Une approche pour produire des manœuvres de vol élaborées à l’aide de drones à ailes morphing

Une approche pour produire des manœuvres de vol élaborées à l'aide de drones à ailes morphing

Les super-manœuvres, telles que la manœuvre du cobra, peuvent être d’une grande utilité dans les combats air-air. À l’aide d’une bibliothèque d’états de morphing d’aile, un avion à aile de morphing biomimétique peut effectuer ces supermanœuvres. Crédit : Pons & Cirak.

Les véhicules aériens sans pilote (UAV), ou drones, sont déjà largement utilisés dans divers contextes réels, notamment l’industrie cinématographique, l’armée et le secteur des transports. À l’avenir, ils pourraient également être utilisés pour assister les agents humains lors de missions de recherche et de sauvetage, pour surveiller des environnements éloignés ou inaccessibles et pour livrer des colis.

La plupart des drones sur le marché aujourd’hui ont une structure similaire, composée d’un corps principal et de quatre hélices rotatives ou plus. Certains ingénieurs, cependant, ont développé de nouveaux drones avec des conceptions alternatives inspirées des oiseaux ou d’autres créatures volantes.

Arion Pons et Fehmi Cirak, deux chercheurs de l’Université de Cambridge et de l’Université hébraïque de Jérusalem, ont récemment introduit une nouvelle approche qui pourrait permettre une sur-manœuvrabilité des drones capables d’adapter leur configuration d’aile. Leur approche, présentée dans un article prépublié sur arXivs’inspire de la dynamique biologique qui permet aux oiseaux, chauves-souris et autres organismes vivants volants de voler de manières différentes et élaborées.

“L’idée de l’article était au centre de mon doctorat à l’Université de Cambridge”, a déclaré Pons à Tech Xplore. “À l’époque, je cherchais des moyens de rendre les véhicules aériens sans pilote (UAV ou drones) existants plus maniables. Des améliorations de la maniabilité pourraient conduire à de meilleures performances des drones de combat contrôlés par l’intelligence artificielle ; ou à une technologie de missile plus efficace.”

Une approche pour produire des manœuvres de vol élaborées à l'aide de drones à ailes morphing

La manœuvre du cobra est nommée ainsi parce qu’elle ressemble à l’élevage d’un cobra. Il est illustré un segment central d’une simulation d’une manœuvre de cobra effectuée par un avion biomimétique. Crédit : Pons & Cirak.

Avant de commencer à travailler sur leur approche, Pons et Cirak ont ​​étudié de près la dynamique biologique qui permet aux oiseaux, chauves-souris et autres créatures volantes d’atteindre une maniabilité extraordinaire en vol grâce à des mouvements d’ailes complexes. L’objectif principal de leur article était de reproduire artificiellement le mouvement des ailes de ces animaux afin d’améliorer radicalement la maniabilité des drones. L’étude récente s’est également inspirée d’études antérieures dans le domaine de l’ingénierie aérospatiale, qui visaient à développer de nouvelles technologies pour rendre les UAV plus maniables.

“En examinant les types de contrôle complexe des ailes utilisés par les oiseaux, les chauves-souris et d’autres créatures volantes, nous pourrions avoir une idée des effets de manœuvre extrêmes de différents types de contrôle des ailes”, a déclaré Pons. “En simulant ces effets sur un modèle informatique unique d’un UAV en manœuvre, nous pouvons affiner cette compréhension et constituer une bibliothèque des types de contrôle des ailes qui génèrent quels types d’effets.”

Pons et Cirak ont ​​sélectionné des manœuvres de vol extrêmes spécifiques, ou supermanœuvres, qu’ils voulaient que leur UAV exécute. À l’aide des informations de la bibliothèque qu’ils ont compilée, ils ont ensuite pu déterminer le contrôle d’aile requis pour effectuer avec succès ces supermanœuvres à l’aide d’UAV.

“Le résultat est une stratégie concrète pour réaliser différentes formes de manœuvres extrêmes dans un UAV bio-inspiré”, a déclaré Pons. “Notre approche peut augmenter la maniabilité d’un UAV relativement banal à celle d’un avion de chasse haute performance, en utilisant des formes particulières de contrôle de morphing d’aile bio-inspiré. Plus précisément, nous pouvons recréer des formes de sur-manœuvrabilité : des manœuvres fantastiques comme incliner l’avion pour une direction tournée vers l’arrière (la « manœuvre du cobra »), ou en le faisant atterrir parfaitement sur un mur vertical. »

Une approche pour produire des manœuvres de vol élaborées à l'aide de drones à ailes morphing

D’autres supermanoeuvres sont également disponibles. L’illustration illustre un exemple de manœuvre de transition balistique effectuée par un aéronef biomimétique : une manœuvre de décélération rapide et d’atterrissage en douceur sur la surface verticale d’un bâtiment. Crédit : Pons & Cirak.

Les chercheurs ont évalué l’efficacité de l’approche pour atteindre deux supermanœuvres principales, connues sous le nom de cobra de Pougatchev et les manœuvres de transition balistique, à l’aide d’un simulateur de vol à la pointe de la technologie. Ces manœuvres n’avaient auparavant été reproduites que dans des UAV utilisant des avions de combat hautes performances et coûteux, mais Pons et Cirak les ont simulées dans un UAV à morphing d’aile beaucoup moins puissant.

À l’avenir, leurs travaux pourraient ouvrir la voie au développement de drones hautement manoeuvrables capables de combats air-air avancés, d’atterrir sur des surfaces rugueuses ou inégales et de tirer des missiles ou des munitions flottantes. De plus, l’approche imaginée par les chercheurs pourrait être utilisée pour étudier la dynamique de vol biologique de différentes espèces animales.

“Dans mon poste actuel à l’Université hébraïque de Jérusalem, en Israël, je développe des drones bio-inspirés en collaboration avec RAFAEL Advanced Defence Systems”, a ajouté Pons. “J’espère développer davantage ces drones bio-inspirés et les évaluer pour des applications industrielles. Peut-être verrez-vous un jour un drone bio-inspiré !”


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Plus d’information:
Arion Pons et al, supermanoeuvrabilité de l’axe de tangage dans un avion à aile morphing biomimétique. arXiv:2205.09431 [physics.bio-ph]. arxiv.org/abs/2205.09431

Informations sur la revue :
arXiv

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Citation: Une approche pour produire des manœuvres de vol élaborées à l’aide de drones à ailes morphing (13 juin 2022) récupéré le 13 juin 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-06-approach-elaborate-maneuvers-morphing-wing-drones. html

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