Des ailes semblables à des oiseaux pourraient aider les drones à rester stables en rafales

Des ailes semblables à des oiseaux pourraient aider les drones à rester stables en rafales

Vue latérale de trois ailes de mouette imprimées en 3D qui ont été testées dans une soufflerie pour déterminer si les formes d’ailes complexes des oiseaux seraient bénéfiques pour les drones. Crédit : Christina Harvey, AIMS Lab, Université du Michigan

Des ailes qui peuvent varier leurs formes aussi librement que les ailes d’oiseaux pourraient avoir des avantages pour les petits avions dans les environnements construits, suggère une nouvelle étude menée par des ingénieurs de l’Université du Michigan.

« Ce ne sont que deux utilisations que nous avons identifiées, mais une autre partie qui me rend vraiment excité est que, comme chez les oiseaux, une aile de morphing 3D peut accomplir une grande variété de tâches. Le fait que seules deux articulations permettent une si large gamme de contrôle est prometteur pour la conception d’avions », a déclaré Christina Harvey, Ph.D. étudiant en génie aérospatial à l’UM et premier auteur de l’article dans le Journal de la Royal Society Interface.

Parce que les oiseaux peuvent déjouer même nos drones de taille similaire les plus avancés, les ingénieurs s’intéressent aux possibilités des ailes d’oiseau. Les oiseaux font que les ailes se transforment sans effort, se pliant dans un large éventail de plans et d’arcs.

Cependant, il est difficile de fabriquer des véhicules aériens sans pilote, ou UAV, avec des ailes qui se transforment. En règle générale, les chercheurs ne gèrent que des émulations approximatives d’oiseaux, avec quelques surfaces sur chaque aile. Si les ingénieurs doivent relever le défi d’imiter cette variabilité naturelle, ils veulent être sûrs qu’il y a un gain.

« Les aspects les plus incroyables de cette recherche ont été de réaliser à quel point le vol à voile aviaire n’est pas connu et d’apprendre combien d’améliorations peuvent être apportées dans les avions, motivés par ce que nous apprenons des oiseaux. La découverte ici va dans les deux sens : nous sommes en mesure de contribuer à la compréhension vol aviaire ainsi qu’à la conception d’UAV », a déclaré Dan Inman, professeur d’ingénierie aérospatiale Harm Buning Collegiate et auteur principal de l’article.

L’équipe a utilisé des simulations informatiques pour rechercher les avantages des ailes de morphing 3D. Leurs études ont parcouru toutes les formes que les goélands sont connus pour faire avec leurs ailes en planant, à travers des combinaisons de positions « coude » et « poignet ». Ils ont testé chacun dans des simulations de vol plané et ont identifié deux manœuvres dans lesquelles le morphing complet des ailes en 3D pourrait être utile pour les drones. Ils ont confirmé la précision des simulations avec des tests en soufflerie de modèles imprimés en 3D.

L’une des forces du morphing d’aile 3D est la stabilité lors des rafales de vent. En changeant la forme de leurs ailes, les oiseaux peuvent être en mesure de maintenir leur orientation et leur altitude malgré les gifles d’une forte brise. Cela serait utile pour les UAV qui sont petits, légers et volant beaucoup plus près des obstacles que les avions conventionnels, par exemple entre les bâtiments des rues de la ville.

« En permettant aux caractéristiques de stabilité d’être ajustées indépendamment de la portance, une aile morphing 3D peut être mieux équipée pour s’adapter dans de tels environnements », a déclaré Harvey.

L’atterrissage est un autre domaine potentiel d’amélioration. Une combinaison de positions de coude et de poignet a créé une forme qui imite les effets aérodynamiques des volets conventionnels sur les ailes d’avion pendant la descente. L’équipe soupçonne que le morphing de l’aile avec ces angles articulaires pourrait permettre aux oiseaux de descendre à des angles plus raides. Si tel est le cas, les drones à morphing des ailes en 3D pourraient emprunter des trajectoires d’approche plus courtes pour l’atterrissage.

Après avoir montré que seulement deux articulations dans une aile peuvent aider à contrôler un avion dans une variété de manœuvres, l’équipe a l’intention d’explorer s’ils peuvent concevoir une aile qui peut réaliser ce morphing 3D.

« Si c’est le cas, cela peut aider à conduire une nouvelle conception de drones à ailes morphing multifonctionnels », a déclaré Harvey.


Des ingénieurs et des zoologistes révèlent comment les goélands se transforment en ailes pour un vol stable


Plus d’information:
C. Harvey et al, Gull-inspired joint-driven wing morphing permet un contrôle de vol longitudinal adaptatif, Journal de l’interface de la Royal Society (2021). DOI : 10.1098 / rsif.2021.0132

Fourni par l’Université du Michigan

Citation: Des ailes semblables à des oiseaux pourraient aider les drones à rester stables en rafales (2021, 11 juin) récupéré le 11 juin 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-06-bird-like-wings-drones-stable-gusts.html

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