ont orientés vers une approche unimodale pour détecter le broutement d’usinage.
Par la suite nous présentons une approche basée sur des compétences mécaniques pour d’abord identifier les traitements optimaux des signaux puis l'apprentissage profond (apprentissage par transfert) pour détecter automatiquement le phénomène de broutement en usinage. Ce travail a mis l’accent sur l’utilisation de données collectées dans les conditions industrielles contrairement à la majorité des travaux basés sur les données qui utilisent les données laboratoire. Cette méthode arrive à avoir de bonnes performances malgré le fait qu’elle ne donne aucune indication au réseau de neurones sur l'amplitude du signal, la vitesse de rotation
Du dimensionnement de systèmes et d’architectures en conception avion à la simulation de scénarios prospectifs durables pour le transport aérien
Get PDFLe transport aérien est à ce jour responsable de 2 à 3% des émissions mondiales de CO2, ainsi que d'autres impacts climatiques et environnementaux. Les nouveaux concepts d'architectures pouvant contribuer à la réduction de l’impact environnemental de l'aviation suscitent donc un grand intérêt. L’objectif de cette thèse est de contribuer au développement d’une approche holistique, allant de la modélisation et du dimensionnement de nouvelles architectures avion à la simulation de scénarios prospectifs durables pour le transport aérien. Cette approche permet ainsi de relier les enjeux de la conception avion à ceux de l’analyse de scénarios prospectifs pour l’aviation. Dans une première partie, des modèles d'estimation pour différents systèmes avion sont présentés dans le cadre d’un avion plus électrique. Des méthodes variées sont appliquées, par exemple basées sur l’utilisation de modèles énergétiques ou de modèles de régression. Les systèmes de conditionnement d’air et de protection contre le givre sont étudiés, tout comme les systèmes induits par l’électrification des avions (génération et distribution de puissance électrique, management thermique). Dans une deuxième partie, une architecture avion déployable à court terme est dimensionnée à travers une approche basée sur l’utilisation de la plateforme de conception avion FAST-OAD. Cette architecture intègre les systèmes décrits précédemment, dont les performances sont préalablement évaluées individuellement via des modèles spécifiques, ainsi que des améliorations propulsives et aéro-structurelles. Les caractéristiques de l'architecture complète sont alors analysées, notamment concernant ses impacts environnementaux à partir d'un module d'analyse de cycle de vie développé pour FAST-OAD. Dans une dernière partie, l'outil CAST développé dans cette thèse est présenté. Il permet de simuler et d'évaluer des scénarios prospectifs pour le transport aérien. Des modèles sont détaillés pour les différents leviers d’action permettant de réduire l'impact environnemental du transport aérien. Une attention particulière est portée sur l’introduction d’architectures plus efficaces dans la flotte. Pour évaluer la durabilité des scénarios, des méthodologies spécifiques sont proposées pour les enjeux climatiques et énergétiques, en s'appuyant par exemple sur la notion de budget carbone. Plusieurs applications montrent alors le bénéfice des nouvelles technologies mais aussi le besoin d’un arbitrage entre le niveau de trafic aérien et la part du budget carbone mondial allouée au secteur aérien
Développement, pathogénicité et métabolisme secondaire chez Penicillium expansum : implication de VelB et LaeA, deux facteurs de transcription du complexe velvet
Get PDFPenicillium expansum, l’agent causal de la maladie de pourriture bleue dans les pommes, est l’un des champignons filamenteux les plus étudiés du genre Penicillium. Ce champignon phytopathogène peut infester de nombreux fruits pendant la récolte et tout au long de la période de stockage en produisant principalement la patuline. Cependant, la patuline n'est pas la seule mycotoxine produite par P. expansum, puisque ce dernier produit une grande variété de métabolites secondaires tels que la citrinine et la chaétoglobosine A. Chez les champignons filamenteux, les gènes codant pour les protéines impliquées dans le métabolisme secondaire sont organisés en clusters. Le métabolisme secondaire est régulé par des facteurs de transcription spécifiques ou globaux. Les facteurs de transcription spécifiques sont codés par des gènes qui sont situés dans le cluster de gènes biosynthétiques et qui agissent directement sur tous les autres gènes situés dans ce même cluster. Ces facteurs de transcription spécifiques sont contrôlés par des facteurs de transcription globaux, codés par des gènes situés en dehors du cluster biosynthétique et qui sont affectés par des stimuli environnementaux. Le complexe velvet, dépendant de la lumière, et impliquant trois facteurs de transcription globaux : VelB, LaeA et VeA, joue un rôle important dans la régulation du développement, de la sporulation, de la pathogénicité et du métabolisme secondaire chez de nombreuses espèces fongiques.
La caractérisation du rôle de velB, laeA et veA dans la régulation du métabolisme secondaire ainsi que de plusieurs processus physiologiques est essentielle pour comprendre le comportement de ce champignon microscopique.
Dans ce contexte, le premier objectif de cette thèse a consisté à investiguer l'implication de ces trois facteurs de transcription dans le développement fongique et le métabolisme secondaire chez P. expansum. Pour cela, nous avons réalisé une évaluation de la croissance in vivo et le comportement des trois souches mutantes, Pe∆velB, Pe∆laeA, et Pe∆veA, a été comparé à celui de la souche sauvage sur des pommes Golden Delicious. Les trois souches ont été capables de coloniser les pommes, mais à une vitesse inférieure à celle de la souche sauvage. Cependant, la souche Pe∆veA a été la seule souche incapable de percer la paroi des pommes et de sortir du fruit pour compléter son cycle de vie. Cela montre que VeA est le seul membre du complexe velvet qui régule la libération du champignon à travers la formation de corémies. Nous avons ensuite réalisé une analyse transcriptomique des trois souches mutantes. Indépendamment, chacun de ces facteurs de transcription globaux a montré son implication dans la régulation de l'expression de gènes impliqués dans la biosynthèse de métabolites secondaires, la conidiation, l'assimilation du nitrate, la biosynthèse de l'ergostérol et des sidérophores.
Un second objectif de la thèse était de déterminer les interactions existantes entre ces trois membres du complexe velvet et quels étaient les gènes, les fonctions régulées directement ou indirectement par le complexe velvet. Afin de contrôler la production de métabolites secondaires par les champignons filamenteux, la compréhension des processus de régulation globale est essentielle. Les résultats indiquent que le complexe velvet est impliqué dans la régulation de la production de plusieurs métabolites secondaires tels que la patuline, la citrinine et la chaétoglobosine A, qui sont régulées positivement par VelB, LaeA et VeA ainsi que dans celle de divers processus de développement. Cependant, certains gènes impliqués dans la conidiation ou la biosynthèse de métabolites secondaires peuvent être régulés différemment par les membres de ce complexe
Etude des onduleurs multiplexés pour les variateurs de vitesse moyenne tension
Get PDFLes systèmes entraînés par des moteurs électriques représentent la plus grande consommation totale d'électricité dans le monde, les moteurs à moyenne tension consommant environ dix pour cent de l'énergie mondiale. D'autre part, le coût de l'énergie augmente, et la consommation d'énergie devient de plus en plus importante pour des raisons économiques et environnementales. Par conséquent, les moteurs moyenne tension (MT) sont une cible évidente pour les mesures d'amélioration énergétique, non seulement pour limiter les factures d'énergie, mais aussi pour se conformer à des réglementations plus strictes. Néanmoins, seule une petite partie des moteurs MT actuellement installés sont contrôlés par des variateurs de vitesse, ce qui ouvre la porte à l'introduction de variateurs de vitesse efficaces dans un large éventail d'applications industrielles. Cette technologie aidera l'industrie du monde entier à économiser de l'énergie sans compromettre les performances ou l'efficacité de la production. Par conséquent, le marché des variateurs MT devrait connaître une croissance solide au cours de la prochaine décennie. Ce travail de thèse étudie et propose une topologie de convertisseur multiniveau triphasé basée sur le concept multiplexé qui est spécialement destinée aux applications variateurs de vitesse moyenne tension. Les principales applications potentielles sont les variateurs de vitesse quatre quadrants de 4,16 kV et 6,6 kV. Le chapitre I présente le contexte et l'état de l'art des variateurs de vitesse MT. Le contexte couvre leurs applications, leur potentiel pour réduire la consommation d'énergie dans l'industrie, les attentes du marché, et les objectifs de cette étude. L'état de l'art présente les topologies multi-niveaux classiques et avancées qui ont été implémentées en tant que produits standards pour les variateurs industriels MT, ainsi que les limites de performance et de coût des semi-conducteurs MT utilisés dans ces topologies. Le chapitre II présente la famille des convertisseurs multiplexés et propose différentes structures adaptées aux objectifs de coût et de performance de cette étude en minimisant le nombre de semi-conducteurs MT. De plus, les structures proposées sont comparées en termes de coût des semi-conducteurs avec deux solutions bien établies sur le marché. Le chapitre III présente le principe de fonctionnement de la topologie et deux schémas de modulation différents qui ont été développés pour les structures proposées précédemment. Une modulation basée sur le transport et une modulation vectorielle ont été développées pour, en association avec le principe de fonctionnement, réduire les efforts de commutation des semi-conducteurs MT. De plus, les deux schémas de modulation ont été comparés en termes de qualité de forme d'onde. Enfin, le chapitre IV présente les résultats expérimentaux qui ont validé certains aspects techniques particuliers de la structure multiplexée et certaines hypothèses formulées au cours de ce travail. Trois bancs d'essai différents (l'un étant un onduleur complet) ont été utilisés pour valider la connexion en série des IGBT de 1,7 kV et 4,5 kV, pour mesurer les énergies de commutation des semiconducteurs HT sous tension réduite et pour mesurer les inductances parasites de la structure de l'onduleur. Ces résultats ont été utilisés pour estimer l'efficacité de la structure proposée, étudier la distribution des pertes des semi-conducteurs, et comparer les performances des deux schémas de modulation développés
Numerical study of flow and heat transfer in the vapour grooves of a loop heat pipe evaporator
Get PDFA three-dimensional numerical study is developed to investigate the heat and mass transfer in the vapour
removal channels of a Loop Heat Pipe (LHP). The heat transfer governing equations and the Navier-Stokes
equations are solved under steady-state conditions for two vapour removal channel configurations: when the
channels are in the wick and when the channels are in the casing. The boundary conditions for both configurations
are extracted from numerical simulations using a model of the evaporator in which the modelization of
the transfers in the wick is based on a pore network model. The results show that assuming that the vapour
temperature in the channels is close to the saturation temperature is acceptable when the channels are within the
wick but questionable when the vapour removal channels are within the casing. The simulations also indicate
significant variations of the wall temperature between the various channel limiting surfaces. The heat transfer
coefficient is different on the various surfaces and cannot be predicted using standard correlations for convective
heat transfer in pipes
Compréhension des écoulements diphasiques et des mécanismes de transfert associés dans les écoulements inertiels de Dean
Get PDFLes échangeurs/réacteurs milli-structurés se sont avérés prometteurs pour la mise en oeuvre de synthèses chimiques, notamment rapides et exothermiques. L’échangeur/réacteur à plaques « DeanHex » doté d’un milli-canal ondulé est un exemple de tels dispositifs. Ses performances thermo-hydrauliques ont été caractérisées à l'échelle du laboratoire ; cependant, peu de travaux concernent le transfert de matière. Dans ce contexte, ce travail de thèse vise à caractériser le transfert de matière liquide-liquide dans le DeanHex afin de pouvoir envisager l’implémentation de différentes réactions et accroître la polyvalence de tels dispositifs. Des études expérimentales sont menées sur trois milli-canaux de dimensions croissantes afin d’évaluer l’influence de la taille des canaux sur le transfert de matière et sur les configurations d’écoulement. Des cartographies d’écoulements et des lois d’extrapolation du coefficient de transfert de matière sont établies. Ces corrélations servent à alimenter et valider le modèle complet du DeanHex développé en se basant sur une nouvelle approche numérique. Elle consiste à représenter le canal réactionnel par un modèle 1D couplé à un modèle 3D pour le solide environnant. Ce modèle complet de l’échangeur/réacteur intégrant les mécanismes thermo-hydrauliques, les cinétiques réactionnelles (réaction monophasique) et le transfert de matière est validé à partir à la fois de résultats de simulations en CFD 3D (Computational Fluid Dynamics) et de résultats expérimentaux
Simulation of the microwave propagation through the plume of a Hall thruster integrated on small spacecraft
Get PDFMore and more CubeSats are being launched. On these small platforms, subsystems such as propulsion and communication ones have to coexist. This article focuses on electromagnetic interaction between these two critical subsystems. Hence, a numerical multi-physics method is proposed in order to quantify perturbation caused by an electric thruster’s plume on the antenna of a CubeSat type spacecraft. A plume simulation model has been coupled with electromagnetic simulation software. As an example, the farfield radiation patterns and radioelectric characteristics of a 436 MHz dipole are presented when located near a Hall thruster’s plume on a 6U type platform. Changes in radiation patterns are observed in the presence of plume for the dipole antenna. This versatile method makes it possible to represent microwave propagation through a plume for various antennas, thruster’s plumes, or relative positions