Simulateur d'interventions héliportées : instrumentation, projection 3D, tableau de bord et réseau
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L'épreuve écrite disciplinaire appliquée s'appuie sur un simulateur d'interventions héliportées développé pour la Sécurité Civile, construit à partir d'une cellule réelle d'hélicoptère. Le sujet aborde l'impact socio-économique du simulateur, l'instrumentation des commandes de vol, la conception d'un système de projection 3D, la reconstitution du tableau de bord en programmation orientée objet, puis l'architecture réseau du système.
1Partie 1 : impact socio-économiqueComparaison entre évacuation terrestre et héliportée, calcul de durée de formation et intérêt du simulateur.
2Partie 2 : instrumentation des commandes de volÉtude des commandes de vol, mise en place de capteurs, acquisition par convertisseur analogique-numérique et stockage en EEPROM.
3Partie 3 : conception du système de projection 3DDimensionnement de l'écran de projection et des projecteurs vidéo, résolution angulaire de l'œil.
4Partie 4 : reconstitution du tableau de bordDessin des instruments en programmation orientée objet, animation par datagrammes UDP et gestion des éléments actifs en Modbus.
5Partie 5 : architecture réseau du systèmeAdressage IP, découpage en sous-réseaux (VLSM), VLAN et zone démilitarisée (DMZ).
Ce qu'a observé le jury
5 erreurs relevées
Course du potentiomètre non trouvée dans la documentation · Notions de base sur le CAN non maîtrisées · Diagrammes de séquence peu tentés
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Le sujet aborde les principaux champs de compétence de l'ingénierie informatique : analyse, composants, acquisition de données, programmation et réseaux. Le taux de traitement des parties diminue nettement en fin de sujet, notamment sur la gestion des éléments actifs en Modbus, traitée par seulement 35 % des candidats, alors que les questions restaient simples pour qui consultait attentivement la documentation fournie.
Les erreurs les plus sanctionnées
1
Course du potentiomètre non trouvée dans la documentationPartie 2.2
Beaucoup de candidats ne trouvent pas la course du potentiomètre indiquée dans la documentation constructeur, ni ne savent qu'il faut n'en considérer que 90 % pour laisser une marge d'erreur.
« beaucoup de candidats ne trouve pas la course du potentiomètre indiquée dans la »
2
Notions de base sur le CAN non maîtriséesPartie 2.3
Les notions de résolution, d'étendue de mesure et de pleine échelle d'un convertisseur analogique-numérique ne sont pas maîtrisées par les candidats.
« Les notions de résolution, d’étendue de mesure et de pleine échelle d’un CAN ne sont pas maitrisées. »
3
Diagrammes de séquence peu tentésPartie 2.4
Peu de candidats ont tenté de répondre aux questions sur la lecture et la finalisation de diagrammes de séquence, alors qu'un peu de logique suffisait.
« peu de candidats ont tenter de répondre alors »
4
Partie de programmation orientée objet largement délaisséePartie 4.1
De nombreux candidats n'ont même pas tenté d'aborder la partie sur le dessin des instruments, ou se sont arrêtés après la définition de la première classe demandée.
« Force est de constater que de nombreux candidats n’ont même pas tenté d’aborder cette partie »
5
Réponses aberrantes sur des calculs simples
Le jury a constaté un nombre surprenant de réponses erronées, voire aberrantes, lors de l'application de formules simples de calcul.
« Le jury a constaté un nombre surprenant de réponses erronées, voire aberrantes »
Ce qui a été bien réussi
La partie 1 sur l'impact socio-économique a été bien traitée par la quasi-totalité des candidats (99 %).
Les questions de réseau local, plutôt traditionnelles (CIDR, adressage IP), ont été majoritairement bien traitées par les candidats, sauf en ce qui concerne le VLSM.
Conseils du jury
Faire une lecture rapide mais complète du sujet, annexes comprises, dès sa réception.
Consulter attentivement les documentations techniques fournies en annexe, qui donnent souvent directement les éléments de réponse.
Vérifier l'homogénéité des unités et présenter les résultats sous forme littérale avant l'application numérique.
Rédiger des conclusions critiques et argumentées plutôt que de se contenter de confirmer le bien-fondé d'une solution sans justification.
Synthèse rédigée par WikiPrépa à partir du rapport officiel du jury (à télécharger en PDF). Les citations sont extraites du rapport.
Description
Sujet officiel CAPET externe en informatique, session 2021.
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Section : SCIENCES INDUSTRIELLES DE L'INGÉNIEUR
Option : INGÉNIERIE INFORMATIQUE
ÉTUDE D'UN SYSTÈME, D'UN PROCÉDÉ OU D'UNE ORGANISATION
Durée : 4 heures
Calculatrice électronique de poche - y compris calculatrice programmable, alphanumérique ou à écran graphique - à fonctionnement autonome, non imprimante, autorisée conformément à la circulaire n ° 99-186 du 16 novembre 1999.
L'usage de tout ouvrage de référence, de tout dictionnaire et de tout autre matériel électronique est rigoureusement interdit.
Si vous repérez ce qui vous semble être une erreur d'énoncé, vous devez le signaler très lisiblement sur votre copie, en proposer la correction et poursuivre l'épreuve en conséquence. De même, si cela vous conduit à formuler une ou plusieurs hypothèses, vous devez la (ou les) mentionner explicitement.
NB : Conformément au principe d'anonymat, votre copie ne doit comporter aucun signe distinctif, tel que nom, signature, origine, etc. Si le travail qui vous est demandé consiste notamment en la rédaction d'un projet ou d'une note, vous devrez impérativement vous abstenir de la signer ou de l'identifier.
INFORMATION AUX CANDIDATS
Vous trouverez ci-après les codes nécessaires vous permettant de compléter les rubriques figurant en en-tête de votre copie
Ces codes doivent être reportés sur chacune des copies que vous remettrez.
-Concours externe du CAPET de l'enseignement public :
-Concours externe du CAFEP/CAPET de l'enseignement privé :
Ce sujet comporte :
-Le contexte de l'étude de la page 2 à 3;
-le travail demandé de la page 3 à 20 ;
-les documents techniques (DT) de la page 21 à 30 ;
-les documents réponses (DR) de la page 31 à 36 (les DR portent les numéros des questions auxquelles ils se rapportent).
SIMULATEUR D'INTERVENTIONS HÉLIPORTÉES
Contexte de l'étude
En France, la flotte aérienne de la sécurité civile et les moyens de maintenance et de soutien sont rassemblés dans le groupement hélicoptères (GH), entité faisant partie intégrante, au sein du GMA (Groupement des moyens aériens), de l'administration centrale du ministère de l'intérieur. Les moyens opérationnels sont à disposition des préfets de département pour emploi. Dédiée aux opérations de secours aux personnes, la flotte d'hélicoptères peut également recevoir des missions d'assistance technique au profit des administrations, ou dans le cadre de la lutte contre les feux de forêts ou certaines pollutions, ainsi que des missions de police.
Assez homogène et largement modernisée, la flotte est composée essentiellement d'une trentaine d'appareils EC 145 acquis auprès d'Eurocopter Deutschland sur un marché commun avec la DGGN (Direction générale de la gendarmerie nationale).
L'EC 145 est un appareil bimoteur, plus rapide et plus puissant que les Alouette III et Dauphin qu'il a remplacés.
Il peut emporter jusqu'à huit passagers ou 500 kg de fret, avec deux membres d'équipage.
L'EC 145 peut franchir 500 km, à une vitesse maximale de 240 km/h.
Figure 1 : EC 145 Sécurité Civile
La flotte d'hélicoptères est répartie sur le territoire métropolitain entre 21 bases, et une base outre-mer (Guadeloupe). L'activité aérienne se situe autour de 18000 heures par an pour l'ensemble du parc.
En Île-de-France, un appareil EC 145 jaune et rouge de la sécurité civile, jusqu'à présent basé à Issy-les-Moulineaux (Hauts-de-Seine, 91), a été récemment affecté à l'aérodrome de Melun-Villaroche (Seine-et-Marne, 77), où se relaient des équipes des Samu 77 et 91 et des pompiers franciliens.
Melun-Villaroche est un point d'ancrage pour intervenir en Seine-et-Marne et en Essonne, mais aussi dans un rayon de 110 km, jusqu'au nord de l'Yonne par exemple ; la machine couvre ainsi 3430 communes et 16 millions d'habitants.
En pratique, le taux de charge 24 h/24 des appareils (ou taux d'utilisation), toutes missions confondues et en tenant compte des opérations de maintenance, est de l'ordre de 95 %; ils sont de fait difficilement utilisables pour des actions de formation du personnel.
Il y a quelques années, le SDIS 77 (Service départemental d'incendie et de secours de Seine-et-Marne) a donc souhaité développer un outil de formation aux interventions héliportées qui soit indépendant des appareils en service.
Figure 2 : Alouette III Sécurité Civile
Le système est développé à partir d'une cellule réelle d'aéronef réformé de type Alouette III (machine fournie par I'UDSP77, Union Départementale des Sapeurs-Pompiers de Seine-et-Marne) ; il est destiné à former aussi bien le personnel médical embarqué que le personnel de guidage au sol.
Pour répondre aux besoins, le système doit permettre de simuler des situations de vol et de jouer des scénarios d'interventions contrôlés par un formateur extérieur (intervention sur incendie, sur accident de la route...).
Le projet est nommé « 1790 », en hommage au numéro de série de la cellule d'origine.
La partie du projet relative aux scénarios n'est cependant pas étudiée ici.
La présente étude concerne dans un premier temps les aspects contextuels du système ; elle se poursuit par l'analyse de certaines des solutions techniques mises en œuvre pour exploiter la cellule d'hélicoptère afin de réaliser le simulateur d'interventions. La dernière partie concerne l'intégration du système dans le centre de formation du SDIS.
Les points suivants vont être abordés :
1.Impact socio-économique lié à l'emploi de l'hélicoptère pour le secours à personnes ;
2.Instrumentation des commandes de vol de la cellule ;
3.Conception du système de projection 3D ;
4.Reconstitution du tableau de bord (instruments de vol) ;
5.Architecture réseau du système.
Partie 1 : Impact socio-économique
Objectifs : Appréhender l'importance des moyens héliportés dans le cadre du secours à victimes, et l'obligation de formation professionnelle nécessaire à la mise en œuvre de ces moyens.
Le SDIS 77 et la Sécurité Civile sont notamment amenés à intervenir sur les accidents de la route ; soit par exemple un accident au carrefour de l'Obélisque à Fontainebleau nécessitant l'évacuation en urgence d'un blessé grave vers l'hôpital de la Pitié-Salpêtrière à Paris.
La solution appliquée consiste en général à utiliser un VSAV (véhicule de secours et d'assistance aux victimes) pour parcourir les 65 km avec une vitesse moyenne de 60 km/h pouvant chuter à moins de 45 km/h suivant les conditions de circulation, même avec un véhicule prioritaire.
Avec un hélicoptère EC145, il faut pour le même trajet compter 56 km à vol d'oiseau, à la vitesse moyenne de 4 km par minute, et ajouter dix minutes pour l'ensemble des phases de décollage et d'atterrissage.
Q1 - Calculer le bénéfice minimal (en minutes) apporté par la solution héliportée sur le temps d'évacuation Fontainebleau → Paris.
Q2 - Estimer le coût pour l'évacuation en VSAV à raison d'environ 1000 € la demi-heure ; sans tenir compte du retour du véhicule en Seine-et-Marne.
Pour utiliser un EC145, il faut compter 3600 € l'heure de vol, et ajouter un forfait décollage de l'ordre de 2000 €.
Q3 - Calculer le coût de l'intervention en EC145 en comptant une demi-heure préliminaire entre un démarrage à froid de la base Melun et l'arrivée sur site à Fontainebleau ; mais sans tenir compte du retour de la machine à sa base (le départ de Paris pouvant faire partie d'une autre mission...).
Les principaux personnels concernés par l'utilisation de l'hélicoptère sont les navigants (pilotes et personnel médical) et les professionnels assurant le guidage au sol sur zone. Ces personnes doivent être formées et entrainées pour être efficaces le moment venu. La solution idéale (mais extrêmement onéreuse) consisterait évidemment à disposer d'une flotte réelle d'aéronefs pour cet usage...
Q4 - Calculer, à partir du taux de charge donné précédemment, la disponibilité théorique hebdomadaire (en heures entières) d'un appareil réel.
Le programme de formation théorique et pratique est conçu pour des contingents de 12 personnes, avec 32 heures de travaux pratiques par groupes de 3 personnes.
Q5 - Sans le simulateur, calculer le nombre de séances requises pour la formation pratique d'un contingent en fonction de la disponibilité d'un appareil réel (en supposant possible de ne réserver l'appareil qu'une seule fois par semaine et pendant seulement la moitié de sa disponibilité théorique maximale).
Q6 - Conclure quant à la pertinence de l'utilisation de l'hélicoptère pour l'évacuation de blessés graves.
Q7 - Conclure quant à l'intérêt du simulateur d'interventions.
Partie 2 : Instrumentation des commandes de vol
Objectif : Étudier les solutions retenues pour rendre exploitables logiciellement les commandes mécaniques de vol d'un hélicoptère d'ancienne génération.
2.1. Commandes d'une voilure tournante
Un hélicoptère est un aéronef à voilure tournante dont la propulsion et la sustentation sont assurées seulement par des rotors, durant toutes les phases de vol. Cet appareil peut effectuer des manœuvres qu'un avion ne peut faire : vol stationnaire, décollage et atterrissage à la verticale ; à basse altitude, il peut aussi avancer, reculer ou se déplacer latéralement ce qui lui permet d'atteindre des endroits inaccessibles pour un avion.
L'hélicoptère est cependant de conception plus complexe qu'un avion et représente un système fortement instable couplé avec un temps de réponse relativement long; les machines modernes telles que l'EC 145 disposent d'un calculateur autopilote capable de stabiliser et de contrôler tous les mouvements de l'hélicoptère.
Un hélicoptère dispose potentiellement des 6 degrés de liberté dans l'espace ; les déplacements Tx, Ty, Tz dans les 3 dimensions (avec 0X axe d'avancement) et les rotations Rx, Ry, Rz autour des 3 axes : le roulis (rol/), le tangage (pitch) et le lacet (yaw).
Les commandes de vol sont au nombre de quatre (cf. document technique DT 1); chacune des commandes est matérialisée par un actionneur fournissant une information physique continue dans une plage limitée mécaniquement.
Figure 3 : Degrés de liberté
Tournez la page S.V.P.
Q8 - Quel est le rôle du rotor de queue d'un hélicoptère ?
Q9- Indiquer par des croix, pour chaque degré de liberté, la principale commande de vol qui lui est associée (document réponse DR 9).
Le simulateur réalisé est basé sur une cellule d'Alouette III réformée. Cette machine mythique est d'ancienne génération, sans équipement mécatronique, ses commandes de vol sont basées sur des transmissions mécaniques par bielles. Il a donc été nécessaire d'instrumenter ces mécanismes afin de récupérer des informations électriques proportionnelles aux actions du pilote.
Figure 4 : Commandes de vol de l'Alouette III
2.2 Mise en place des capteurs
La mécanique de renvoi sous plancher étant disponible, la solution économique retenue consiste à mettre en place, pour chaque commande de vol, un potentiomètre rotatif monotour (cf. DT 2) couplé à une poulie sur laquelle un câble souple (type corde acier de guitare) fait un tour mort ; le câble est lui-même fixé aux extrémités sur une bielle d'origine.
Figure 5 : Schéma de principe pour l'axe longitudinal 0X du manche (dimensions en mm)
Q10 - Exprimer de manière littérale le diamètre D (en mm) de la poulie en fonction du débattement horizontal L de la bielle, avec une course du potentiomètre limitée à 90 % de la course nominale (cf. DT 2).
Q11 - Calculer le débattement L de la bielle (mm) pour l'axe longitudinal 0X (figure 5).
Q12 - En déduire le diamètre minimal de la poulie (mm).
La manipulation du manche induit un léger battement vertical de la bielle horizontale.
Q13 - À quelle distance E minimale de la bielle doit être positionné l'axe de la poulie (lorsque la commande est en position centrale comme sur la figure 5) ?
2.3. Acquisition des grandeurs physiques
Le simulateur est couplé au logiciel professionnel X-Plane utilisé notamment pour la formation au pilotage dans l'aviation civile.
Les simulateurs de vol acceptent traditionnellement différents types de manettes de jeux multiaxes en tant qu'actuateurs des commandes de vol des aéronefs ; X-Plane ne faisant pas exception, la solution retenue consiste à transformer les informations des capteurs de manière à ce qu'elles soient reconnues comme issues d'un joystick USB standard compatible HID (Human Interface Device).
HID, ou périphérique d'interface humaine, est un appareil informatique qui interagit directement avec les humains. Il est capable de recevoir des données par le biais d'un périphérique d'entrée et renvoie en retour les informations reçues via un périphérique de sortie (le terme HID fait le plus souvent référence à la spécification USB-HID, mais d'autres protocoles, tels que le Bluetooth peuvent aussi exploiter le profil HID...).
Le système hôte retenu pour transformer les commandes de vol de la cellule de l'Alouette III en une manette de jeu traditionnelle est un Arduino à processeur Atmel AVR et la bibliothèque logicielle open-source LUFA (Lightweight USB Framework for AVRs) permettant la mise en œuvre du protocole USB-HID sur les microcontrôleurs Atmel.
Les entrées analogiques de l'Arduino sont numérisées par un CAN 10 bits.
Q14 - L'instrumentation de l'axe 0X avec une alimentation du capteur entre 0 et +5V donne une étendue de mesure EM de + 0, 15 V à + 4, 8 V entre les positions extrêmes de la commande de vol. Quel est le pourcentage de la pleine échelle couvert par EM ?
Q15 - Dans les mêmes conditions, quel est l'intervalle de valeurs obtenu en sortie du CAN ?
En intervention dans des conditions météorologiques normales, le pilote d'un hélicoptère n'agit avec précision sur le manche cyclique qu'avec de très faibles mouvements (il est coutume de dire qu'il déplace la poignée du manche dans un cercle du diamètre d'une pièce de 2 euros...).
Q16 - Toujours pour l'axe longitudinal, exprimer le plus petit déplacement de la poignée du manche détectable théoriquement en sortie du CAN.
2.4. Traitement logiciel
Le programme embarqué, nommé FlightControl, prend en charge une procédure permettant de ramener l'étendue de mesure EM dans un intervalle déterminé. Cet étalonnage est automatiquement sauvegardé en EEPROM, il ne doit théoriquement être refait qu'après une intervention physique sur les capteurs.
Pour l'Arduino Uno utilisé, la taille de l'EEPROM est de 1 kibioctet.
Q17 - Que signifie le terme EEPROM ? Quelles sont les particularités de ce type de circuit mémoire?
Q18 - Quelle est la capacité en octets de l'EEPROM utilisée ?
La bibliothèque Arduino propose les 3 fonctions suivantes publiées dans EEPROM.h :
int EEPROM.length() ;
retourne la taille de l'EEPROM en octets
void EEPROM.write(int addr, byte val ) ;
écriture de la valeur val (mot de 8 bits non signé) à l'adresse addr, sans effet si l'adresse est invalide (*)
byte EEPROM.read(int addr ) ;
lecture de l'octet à l'adresse addr, retourne 0xff si l'adresse est invalide (*)
(*) adresse en dehors de l'intervalle 0..length()-1
Pour chacun des 4 axes, les valeurs extrêmes (minimale et maximale) lues en sortie des CAN sont mémorisées. La lecture d'une sortie de CAN est réalisée par la fonction :
uint16_t analogRead( int pin ) ; // lecture d'une sortie CAN avec pin = 0..3
Les types de données non standards sont définis de la manière suivante :
typedef unsigned char byte ; // entier non signé 8 bits
typedef unsigned short uint16_t ; // entier non signé 16 bits
Le code de FlightControl contient la définition d'une classe C++ proposant 4 méthodes inline afin d'écrire et de lire les valeurs minimales et maximales pour chacun des axes :
class FcEeprom
{
public :
void writeMin(int axis, uint16_t value ) { ... }
void writeMax(int axis, uint16_t value ) { ... }
uint16_t readMin(int axis ) { ... }
uint16_t readMax(int axis ) { ... }
} ;
Le tableau suivant présente le schéma d'organisation de la mémoire EEPROM pour les 4 paires de valeurs 16 bits :
adresse
n° d'axe
valeur extrême
octet
0
0 (tangage)
min
poids faible
1
poids fort
2
max
poids faible
3
poids fort
4
1 (roulis)
min
poids faible
5
poids fort
6
max
poids faible
7
poids fort
8
2 (collectif)
min
poids faible
9
poids fort
10
max
poids faible
11
poids fort
12
3 (lacet)
min
poids faible
13
poids fort
14
max
poids faible
15
poids fort
Q19 - Proposer une implémentation pour la méthode writeMin() chargée de l'écriture en EEPROM de la valeur minimale value de l'axe n° axis.
Q20 - Proposer une implémentation pour la méthode readMax() qui retourne la valeur maximale inscrite en EEPROM pour l'axe n° axis. Cette méthode doit retourner 0 si l'axe demandé est invalide.
La classe Fclnput est utilisée pour modéliser une entrée analogique :
class FcInput
{
public:
FcInput(int pin, int min = -32768, int max = 32767 ) ;
void resetRange() { // min/max value resetting
m_canMin = (uint16_t)CANMAX ; // max. CAN value (0x03FF)
m_canMax = (uint16_t)CANMIN ; // min. CAN value (0x0000)
}
void setRange(uint16_t min, uint16_t max ) { // min/max value setting
m_canMin = min ;
m_canMax = max ;
}
uint16_t calibrate() { // min/max value updating
uint16_t v = analogRead( m_pin ) ;
if ( v < m_canMin ) m_canMin = v ;
if ( v > m_canMax ) m_canMax = v ;
return v ;
}
uint16_t canMin() const ; // min CAN output registered value
uint16_t canMax() const ; // max CAN output registered value
int currentValue() ; // 16 bits signed axis current value
private:
int m_pin ; // Arduino IO pin number
int m_min ; // min report value (default -32768)
int m_max ; // max report value (default +32767)
uint16_t m_canMin ; // min CAN output value
uint16_t m_canMax ; // max CAN output value
} ;
Q21 - Justifier le code de la méthode inline resetRange ().
Le programme principal flightcontrol.ino implémente les traditionnelles fonctions setup() et loop ( ). La partie globale du code contient les définitions suivantes :
Q22 - Développer l'implémentation externe du constructeur de la classe FcInput.
Le diagramme de séquence ci-contre illustre l'initialisation d'un objet FcInput.
Q23 - Proposer le code nécessaire dans la fonction setup() pour la création des 4 instances Fclnput et l'initialisation de leur étendue de mesure enregistrée en EEPROM.
Figure 6 : Initialisation d'un objet FcInput
L'Arduino est équipé d'un interrupteur INT et d'un témoin lumineux rouge LED1 pour permettre l'autocalibration des 4 axes de commande de vol.
Procédure à suivre :
-Basculer INT en mode Calibrage (position haute) ; le témoin rouge LED1 doit s'allumer ;
-Attention : les valeurs courantes de configuration sont annulées, le système n'est plus opérationnel ;
-Manœuvrer les différentes commandes de vol avec leur débattement maximum (jusqu'aux butées mécaniques), le système scrute en continu les positions extrêmes atteintes ;
-Basculer INT en mode Exploitation ; le témoin LED1 doit s'éteindre. La configuration est enregistrée en mémoire non volatile ; le système est opérationnel.
Q24 - Sur le document réponse DR 24, compléter les légendes du diagramme de séquence relatif à la procédure d'autocalibration (simplifié ici pour un unique axe).
Pour une manette de jeu, les grandeurs analogiques sont en général codées sous forme d'une valeur signée sur 16 bits (dans l'intervalle localement maintenu par les membres m_min et m_max de la classe FcInput).
En mode exploitation, les valeurs retournées sur l'interface USB-HID par la méthode FcInput::currentValue() sont obtenues par calibrate() dans l'intervalle de valeurs canMin() .. canMax (), elles doivent ensuite être extrapolées vers la valeur de sortie.
Q25 - Proposer une implémentation externe de FcInput::currentValue().
2.5 Conclusion partielle
Q26 - Conclure quant aux choix techniques retenus pour la remise en service des commandes de vol de la cellule d'Alouette III.
Partie 3 : Conception du système de projection 3D
Objectifs : Valider la mise en situation du simulateur dans un environnement 3D (écran d'immersion et générateur de scènes).
3.1. Écran de projection
Pour rendre le simulateur le plus réaliste possible, les utilisateurs disposent d'un écran de projection englobant au mieux la cabine de pilotage de l'appareil ; la scène devant être visualisable par le pilote bien entendu, mais aussi par le personnel embarqué afin que celui-ci ressente au mieux les conditions réelles de vol.
Après observation et mesures des parties vitrées et des dimensions de la cellule, il a été envisagé un écran semi-circulaire, de rayon
Figure 7 : Écran modulaire semi-cylindrique
3 m et d'une hauteur utile égale à 2,40 m.
La structure réalisée en bois est auto-porteuse. Le revêtement de façade est adapté à la projection (finition peinture murale spéciale type « home cinéma »).
Q27 - Quelle est la surface totale (en m^2 ) de l'écran ?
Q28 - Quel est, en m, la longueur de l'arc de l'ensemble (développé horizontal) ?
L'écran est constitué de deux rangées de 9 panneaux, soit 18 modules identiques. En mode transport, l'ensemble est conditionné sous forme de 6 lots de 3 modules.
Figure 8 : Lot de transport
3.2 Projecteurs vidéo
Plusieurs vidéoprojecteurs sont nécessaires pour couvrir la surface totale de l'écran. Celle-ci est totalement couverte par un découpage virtuel en trois formats 4:3 côte à côte, avec un léger recoupement.
Les vidéoprojecteurs utilisés disposent de connexions VGA et HMDI, ils ont pour principales caractéristiques :
-Un rapport de projection 0,6:1 ;
-Une luminosité de 3300 lumens ;
-Une résolution XGA (cf. DT 3) ;
-Et un contraste de 15 000:1.
Pour libérer l'espace au sol autour de la cellule de l'hélicoptère, les projecteurs sont suspendus
Figure 9 : Poutre et vidéoprojecteurs
tête en bas via une poutre de scène (figure 9).
La figure 10 ci-contre montre le positionnement relatif des projecteurs par rapport à l'appareil et à l'écran.
Q29 - Estimer la taille d'un pixel projeté sur l'écran panoramique.
On considère qu'un œil normal peut percevoir un détail d à une distance D lorsque les rayons lumineux issus de ce détail arrivent dans l'œil avec un angle θ supérieur ou égal à une minute d'angle (figure 11).
Figure 11 : Détail perceptible par l'œil humain
Figure 10 : Projecteurs, vue de dessus
Q30 - Calculer le plus petit détail d(mm) observable à l'œil nu à une distance D de 3, 40 m.
Q31 - Exprimer le résultat obtenu précédemment en ppi (pixel/point par pouce).
3.3. Générateur de scène 3D
Les scènes 3D sont issues du logiciel X-Plane. Le logiciel propose de faire voler des aéronefs commerciaux ou militaires (avions, hélicoptères, planeurs...) ; il est ici interfacé en USB avec les commandes de vol de la cellule 1790. Des outils sont également fournis pour créer ou personnaliser les aéronefs et les décors.
La station d'accueil du progiciel simulateur de vol X-Plane 11 (de
Figure 12 : Alienware Area-51
Laminar Reseach) est un Alienware Area-51 équipé notamment d'un processeur Intel® CoreTM i7, de 16 Go de RAM, d'une capacité disque dur de 2 To et de deux unités NVIDIA® GeForce® GTX 980 Ti avec 6 Go de mémoire GDDR5 chacune. Le système d'exploitation est d'origine Windows 7 Pro.
Cette machine héberge également le logiciel Immersive Display Pro (produit par Fly Elyse-ng). Le logiciel Immersive Display est utilisé pour le warping qui consiste à déformer et raccorder les parties de la scène 3D fournie par X-Plane, scène répartie sur les 3 vidéo-projecteurs.
L'application SceneEditor, qui permet de créer les scénarios d'intervention, est sur ce même poste.
L'application mobile ScenePlayer est utilisée par l'instructeur pour piloter les séances de formations.
La figure ci-dessous résume l'architecture générale du système :
Figure 13 : Diagramme de déploiement général
Partie 4 : Reconstitution du tableau de bord (instruments de vol)
Objectif : Étudier les moyens mis en œuvre pour représenter et animer des instruments de vol en interaction avec un logiciel simulateur de vol.
4.1. Dessin des instruments
La cellule utilisée pour développer le simulateur est dépourvue de tous les instruments de vol d'origine ; ceux-ci sont pour la plupart gyroscopiques ou basés sur la pression statique, ils ne peuvent donc fonctionner qu'en conditions réelles de vol.
Le tableau de bord principal et ses instruments ont donc été reconstitués virtuellement afin de pouvoir être animés en temps réel par les données de vol issues du logiciel X-Plane.
La figure 14 présente un exemple de configuration d'origine de la machine SA316B (type de l'Alouette III). formes à tous les aéronefs :
1.Indicateur d'altitude (altimètre) ;
2.Indicateur de vitesse verticale (variomètre) ;
3.Indicateur d'assiette (horizon artificiel) ;
4.Indicateur de vitesse (anémomètre) ;
7.Conservateur de cap ;
9.Indicateur de virage/dérapage (bille).
Pour le projet 1790, le tableau de bord a été reconstitué avec une dalle LED (modèle 19M35A de marque LG, VGA, ratio 16:9, résolution 1366 x 768) couverte par un masque modulaire en ABS fabriqué au moyen d'une imprimante 3D.
Cette solution a permis de mettre en place des organes connexes d'entrée/sortie autour des instruments (témoins lumineux, potentiomètres de réglage, boutonspoussoirs...).
Ces organes sont symbolisés figure 15 par les pastilles de couleur.
Figure 14 : Tableau de bord réel
Cette configuration montre notamment l'ensemble « the standard six » commun sous diverses
La pression atmosphérique est la pression exercée par l'air qui entoure la terre. Elle varie selon le moment considéré, la température, la latitude et surtout l'altitude. La pression statique est la pression de l'air au repos ; elle est égale à la pression atmosphérique et est indépendante de la
Q33 - Citer au moins un des instruments à aiguilles du « standard six » qui utilise la pression
Figure 15 : Tableau de bord virtuel (instruments représentés non contractuels)
Le graphisme des instruments est généré et animé par une application logicielle dédiée nommée FlightSim, hébergée par la machine hôte (Linux Ubuntu) où est connecté l'écran. Le programme échange des informations sous forme de datagrammes UDP avec le progiciel X-Plane.
Les éléments d'E/S sont gérés par un système embarqué de type Arduino Mega jouant le rôle de serveur Modbus over TCP/IP. L'application embarquée est nommée AmB (Android modipButler), elle peut gérer jusqu'à 70 E/S dont 16 entrées analogiques.
L'application FlightSim est basée sur la technologie de développement multiplateforme Qt en version opensource. Ce framework propose une hiérarchie de classes C++ dédiées au développement d'IHM graphiques.
Avec Qt, le terme générique pour désigner un élément graphique est le widget (window gadget); les concepts de la programmation orientée objet permettent de spécialiser cette classe d'objets (en l'occurrence QWidget) en une classe spéciale QamFlightInstrument regroupant des propriétés visuelles et dynamiques propres aux instruments de vol.
Chaque instrument est alors modélisé par une classe dédiée, dérivée de la classe QamFlightInstrument (cf. document technique DT 4).
Q34 - Sur le document réponse DR 34, proposer une définition de la classe QfiAxis (avec constructeur par défaut et sélecteurs inline) en ne retenant pour simplifier que les propriétés 'label' et 'valeur instantanée'.
Q35 - Sur le document réponse DR 35, développer le modificateur de la valeur instantanée, en tenant compte des limites admissibles.
Q36 - Sur le document réponse DR 36, écrire une définition de la classe QamFlightInstrument à partir des éléments présentés en annexe DT4, sans les primitives graphiques et avec les mêmes restrictions que précédemment concernant la liste des propriétés retenues pour chaque axe. Toutes les méthodes doivent être externes sauf le constructeur.
Q37 - Sur le document réponse DR 37, implémenter le modificateur de valeur instantanée de la classe QamFlightInstrument.
Q38 - Sur le document réponse DR 38, définir la classe QamAirSpeedIndicator.
Q39 - Implémenter le constructeur de QamAirSpeedIndicator de manière à initialiser l'objet conformément à la figure du document technique DT 4.
Q40 - Conclure cette partie par un diagramme UML/SysML (document DR 40) montrant les relations entre les classes QWidget, QfiAxis, QamFlightInstrument et QamAirSpeedIndicator ; détailler la classe QfiAxis (avec les mêmes restrictions qu'en Q34).
4.2. Animation des instruments
Les instruments de vol sont animés en temps réel en fonction des DataRefs fournis par le simulateur de vol X-Plane. Une référence de donnée (dataref) peut correspondre à une action (consigne issue des palonniers…), une grandeur instantanée (altitude de l'aéronef…) ou un état (feux de position allumés ou non...).
Les informations souhaitées sont spécifiées et récupérées sous forme de datagrammes UDP (cf. DT 5). Les requêtes ne sont effectuées qu'une fois en début de programme.
La dernière version de X-Plane publie une liste de plus de 4000 DataRefs classées de manière arborescente ; les grandeurs d'animation des instruments de vol sont par exemple situées dans la catégorie sim/cockpit2/gauges/indicators/.
L'animation de l'aiguille de l'ASI (cf. DT 4) est ainsi faite en fonction de la valeur d'une DataRef identifiée par la chaine "sim/cockpit2/gauges/indicators/airspeed_kts_pilot".
Qt fournit la classe QByteArray pour gérer les tableaux dynamiques d'octets.
Un objet de cette classe est une suite de données brutes pouvant être alimentée notamment par les méthodes suivantes :
La méthode QamFlightInstrument::xplaneRref() fabrique le datagramme UDP de requête de la DataRef spécifiée en argument. Son prototype est le suivant :
QByteArray xplaneRref(const QString& dataref, int freq, int id ) const ;
Q41 - Sachant que le nombre de caractères d'un QString peut être obtenu par sa méthode size() et que le bourrage (padding) est constitué d'octets nuls, proposer sur le document réponse DR 41 une implémentation de la méthode xplaneRref().
Q42 - Que signifie UDP ? Quelle est la couche du modèle OSI concernée ? Citer un autre protocole de même niveau.
Le document technique DT 6 montre un extrait du fichier de configuration de FlightSim regroupant la liste complète des DataRefs utilisées par les instruments de vol (sur le tableau de bord principal) et les instruments moteurs (sur un second écran) de la cellule Alouette III. Par exemple, l'altimètre est rafraîchit 10 fois par seconde via des trames de réponse RREF (13 octets) ; alors que l'horloge n'est mise à jour qu'une fois par seconde.
Q43 - En considérant que l'encapsulation Ethernet d'un datagramme UDP nécessite 112 octets, avec un espace intertrame de 96 bits, soit 0, 96μ s en Fast Ethernet, calculer le débit réseau en bits/s induit par l'animation des 14 instruments. En déduire le taux de charge théorique (%) lié à cette activité.
Q44 - Justifier le choix d'UDP pour répondre au besoin étudié.
4.3. Gestion des éléments actifs
Comme évoqué figure 15, chaque instrument de vol est entouré par un maximum de 4 éléments d'E/S gérés par l'application AmB (serveur Modbus over TPC/IP).
Figure 16 : Types d'éléments d'E/S utilisables
Répartition des éléments d'E/S pour les 8 principaux instruments :
note : LEd − R = rouge, Led- J = jaune, Led- B = bleue
Le protocole Modbus supporte les formats 16 bits (register) et 1 bit (coil) pour l'échange de données. L'encodage retenu pour les E/S du panneau d'instruments est le suivant :
-un registre 16 bits (input register) par entrée analogique Adj (l'Arduino dispose de CAN 10 bits). L'esclave Modbus présente toujours les grandeurs en 1/1000e (valeur 0...1000) ;
-un registre 16 bits (holding register) pour les entrées-sorties TOR de chaque module. Chaque emplacement A, B, C et D se voit allouer 4 bits : 2 en tant qu'entrée et 2 en tant que sortie. Cette réserve de 4 combinaisons par entrée ou sortie permet notamment d'envisager 4 états « éteint », « allumé fixe », « clignotant lent » et « clignotant rapide » pour les sorties de type Led.
STOR = Led
→←
ETOR = Sel | Int | Inv
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
D
C
B
A
D
C
B
A
Pour l'altimètre, le sélecteur D est utilisé pour le changement d'unité de pression de l'instrument (hPa ↔ InNg - inch of mercure) et le potentiomètre C permet de régler la référence de pression QNH; en aéronautique, le QNH est la pression barométrique corrigée des erreurs instrumentales (de température et de gravité) et ramenée au niveau moyen de la mer (MSL ou Mean Sea Level).
MSL à 15°C : 1013,25 mBar (hPa) = 29, 92lnHg
Les trames suivantes ont été capturées au moyen d'un analyseur de trafic réseau. Elles concernent des transactions Modbus TCP/IP entre l'application cliente FlightSim et le système embarqué AmB. Ces échanges sont relatifs à la gestion des éléments d'E/S de l'altimètre.
Consulter les documents techniques DT 7 et DT 8 et analyser les trames précédentes pour répondre aux questions suivantes.
Q45 - Donner les adresses IP du poste FlightSim et du serveur AmB en notation décimale pointée.
Q46 - Quel est le numéro de port du serveur AmB (en décimal) ?
Est-ce un numéro réservé par l'IANA (Internet Assigned Numbers Authority) ? Justifier.
Q47 - Quels sont les numéros des registres Modbus concernés par les échanges ?
Q48 - En déduire la valeur et/ou l'état des éléments d'E/S entourant l'altimètre.
4.4. Synthèse « cellule pilotable »
L'instrumentation des commandes de vol, la reconstitution des instruments et les communications avec le logiciel simulateur de vol ont permis de rendre la vénérable cellule d'Alouette III à nouveau pilotable...
Partie 5 : Architecture réseau du système
Objectifs : Étudier la mise en réseau des différents équipements du simulateur, en local et au sein de l'architecture réseau globale du centre de formation.
5.1. Réseau local
Le réseau local du simulateur d'interventions héliportées est nommé LAN-1790, c'est le premier sous-réseau de 192.168.0.0/27 (notation CIDR).
Q49 - Qu'est-ce que le CIDR ? Que signifie /27 dans la notation précédente ? Pourquoi le CIDR a-t-il été développé ?
En plus des matériels déjà évoqués, le système 1790 est complété par un deuxième module AmB destiné à la gestion des tableaux de bord auxiliaires (instruments moteur et plafonnier) et par un système de sonorisation relié à la sortie son du poste X-Plane afin de reproduire le bruit de la turbine et autres effets sonores à l'intérieur de la cellule.
En phase d'exploitation, l'instructeur pilote le scénario d'intervention au moyen d'une tablette Android reliée par wifi (application ScenePlayer). Une caméra IP est par ailleurs installée dans la cellule pour permettre à l'instructeur de voir le comportement des occupants et l'état du tableau de bord principal, ceci soit sur l'écran du poste FlightSim, soit directement sur sa tablette.
La liste complète des matériels de LAN-1790 est donc la suivante :
-Poste X-Plane (Windows 7) ;
-Poste FlightSim (Linux) ;
-Système embarqué AmB principal (Arduino Mega) ;
-Système embarqué AmB secondaire (Arduino Uno) ;
-Caméra IP embarquée ;
-Borne wifi ;
-Tablette Android dédiée ;
-Commutateur réseau.
Le réseau LAN-1790 est illustré figure suivante.
Q50 - Quel est le masque du réseau LAN-1790 ? Combien d'hôtes accepte-t-il ? Avec quelle plage d'adresses ? Et quelle est son adresse de diffusion ?
Q51 - Proposer, sur le document réponse DR 51, un plan d'adressage pour les équipements du réseau LAN-1790.
Figure 21 : Réseau local LAN-1790
Le centre de formation qui héberge le simulateur 1790 prévoit à moyen terme la mise en service :
-De 3 autres ateliers pratiques (LAN-TP1, LAN-TP2 et LAN-TP3) nécessitant chacun un maximum de 10 adresses ;
-Et 2 salles de formations spécialisées (LAN-FS1 et LAN-FS2), équipées chacune de 12 postes informatiques, 1 poste formateur, 1 borne wifi, 1 vidéoprojecteur connecté et une imprimante réseau ; chaque salle de formation devant être susceptible d'accueillir ponctuellement jusqu'à 16 postes mobiles (ordinateurs portables, tablettes...).
Les 6 zones de formation sont toutes desservies par le réseau 192.168.0.0/24.
Q52 - Comment se nomme la technique qui consiste à répartir des équipements en sousréseaux de tailles variables ?
Q53 - Proposer une répartition en sous-réseaux au plus juste pour chacune des 6 zones du centre de formation (document réponse DR 53) ; spécifier aussi les zones d'adresses laissées libres.
5.2. Réseau étendu
L'architecture réseau précédente doit ensuite être intégrée dans un ensemble plus vaste qui regroupe notamment un bâtiment administratif, des serveurs et un accès Internet.
Les équipements des 6 zones de formation (réseau 192.168.0.0/24) seront alors tous connectés à un commutateur unique (constitué de plusieurs éléments 48 ports en cascades). Les administrateurs prévoient par ailleurs la mise en œuvre de la technologie des VLAN (réseaux locaux virtuel) pour associer les zones de formation avec des machines spécifiques de la partie administrative. Le réseau local LAN-1790 sera par exemple lié à un serveur hébergeant les données d'interventions réelles (comptes-rendus, moyens déployés, banques d'images...) pouvant être utilisées pour la création de scénarios sur le simulateur ; les salles LAN-FS1 et LAN-FS2 seront aussi associées à un serveur spécifique pour tous les supports de cours.
Architecture prévisionnelle :
Figure 22 : Réseau global du centre de formation
Q54 - Quels sont les avantages des VLAN ?
Un «lien marqué » (tagged link) est une interconnexion entre deux commutateurs qui préserve l'appartenance aux VLAN de chaque trame. CISCO et d'autres constructeurs utilisent le terme « lien trunk » (trunk link) pour parler d'un lien marqué.
Plusieurs VLAN peuvent partager un même câble d'interconnexion grâce à un système de marquage des trames (tag) destiné à transporter leur numéro de VLAN (cf. DT 7, protocole IEEE 802.1Q).
Q55 - Sur quelle(s) couche(s) du modèle OSI le marquage des trames est-il effectué ?
Q56 - Combien de VLAN distincts le protocole 802.1Q autorise-t-il ?
Q57 - Sur le schéma, le routage inter-VLANs est assuré par l'élément nommé router ; quels sont les éléments devant être liés par trunk link?
Q58 - Le schéma montre une zone DMZ. Que signifie cet acronyme ? À quoi sert cette zone ?
Q59 - Quelle politique de sécurité est généralement appliquée sur une DMZ (compléter le document réponse DR 59 par des croix) ?
DOCUMENTS TECHNIQUES
DT 1 : Commandes de vol d'un appareil à voilure tournante ..... 22
DT 2 : Documentation VISHAY P11VYS10K (extrait) ..... 23
DT 3 : Tableau des résolutions informatiques standards ..... 24
DT 4 : Classe QamFlightInstrument (Qt/C++) ..... 25
DT 5 : Getting/Sending Data from/to X-Plane (extraits) ..... 26
DT 6 : Fichier CSV de configuration de FlightSim (extrait) ..... 27
DT 7 : Protocoles TCP / IPv4 ..... 28
DT 8 : Modbus over TCP/IP ..... 29
DT 1 : Commandes de vol d'un appareil à voilure tournante
Les quatre commandes de vol
Le « manche à balai » permet de modifier l'assiette de l'appareil en jouant sur l'inclinaison du rotor principal ; cet actionneur nommé « commande de pas cyclique » (ou simplement « cyclique ») autorise donc à lui seul le contrôle de tous les mouvements dans le plan horizontal :
1 - axe de tangage (Ry : pitch) : manche cyclique, débattement longitudinal Tx.
2 - axe de roulis (Rx : roll) : manche cyclique, débattement latéral Ty ;
La commande de pas général, située en général à main gauche, contrôle la pente de déplacement dans le plan vertical, sans modifier l'assiette de l'appareil :
3 - pas général : levier de pas collectif agissant sur le pas des pales du rotor principal.
Le palonnier (constitué de deux pédales en opposition pour pieds gauche et droit) permet de piloter l'orientation du nez de l'appareil :
4 - axe de lacet (Rz : yaw) : palonnier agissant sur le pas du rotor anti-couple (RAC) de queue.
Effets dynamiques
Ces quatre axes de commande ont des effets primaires sur la dynamique de l'aéronef, mais peuvent aussi engendrer des effets secondaires :
commande de vol
effet primaire
effet secondaire
1
cyclique - longitudinal
vers l'avant :
→ piqué
vers l'arrière :
→ cabrage
en vol en palier, en montée ou en descente avec une vitesse supérieure à la VOM (Vitesse Optimale de Montée) :
→ trajectoire modifiée dans le sens du manche
en vol en descente avec une vitesse inférieure à la
VOM (Vitesse Optimale de Montée) :
→ trajectoire modifiée à l'inverse du manche
2
cyclique - latéral
vers la gauche :
→ inclinaison à gauche
vers la droite :
→ inclinaison à droite
3
collectif
vers le haut :
→ pente de montée
vers le bas :
→ pente de descente
les variations du collectif induisent des couples
les variations du collectif induisent des couples d'entraînement et de renversement du rotor d'entraînement et de renversement du rotor principal : principal :
→ compensations au moyen du palonnier
4
palonnier
appui à gauche :
→ rotation à gauche
appui à droite :
→ rotation à droite
aucun
Coordination « Assiette - Vitesse - Pas général »
Elle a pour but d'adapter constamment la valeur du pas général à l'assiette et à la vitesse pour maintenir une altitude constante (à noter que le pas général est minimal pour la VOM).
-Si la vitesse est inférieure à la VOM :
○Pour augmenter la vitesse, on pousse le manche vers l'avant et on diminue légèrement le pas général ;
○Pour diminuer la vitesse, on met le manche en arrière et on diminue momentanément le pas général puis on l'augmente à nouveau.
-Lorsque la vitesse est supérieure à la VOM :
-Pour augmenter la vitesse, on pousse le manche en avant et on augmente le pas général ;
-Pour diminuer la vitesse, on met le manche en arrière et on diminue le pas général.
Coordination « Pas général - Palonnier »
Les variations du collectif entraînent des variations des couples d'entraînement et de renversement de l'hélicoptère ; par voie de conséquence, ces variations entraînent une rotation autour de l'axe de lacet :
-Réduction du pas général : on agit sur le palonnier opposé au couple d'entraînement ;
-Augmentation du pas général : on agit sur le palonnier opposé au couple de renversement.
Pour un hélicoptère dont le rotor principal tourne vers la droite (sens horaire vu de dessus, cas de l'Alouette III) :
-Action sur le palonnier gauche → diminution du pas général ;
-Action sur le palonnier droit → augmentation du pas général.
Ces effets sont inversés si le rotor principal tourne vers la gauche
DT 2 : Documentation VISHAY P11VYS10K (extrait)
P11, PA11
Vishay Sfernice
Modular Potentiometers with Cermet (P11) or Conductive Plastic Elements (PA11)
FEATURES
-CECC 41300
-GAM T1
-P11 version for industrial and military applications
-PA11 version for professional audio applications
-Trimmer version T11/TA11 (see document No. 51021)
-Miniature module size: 12.5 mm square - low current compatibility
-Five shaft diameters and 12 terminal styles
-Multiple assemblies - up to seven modules
-Shaft and panel sealed version
-Up to twenty-one indent positions
-Switch modules
-Concentric shafts
-Motorized version
-Custom designs
VERSATILE MODULAR
COMPACT
ROBUST
ELECTRICAL SPECIFICATIONS
PA11
P11
Resistive Element
Conductive plastic
Cermet
Electrical Travel
270^∘ ± 10^∘
270^∘ ± 10^∘
Resistance Range*
1kΩ to 1MΩ
10Ω to 10MΩ
Non Linear Law
470Ω to 500kΩ
100Ω to 2.2MΩ
Tolerance
± 20%
± 20 %
On request
-
± 5 % or ± 10 %
Power Rating
0.5 W at + 70 °C
1 W at + 70^∘C
Non linear Laws
0.25 W at + 70 °C
0.5 W at + 70 °C
Multiple Assemblies
0.25 W at + 70 °C per module
0.5 W at + 70 °C per module
Temperature Coefficient (Typical)
± 500ppm/^∘C
± 100ppm/^∘C(R ≥ 100Ω)
Limiting Element Voltage
350 V
350 V
Contact Resistance Variation Linear Law
1 %
2 % or 3Ω
End Resistance (Typical)
2Ω
2Ω
Independent Linearity (Typical) Linear Law
± 5 %
± 5%
Insulation Resistance
10^6 MΩ min.
10^6 MΩ min.
Dielectric Strength
1500 V_(RMS) min.
1500 V_(RMS) min.
Attenuation
90 dB max. and 0.05 dB min.
-
Mechanical Rotational Life
50000 cycles
50000 cycles
Consult Vishay Sfernice for other ohmic values
MECHANICAL SPECIFICATIONS PA11 AND P11
Mechanical Travel:
Operating Torque, Single and Dual Assemblies: 3 mm, 4 mm(1/8^(′′)) dia. Shafts 6 mm (1/4") dia. Shafts
Three to Seven Modules (per module):
End Stop Torque:
3 mm, 4 mm (1/8") dia. Shafts 6 mm (1/4") dia. Shafts
Tightening Torque:
6 mm, 7 mm (1/4") dia. bushings
10 mm (3/8") dia. bushings
Weight 300^∘ ± 5^∘ 300^∘ ± 5^∘
0.5 to 1.3 Ncm max. (0.7 to 1.8 oz-inch max.)
0.7 to 1.5 Ncm max. (1 to 2.1 oz-inch max.)
0.2 to 0.3 Ncm max. (0.3 to 0.45 oz-inch max.)
25 Ncm max. (2.1 lb-inch max.)
80 Ncm max. (6.8 lb-inch max.)
150 Ncm max. (13 lb-inch max.)
250 Ncm max. (21 lb-inch max.)
7 g to 9 g per module (0.25 to 0.32 oz)
VARIATION LAWS
DT 3 : Tableau des résolutions informatiques standards
Sigle
Nom
Définition (pixels)
Format
CGA
Color Graphics Adapter
320 × 200
1.5
EGA
Enhanced Graphics Adapter
640 × 350
1.8
VGA
Video Graphic Array
640 × 480
4/3 = 1.33
S-VGA
Super-VGA
800 × 600
4/3 = 1.33
XGA
eXtra Graphic Array
1024 × 768
4/3 = 1.33
WXGA
Wide eXtra Graphic Array
1366 × 768
1.77 (16/9)
XGA+
eXtra Graphic Array+
1152 × 864
1.5
WXGA+
Wide eXtra Graphic Array+
1440 × 900
1.6 (16/10)
S-XGA
Super-XGA
1280 × 1024
1.25
HD
HD 720
1280 × 720
16/9
WS-XGA
Wide Super-XGA
1600 × 1024
1.56 (25/16)
S-XGA+
Super-XGA+
1400 × 1050
1.25
WS-XGA+
Wide Super-XGA+
1680 × 1050
1.6 (16/10)
U-XGA
Ultra-XGA
1600 × 1200
1.33
FHD 1080
Full-HD 1080
1920 × 1080
16/9
WU-XGA
Wide U-XGA
1920 × 1200
1.6 (16/10)
QHD
Quad-HD
2560 × 1440
16/9
Q-XGA
Quad-XGA
2048 × 1536
1.33
WQ-XGA
Wide Quad-XGA
2560 × 1600
1.6 (16/10)
4K UHD
4k - Ultra-HD
3840 × 2160
16/9
DT 4 : Classe QamFlightInstrument (Qt/C++)
La classe QamFlightInstrument, dérivée de QWidget, sert de modèle de développement pour des instruments de vol aéronautiques. Son constructeur unique est : QamFlightInstrument (QWidget* parent = 0 ) ;
La spécialisation de QamFlightInstrument peut se résumer à surcharger deux méthodes protégées :
-drawBackground () qui assure le dessin des parties fixes de l'instrument ;
-drawForeground() qui dessine les parties mobiles.
La géométrie de l'instrument (position et dimensions) est gérée par la classe de base QWidget.
La classe QamFlightInstrument prend en charge la gestion d'un maximum de 8 grandeurs réelles ; ces grandeurs jouent le rôle de variables d'animation de l'instrument. Le fichier header de la classe contient la ligne suivante :
#define QFI_NUMAXIS 8
Chaque grandeur est un objet de classe QfiAxis, celle-ci maintient notamment les propriétés suivantes :
-label : un label d'identification facultatif ;
-unit : une unité (pourcentage par défaut) ;
-minimum : une valeur minimale (0.0 par défaut) ;
-maximum : une valeur maximale (100.0 par défaut) ;
-lowThreshold : un seuil bas (égal à la valeur minimale par défaut) ;
-highThreshold : un seuil haut (égal à la valeur maximale par défaut) ;
-value : et sa valeur instantanée.
Par convention, les identifiants respectent la notation lowerCamelCase. Une propriété « myProp » est modélisée par un attribut privé m_myProp, un sélecteur (accesseur) myProp() et un modificateur (mutateur) setMyProp().
Les types de données utilisés sont tous des types standards du C++, les grandeurs numériques sont codées en simple précision. Seules les chaines de caractères sont représentées par le type QString offert par la bibliothèque Qt ; le constructeur par défaut de cette classe crée une chaine vide.
Les accesseurs QamFlightInstrument des propriétés précédentes attendent tous un argument supplémentaire nommé axis qui représente la grandeur concernée (valeur 0...7). La première grandeur (d'indice 0) est utilisée orsque cet argument est invalide ou absent.
Primitives graphiques :
QamFlightInstrument propose des ressources permettant de dessiner rapidement certains éléments graphiques de base :
-qfiBackground() : un fond de base noir avec anneau effet relief ;
-qfiAxis() : un axe d'aiguilles repositionnable (par défaut au centre du widget) ;
-qfiArc() : un arc coloré paramétrable ;
-qfiMarker () : une graduation de type « rounded rectangle » paramétrable ;
-qfiNeedle() : une aiguille classique ;
-qfiText() : une chaine de caractères positionnée par son centre.
Exemple de spécialisation :
« Air Speed Indicator (ASI) »
classe QamAirSpeedIndicator
grandeur d'animation : axe 0, en noeuds (Knots) (1 nœud = 1 mille nautique par heure = 1, 852 km/h)
Tournez la page S.V.P.
DT 5 : Getting/Sending Data from/to X-Plane (extraits)
You can send various different UDP messages TO X-Plane as well, and here are the rules for that:
-X-Plane always receives on port 49000.
-Any strings that you send should be null-terminated!
-Any time you send or receive a structure, the struct alignment must be 4 bytes, or 8 bytes if the struct has any doubles in it!
Below, you will see some variable types that are defined internally to X-Plane, and here they are:
-XCHR (character, in local byte-order for the machine you are on)
-XINT (4-byte int, in local byte-order for the machine you are on)
-XFLT (4-byte ints and floats, in local byte-order for the machine you are on)
-XDOB (double-precision float, in local byte-order for the machine you are on)
-strDIM is 500
-vehDIM is 20
So, now you see some notes about the port to send to, the need to null-term your strings, the struct alignment, and variable names and dimensions that we use. Now you need to know what the format is to send messages to X-Plane by UDP!
All of the UDP messages have the same format, which is:
-5-character MESSAGE PROLOGUE (to indicate the type of message). The first 4 chars are the message type, the 5th char is a byte of value zero, to null-term the label
-and then a DATA INPUT STRUCTURE (containing the message data that you want to send or receive)
Send me all the Datarefs I want: RREF
Datagram size = 413 byte
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13 ... 412
'R'
'R'
'E'
'F'
0
freq
id (int)
DataRef (ASCII string)
padding (0)
Where freq is actually the number of times per second you want X-Plane to end this data!
Where id is the integer code you want X-Plane to send back with the dataref value so you can tell which dataref X-Plane is giving you! (since you are likely to ask for MANY different datarefs!)
Where DataRef is the dataref string that you want X-Plane to send to you!
X-Plane will send the message right back to the IP address and port number you sent the RREF command from.
Datagram size = 13 byte
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
'R'
'R'
'E'
'F'
0
id (int)
value (float)
Where id is the integer code you sent in for this dataref in the struct above.
Where value is the dataref value, in machine-native floating-point value, even for ints!
So, of course, you can send in all the RREF messages you want, to get all the dataref values back that you want.
Send in a freq of 0 to stop having X-Pane send the dataref values.
Set a DataRef to a value: DREF
With this power, you can send in any floating-point value to any data-ref in the entire sim!
Datagram size = 509 byte
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 ... 508
'D'
'R'
'E'
'F'
0
value (float)
DataRef (ASCII string)
padding (0)
Where value is the single-precision float value for the DataRef nul terminated dataref.
DT 6 : Fichier CSV de configuration de FlightSim (extrait)
Données des couches applications (taille variable)
Indicateurs :
URG = pointeur de données urgente valide ACK = champ d'accusé de réception valide PSH = fonction de livraison sans attente de remplissage des tampons RST = réinitialisation de la connexion SYN = synchronisation des numéros d'ordre FIN = plus d'envoi de données par l'expéditeur
Paquet IPv4
31
2423
16
15
87
0
en-tête IPv4
Longueur du paquet
Type de service
IHL
Version
Décalage de fragment
Indicateurs
Identification
Somme de contrôle
Protocole client
TTL
Adresse IP de la source
Adresse IP de la destination
Options (+ bourrage), seulement si IHL > 5
Données de la couche transport (taille variable)
Longueur du paquet (Total length) : en octets, minimum = 20 (pas de données)
IHL (Internet Header Length) : longueur de l'en-tête, en nombre de mots de 32 bits, minimum = 5
TTL (Time To Live) : durée de vie
Protocole client : ICMP = 1, TCP = 6, EGP = 8, IGRP = 9, UDP = 17, EIGRP = 88, OSPF = 89
Ethernet II (standardisé IEEE 802.3)
64 à 1518 octets
→
7 octets
1
6
6
2
0 ... 1500
0 ... 46
4
Préambule
SFD
Adresse de destination
Adresse source
Longueur/ Type
Données
Bourrage
FCS
Préambule :
octets 10101010 pour la synchronisation
SFD :
Start Frame Delimiter, octet 10101011
Longueur/Type :
si ≤ 0x05DC (1500), 802.3 avec LLC → longueur du champ « Données » si ≥ 0 × 0600 (1536), Ethernet II → EtherType 0 × 0800 = IPv4, 0 × 86DD = IPv6, 0 × 0806 = ARP, 0 × 8035 = RARP…
FCS :
Frame Check Sequence, contient un CRC (Cyclic Redundacy Check)
Adresses Ethernet :
MAC (Media Access Control)
Modification IEEE 802.1Q (VLAN tag)
→
7 octets
1
6
6
2
2
2
0 ... 1500
0 ... 46
4
Préambule
SFD
Adresse de destination
Adresse source
TPID
TCI
Longueur/ Type
Données
Bourrage
FCS
TPID :
indicateur de protocole = 0×8100
TCI :
PCP (3 bits) CFI (1 bit) VID (12 bits)
Priority Code Point, niveau de priorité niveau 2 Canonical Format Identifier, compatibilité Token Ring, en général à 0 VLAN Identifier, numéro de VLAN, sauf 0 (aucun), 1002... 1005 et 4095.
DT 8 : Modbus over TCP/IP
Modbus is an open protocol, meaning that it's free for manufacturers to build into their equipment without having to pay royalties. It has become a standard communications protocol in industry, and is now the most commonly available means of connecting industrial electronic devices. It is used widely by many manufacturers throughout many industries.
Data tables
Information is stored in the Slave device in four different tables. Two tables store on/off discrete values (coils) and two store numerical values (registers). The coils and registers each have a read-only table and read-write table. Each table has 9999 values. Each coil or contact is 1 bit and assigned a data address between 0000 and 270E. Coil/Register Numbers can be thought of as location names since they do not appear in the actual messages. The Data Addresses are used in the messages. For example, the first Holding Register, number 40001, has the Data Address 0000. The difference between these two values is the offset. Each table has a different offset: 1, 10001, 30001 and 40001.
Coil/Register Numbers
Data Addresses
Type
Table Name
1-9999
0000 to 270E
Read-Write
Discrete Output Coils
10001-19999
0000 to 270E
Read-Only
Discrete Input Contacts
30001-39999
0000 to 270E
Read-Only
Analog Input Registers
40001-49999
0000 to 270E
Read-Write
Analog Output Holding Registers
Function codes
This number tells the slave which table to access and whether to read from or write to the table.
Function Code
Action
Table Name
1 (01 hex)
Read
Discrete Output Coils
5 (05 hex)
Write single
Discrete Output Coil
15 (0F hex)
Write multiple
Discrete Output Coils
2 (02 hex)
Read
Discrete Input Contacts
4 (04 hex)
Read
Analog Input Registers
3 (03 hex)
Read
Analog Output Holding Registers
6 (06 hex)
Write single
Analog Output Holding Register
16 (10 hex)
Write multiple
Analog Output Holding Registers
Modbus over TCP/IP format = MBAP header + PDU (Protocol Data Unit)
MBAP Header
Over IP, a 7-byte header called the MBAP header (Modbus Application Header) is added to the start of the message. This header has the following data:
-Transaction Identifier: 2 bytes set by the Client to uniquely identify each request. These bytes are echoed by the Server since its responses may not be received in the same order as the requests.
-Protocol Identifier: 2 bytes set by the Client, always = 0000
-Length: 2 bytes identifying the number of bytes in the message to follow.
-Unit Identifier: 1 byte set by the Client and echoed by the Server for identification of a remote slave connected on a serial line or on other buses.
PDU Transaction Formats (registers function code only)
Read Holding Registers (FC=03)
request
0
1
2
3
4
03
address
number
response
0
1
2
3
...
03
N
data (N bytes)
number = 1…125(007D), N = number ∗2
Read Input Registers (FC=04)
request
0
1
2
3
4
04
address
number
response
0
1
2
3
...
04
N
data (N bytes)
number = 1…125 (007D) , N = number * 2
Preset Single Register (FC=06)
request
0
1
2
3
4
06
address
value
response = echo of the request
value = 0…65535 (FFFF)
Preset Multiple Registers (FC=16)
request
0
1
2
3
4
5
6
…
10
address
number
N
data
response
0
1
2
3
4
10
address
number
number = 1…120(0078), N = number ∗2
Exception Responses
Following a request, there are 4 possible outcomes from the slave.
-The request is successfully processed by the slave and a valid response is sent.
-The request is not received by the slave therefore no response is sent.
-The request is received by the slave with a parity, CRC or LRC error. The slave ignores the request and sends no response.
-The request is received without an error, but cannot be processed by the slave for another reason. The slave replies with an exception response.
In a normal response, the slave echoes the function code. The first sign of an exception response is that the function code is shown in the echo with its highest bit set. All function codes have 0 for their most significant bit. Therefore, setting this bit to 1 is the signal that the slave cannot process the request. In this case, following the Function Code is the Exception Code. The exception code gives an indication of the nature of the problem.
DOCUMENTS RÉPONSES
(à rendre avec la copie)
DR 9 ..... 32
DR 24 ..... 32
DR 34 ..... 33
DR 35 ..... 33
DR 36 ..... 34
DR 37 ..... 34
DR 38 ..... 35
DR 40 ..... 35
DR 41 ..... 35
DR 51 ..... 36
DR 53 ..... 36
DR 59 ..... 36
Tous les documents réponses sont à rendre, même non complétés.
Tous les documents réponses sont à rendre, même non complétés.
DR 51
Équipements extérieurs
Équipements embarqués
Poste X-Plane
192.168.
AmB principal
192.168.
Poste FlightSim
192.168.
AmB secondaire
192.168.
Borne wifi
192.168.
Caméra IP
192.168.
Tablette Android
192.168.
DR 53
nom
CIDR
nb. d'hôtes
plage d'adresses des hôtes
LAN-1790
192.168.0.0/27
192.168.0.
192.168.0.
192.168.0.
192.168.0.
192.168.0.
192.168.0.
192.168.0.
192.168.0.
192.168.0.
192.168.0.
192.168.0.
192.168.0.
192.168.0.
192.168.0.
192.168.0.
192.168.0.
192.168.0.
192.168.0.
192.168.0.
192.168.0.
192.168.0.
192.168.0.
192.168.0.
192.168.0.
192.168.0.
192.168.0.
192.168.0.
192.168.0.
192.168.0.
DR 59
trafic de...
... vers
autorisé
interdit
réseau externe
DMZ
réseau externe
réseau interne
réseau interne
DMZ
réseau interne
réseau externe
DMZ
réseau interne
DMZ
réseau externe
Questions fréquentes
4 questions
Sur quels chapitres porte l'épreuve écrite disciplinaire appliquée du CAPET ingénierie informatique 2021 ?
Afficher ou masquer la section
Sur quels chapitres porte l'épreuve écrite disciplinaire appliquée du CAPET ingénierie informatique 2021 ?
+
Le sujet, basé sur un simulateur d'intervention héliportée, porte sur l'acquisition de données (CAN, EEPROM), la programmation orientée objet, les réseaux (UDP, Modbus) et l'adressage IP avec VLAN et DMZ.
Quelles erreurs le jury a-t-il le plus relevées sur ce sujet du CAPET ingénierie informatique 2021 ?
+
Le jury relève une méconnaissance des notions de base sur les convertisseurs analogique-numérique, des diagrammes de séquence peu tentés, une partie de programmation orientée objet largement délaissée, et des réponses aberrantes sur des calculs pourtant simples.
Quelle partie du sujet CAPET ingénierie informatique 2021 est la moins bien traitée ?
+
La partie sur la gestion des éléments actifs en Modbus n'a été traitée que par 35 % des candidats, alors qu'une lecture attentive de la documentation suffisait selon le rapport.
Faut-il bien maîtriser la programmation orientée objet pour ce sujet du CAPET informatique 2021 ?
+
Oui, la partie 4 sur la reconstitution du tableau de bord repose sur les concepts fondamentaux de la POO (classes, héritage, composition), en C++, Java ou Python.
Sujet proche avec corrigéX ENS Informatique C MPI 2025X-ENS · 2025Corrigé
Même année, CAPESCAPES informatique externe 2021, épreuve 1CAPES · 2021Sujet seul
Sujet proche avec corrigéCentrale Option Informatique MP 2024Centrale · 2024Corrigé
Même année, AgrégationAgrégation informatique externe 2021, épreuve 2, option ingénierie informatiqueAgrégation · 2021Sujet seul
