L’impression composite 4D pourrait améliorer les ailes des drones

drone militaire

Crédit : Pixabay/CC0 Domaine public

L’industrie aéronautique est confrontée à de multiples pressions dues à la hausse des coûts du carburant et à une surveillance accrue des impacts environnementaux et de la qualité de vie de ses avions. Les chercheurs recherchent de nouvelles méthodes pour réduire les dépenses tout en améliorant l’efficacité globale, et le marché relativement nouveau des véhicules aériens sans pilote (UAV) – ou drones – ne fait pas exception.

Les drones occupent une place de plus en plus importante dans les milieux de l’aviation. Dans un nouvel article publié dans la revue Ouvrages compositesSuong Hoa et ses co-auteurs étudiants présentent une méthode pour fabriquer des ailes de drone moins chères à fabriquer et plus efficaces en vol.

Hoa est professeur de génie mécanique, industriel et aérospatial à la Gina Cody School of Engineering and Computer Science. À l’aide d’une technique pionnière de Hoa connue sous le nom d’impression 4D de composites, les auteurs ont réalisé une étude de faisabilité sur l’application d’une nouvelle façon de fabriquer des ailes de morphing adaptative compliant trailing edge (ACTE). La technologie expérimentale remplace le volet d’aile articulé couramment utilisé par un autre qui est attaché au corps principal de l’aile mais qui peut se plier jusqu’à 20 degrés.

“Notre article montre qu’un drone utilisant ce type d’aile peut supporter une bonne quantité de charge pour les véhicules de petite ou moyenne taille”, explique Hoa, directeur du Concordia Center for Composites.

Utiliser les réactions matérielles

L’impression 4D est similaire à l’impression 3D, sauf qu’elle change les matériaux d’un endroit à l’autre. Le matériau séparé est utilisé parce qu’il est réactif à un stimulus particulier : l’eau, le froid ou la chaleur, par exemple. L’impression initiale est effectuée sur une surface plane qui est ensuite exposée au stimulus, provoquant une réaction et modifiant la forme de la surface. La quatrième dimension fait référence à la configuration modifiée du matériau autrefois plat.






Ailes d’avion imprimées en 4D avec Suong Hoa. Crédit : Université Concordia

L’impression 4D composite est plus complexe. Plutôt que d’utiliser une substance molle et pâteuse couramment utilisée par les imprimantes 3D et 4D, il repose sur une combinaison nerveuse de longs filaments fins maintenus en place par une résine. Chaque filament ne mesure que 10 microns d’épaisseur, soit environ 1/10e du diamètre d’un cheveu humain. L’imprimante composite 4D déroule son mélange filament-résine en couches ultra-fines à des angles de 90 degrés les unes des autres. Les couches sont ensuite compactées ensemble et durcies dans un four à 180˚C, puis refroidies à 0˚C, créant un objet rigide mais pas cassant.

Comme les auteurs l’expliquent dans leur article, cela leur permet de créer une section de matériau avec une courbure uniforme qui est prise en sandwich entre les surfaces supérieure et inférieure du volet de l’aile. Il est suffisamment flexible et solide pour supporter la déformation de 20 degrés dont l’aile a besoin pour la maniabilité en vol.

“L’idée est d’avoir une aile qui peut facilement changer de forme pendant le vol, ce qui serait un grand avantage par rapport aux avions à voilure fixe”, explique Hoa.

Il pense que la technologie composite 4D a un grand potentiel pour toutes sortes d’applications. La transportabilité de ses produits, dit-il, est un attrait majeur.

“Parce qu’il est plat, il est facile de l’emballer pour l’envoyer dans des régions éloignées, du Grand Nord canadien à l’espace extra-atmosphérique.”


Rendre l’impression 3D vraiment 3D


Plus d’information:
Suong Hoa et al, Développement d’un nouveau concept d’aile flexible pour véhicule aérien sans pilote utilisant un noyau ondulé fabriqué par impression 4D de composites, Ouvrages composites (2022). DOI : 10.1016/j.compstruct.2022.115444

Fourni par l’Université Concordia

Citation: L’impression composite 4D pourrait améliorer les ailes des drones (10 mai 2022) récupéré le 10 mai 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-05-4d-composite-wings-drones.html

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