Algorithmes avancés boostant les performances des drones quadrotors

Lorsqu'un aéronef cabre trop, la diminution de portance et l'augmentation de traînée peuvent causer une chute soudaine du véhicule. Connue sous le nom de décrochage, ce phénomène a poussé de nombreux fabricants de drones à errer du côté de l'extrême prudence quand ils planifient les mouvements de vol autonomes de leurs véhicules. Pour les drones à décollage et atterrissage vertical (VTOL) à queue arrière, la plupart des fabricants programment l'aéronef pour que le corps du véhicule tourne très lentement chaque fois qu'il passe du vol stationnaire au vol d'avancement et vice versa.

Des chercheurs ont créé un planificateur de trajectoire qui raccourcit significativement le temps qu'il faut pour les drones VTOL à queue arrière pour faire cette transition cruciale. Le planificateur de trajectoire a été conçu pour un quadrotor biplan à queue arrière utilisé pour tester de nouvelles caractéristiques de conception et étudier l'aérodynamique fondamentale.

Les VTOL à queue arrière s'appuient généralement sur une approche basée sur l'heuristique chaque fois qu'ils passent du vol stationnaire au vol d'avancement, où ils suivent un ensemble d'actions prédéterminé très lent mais très sûr. En revanche, le planificateur de trajectoire peut trouver la séquence optimale de mouvements de vol pour ces transitions qui s'adaptent à chaque situation. Les chercheurs ont découvert la disponibilité de ces manœuvres plus agiles quand ils ont modélisé l'interaction unique entre le sillage des rotors du véhicule et l'aérodynamique de ses ailes.

Si le véhicule est en vol stationnaire, les ailes sont pointées vers le haut et les rotors tournent au-dessus constamment ; pour commencer à avancer, on traînerait l'aile efficacement à plat contre l'air. En réalité, à cause de l'air soufflé vers le bas sur l'aile, elle ne voit en fait pas beaucoup de traînée. En résultat de ce downwash supplémentaire des rotors, les VTOL à queue arrière peuvent gérer une transition plus agressive entre vol stationnaire et vol d'avancement que ce qu'on aurait supposé.

Par simulation, les chercheurs ont trouvé que l'incorporation de l'interférence du sillage des rotors sur le vent dans le planificateur de trajectoire a permis au drone de passer en vol stationnaire et d'atterrir en moitié moins de temps comparé à l'approche conventionnelle. L'équipe croit que le planificateur de trajectoire pourrait éventuellement permettre au drone de basculer intelligemment entre vol stationnaire et vol d'avancement alors qu'il navigue à travers des zones denses ou urbaines.

L'incorporation de modèles de vol plus sophistiqués dans le planificateur de trajectoire fournira au drone une meilleure compréhension de l'environnement aérodynamique complexe alors qu'il se déplace ; par exemple, s'il y avait un bâtiment sur le chemin, aurait-il plus de sens de voler au-dessus du bâtiment ou autour du bâtiment ?

Une fois que le planificateur de trajectoire subira plus d'essais de simulation, les chercheurs prévoient de connecter le logiciel à des modèles matériels pour assurer un haut niveau de robustesse avant de commencer les tests de vol. Une transition plus rapide et plus efficace entre vol stationnaire et vol d'avancement aidera éventuellement l'Armée à développer de nouveaux véhicules pour les missions de renseignement, surveillance et reconnaissance ainsi que les opérations de ravitaillement aérien.