Title / Titre :
Le projet BioMAV : Développement d'un MicroVéhicule Aérien Bio-Inspiré
Author(s) / Auteur(s) :
Sounkalo Dembélé
Address / Adresse :
Laboratoire d'Automatique de Besançon
(UMR CNRS 6596 - ENSMM - UFC - IMFC FR W0067)
25, rue Alain Savary - 25000, Besançon - France
E-mail : sdembele@ens2m.fr - Tél : +33(0)381 40 27 98 - Fax : +33(0)381 40 28 09
Key words / Mots clés :
MAV (micro aerial vehicle), actionneurs piézoélectriques, actionneurs électrostrictifs, CAO,
microtechnologies, aérodynamisme, modélisation, commande.
Abstract / Résumé : Depuis quelques années, le développement des microtechnologies dans les domaines électronique, mécanique et matériaux a permis la réalisation de microsyst&egarve;mes tels que capteurs, actionneurs et mécanismes. Il est ainsi devenu possible d'envisager la réalisation de véhicules aériens de taille et d'envergure inférieures à 15 cm. Par opposition aux avions, ces objets volants sont dénommés microvéhicules, soit en anglais micro aerial vehicle ou MAV.
On distingue les MAV, où la sustentation est produite par la rotation d'une ou plusieurs hélices, des MAV bio-inspirés chez lesquelles la sustentation est produite par le battement des ailes. Deux tendances se rencontrent dans cette deuxième catégorie : les MAV qui s'inspirent des oiseaux et les MAV qui s'inspirent des insectes.
Le papier traite des MAV s'inspirant des insectes et plus particulièrement des odonates du sous-ordre des anisoptères. Ceux-ci sont des insectes, relativement primaires, ayant une envergure comprise entre 20 mm et 110 mm, une longueur comprise entre 30 mm et 85 mm pour une masse inférieure à 80 mg. La fréquence de battement des ailes comprise entre 10 Hz et 90 Hz pour une amplitude inférieure à 80o leur assure une vitesse de vol pouvant atteindre 40 km/h. Le nombre de Reynolds s'élève à environ 103. La puissance produite est habituellement inf'érieure à 200 mW/g avec un rendement compris entre 5 et 15%.
A l'inverse des avions (gros et rapides donc un nombre de Reynolds supérieur à 105 ) où les 'écoulements sont stationnaires, les 'écoulements dans le vol des odonates ne sont pas stationnaires. Au contraire, le vol des insectes repose sur l'utilisation des tourbillons. Le battement de chaque aile provoque un tourbillon, source d'un apport de portance suppl'émentaire, et l'insecte essaie de profiter de ce tourbillon en faisant tourner l'aile. Aussi le mouvement des ailes comporte un mouvement de haut en bas et de bas en haut ainsi qu'une rotation autour de l'axe m'édian.
Le projet BioMAV du Laboratoire d'Automatique de Besançon porte sur la r'éalisation d'un MAV s'inspirant des anisoptères.
Jusqu'à pr'ésent les MAV bio-inspir'és ont, pour la plus part, des thorax constitu'és de m'écanismes 4 barres actionn'és par des multimorphes pi'ézo'électriques de type PZT, PZN ou PMN. Dans le projet du LAB, par contre, le thorax est monolithique, le m'écanisme de base 'étant la structure flexible à charnières 'élastiques. On parie sur le fait que l'amplification m'écanique des mouvements et l'excitation à la r'ésonance permettront d'obtenir des amplitudes de battement compatibles avec le vol.
Le projet se trouve actuellement dans la phase de simulation sous un logiciel d''él'éments finis (ATILA) afin d'optimiser la structure du MAV et en d'éduire ses caract'éristiques m'écaniques. Après cela il s'agira de mod'éliser le comportement du MAV puis d''étudier des lois de commande permettant l'excitation des ailes à la r'ésonance. Puis on effectuera des essais en soufflerie pour 'étudier le comportement a'érodynamique. Apr&egarev;s seulement seront envisag'és des essais en grandeur nature.