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DCPS - Conception et évaluation des performances des systèmes

REMANTA - Micro-drone inspiré des insectes

Le projet

L’Onera étudie depuis 2002 la faisabilité d’un micro-engin dont le vol serait inspiré de celui des insectes. Dans le cadre du projet Remanta, des travaux de recherche ont été menés dans les disciplines clés (aérodynamique, mécanique, dynamique du vol) pour observer, comprendre et représenter les phénomènes mis en jeu.

De nouveaux modèles ont été développés et des outils de simulations ont été mis en place pour définir des lois de pilotage. Par ailleurs, les réflexions sur le système d’actionnement ont abouti au développement et à la réalisation d’un dispositif assurant la mise en battement d’une paire d’ailes à coût énergétique réduit.

L’objectif est, à terme, de pouvoir effectuer des missions d’observation et de renseignement en milieu urbain éventuellement confiné (intérieur des bâtiments), grâce à des prises de vue à partir de capteurs embarqués.

Un microdrone à voilures battantes, d’une quinzaine de centimètres d’envergure, devrait pouvoir disposer des performances en vol adéquates (vol d’avancement rapide, vol stationnaire stabilisé), avec une autonomie accrue par rapport à un hélicoptère de taille similaire.

Le système d’actionnement des ailes est inspiré du thorax des insectes. Il est composé d’une structure courbée en forme de diapason, liée à une
plaque précontrainte nommée tergum, sur laquelle sont fixées les ailes.

Une couche de matériaux électro-strictifs permet de fléchir les deux branches du diapason par effet bilame. Le tergum est alors soumis à un flambement qui l’amène à osciller entre deux positions (haute et basse). Les ailes sont ainsi mises en battement à une fréquence dépendant directement du signal électrique envoyé aux matériaux électrostrictifs.

L’ensemble se comporte comme une cavité résonante possédant sa fréquence propre. Ainsi, il est possible d’obtenir des amplitudes de battement importantes à des fréquences élevées proches de la résonance, le mouvement pouvant être alors entretenu à partir d’une faible quantité d’énergie.

La maîtrise des phénomène aérodynamiques est essentielle pour comprendre et mettre en oeuvre le vol battu. Plusieurs campagnes expérimentales de mesures et de visualisation des écoulements ont été menées depuis plusieurs années afin d’établir des modèles empiriques. Des modèles numériques sont également à l’étude.

Un outil complet de simulation nommé OSCAB a par ailleurs été développé.Les cinématiques de l’aile ont ainsi pu être optimisées pour générer les efforts aérodynamiques nécessaires à la propulsion et la sustentation du microdrone.

La recherche de lois de commande à l’aide de méthodes innovantes (algorithmes génétiques, réseaux de neurones) devrait permettre d’atteindre prochainement les performances attendues (vitesse d’avancement, vol stationnaire stabilisé, capacité de manoeuvre).

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