Aérodynamique et propulsion des micro-drones

L’axe de recherche sur les micro-drones (aéronefs de moins de 30 cm) a débuté en 2000 par une série d’études concernant les configurations de micro-drones à voilure fixe puis, plus récemment, à voilure tournante.

Les recherches entreprises sur ce thème consistent à identifier, élucider et lever les verrous technologiques associés au développement de cellules de micro-drones d’observation en milieu urbain.

Sur le plan opérationnel, la réalisation d’une mission d’observation en milieu confiné suppose deux exigences relativement éloignées : d’une part le vol rapide et furtif pour échapper à l’observation et au feu de l’ennemi et, d’autre part, le vol lent ou stationnaire pour réaliser des prises de vues exploitables en temps réel. Afin d’aboutir à terme à un concept de micro-drone polyvalent, deux stratégies de développement ont été identifiées.

La première concerne la conception et la réalisation d’un micro-drone à voilure fixe à capacité de vol lent selon le concept « tilt-body ». Cette première approche a donné lieu à l’exploitation de l’interaction hélice-voilure au bénéfice d’une extension de l’enveloppe de vol de micro-drones à voilure fixe existants. La configuration voilure fixe avec hélices contrarotatives en position tractive a été l’objet d’une étude particulière (voir le MiniVertiGo en photo) en collaboration avec l’université d’Arizona (prof. Sergey Shkarayev).

La seconde stratégie procède d’une démarche inverse qui consiste à partir d’un véhicule de type birotor contrarotatif caréné à capacité de vol stationnaire et à l’adapter au vol d’avancement. Dans cette perspective, deux bancs d’expérimentation de birotor à carène courte et à carène longue respectivement ont été développés, permettant d’accéder à la connaissance locale des effets aéro-propulsifs de la carène sur le comportement du véhicule en phase de vol d’avancement. Cette recherche porte sur le choix de la forme de la carène pour permettre d’augmenter le rendement propulsif du doublet contrarotatif d’une part et d’améliorer la tenue du véhicule aux rafales de vent latéral d’autre part.

Enfin, le développement d’une série de bancs d’essais dédiés à la caractérisation de moteurs sans balais à cage tournante et d’hélices de micro- et nano-drones a conduit à envisager le développement d’aéronefs de taille réduite (inférieure à 10 cm) contrôlés par actuateurs électro-actifs (matériaux piézo-électriques par exemple).