Projet Oiseau Artificiel L’objet du projet oiseau artificiel est de construire un drone à ailes battantes capable de procurer des prises de vues en temps réel à des opérateurs au sol. A l'origine sujet de recherche au Centre Automatique et Systèmes de MINES ParisTech, ce projet s'est engagé dans le concours ONERA/DGA comme projet étudiant. Exposé du 22 septembre 2010 par Y. Lenoir Après bientôt de 10 ans de travaux, la réalisation
d'un oiseau artificiel a atteint un stade avancé. La version en
cours d'achèvement est conçue pour reproduire artificiellement
le comportement en vol de croisière d'un oiseau de grande taille.
Rétrospectivement il apparaît qu'on a effectué une
longue opération de reverse engineering (rétro-ingéniérie).
Un rapide rappel historique situe ce projet aux côtés des
plus remarquables ayant été menés au cours de l'Histoire.
On traitera d'emblée la question de l'optimisation énergétique
du vol, un point qui distingue fondamentalement le vol battu des oiseaux
de celui des ornithoptères ("oiseaux" artificiels). On
décrira les principales caractéristiques qualitatives du
vol battu permettant de tendre vers cet optimum. Les éléments
techniques, voilure et transmission, seront présentés. Leur
fonctionnement conjoint au banc de test sera comparé avec une séquence
montrant un cygne chanteur en vole de croisière (on a choisi de
reproduire la trajectoire du battement et la géométrie alaire
de cet oiseau). Le principe de l'algorithme calculant le réglage
a priori des commandes du cycle de battement sera présenté.
Cet algorithme permet d'établir hors ligne le calcul des fonctions
de feed forward des contrôles du gauchissement de la voilure, et
de la fréquence (minimale) du battement et de l'assiette en fonction
de la vitesse-air, de l'accélération horizontale de consigne
sous la contrainte du maintien d'une portance moyenne égale au
poids de l'engin. Le schéma du contrôle de vol sensé
assister le pilote est le suivant. Ce dernier n'a à sa disposition
que les commandes d'un avion classique : profondeur, direction, ailerons
et manette des gaz (cette dernière commande est interprétée
comme une consigne de vitesse-air). Le contrôle de vol est constant
sur la durée d'un cycle. A partir des mesures (effectuées
à haute fréquence) de l'accélération verticale
on détecte, cycle après cycle, les points-morts haut et
bas du battement et la portance moyenne. Par ailleurs l'anémomètre
(tube de Pitot) fournit en permanence la vitesse air. Ces données
permettent d'agir, d'une part, sur la durée de l'abaissée
(partie active du cycle) pour corriger l'écart entre vitesse-air
et demande du pilote et, d'autre part, sur l'assiette pour que la portance
reste en moyenne cyclique égale au poids de l'oiseau. Les tests
numériques ont montré un quasi découplage entre ces
deux commandes. Le facteur de forme du cycle (rapport entre les durées
de l'abaissée et de la remontée des ailes) est assuré
en ajustant progressivement la valeur de la commande du moteur durant
la phase de remontée. Perspectives : une électronique embarquée a été développée autour d'une avionique µNAV100 et d'un enregistreur série. Une maquette logicielle a été mise au point qui d'ores et déjà comprend la saisie des données de radio commande, détecte les points morts haut et bas (tant en Z qu'en X), en déduit les durées des phases d'abaissée et de remontée et, sur un exemple, réalise un filtrage conditionnel de la consigne de vitesse air. L'achèvement des travaux en cours, avant essai en vol de la nouvelle version, comprend : - finition des ailes (amélioration du réglage mécanique
de la longueur des ligaments du gauchissement, protection d'atterrissage
des saumons et entoilage) ; Film de l'exposé scientifique de Y. Lenoir 22 sept 2010 Article scientifique CIFA 2010 contact: nicolas.petit@mines-paristech.fr
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Yves Lenoir, Jean-Louis Naudin, 22 Sept 2010 devant le prototype.
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Liste des personnels
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