Dynamique et commande de drones en conditions aérodynamiques turbulentes

 

Inna Sharf

Université McGill

 

Domaine : techniques, mesures et systèmes

Programme projet de recherche en équipe

Concours 2018-2019

Les drones, ou véhicules aériens sans pilote (UAV), suscitent beaucoup d'intérêt dans la communauté de recherche en robotique. De plus, le marché commercial des UAV connaît une forte croissance en Amérique du Nord, en raison de l'évolution rapide de nouvelles applications. De nouvelles recherches s'imposent pour améliorer les capacités des UAV et combler les exigences de performance dans des conditions plus diverses et plus difficiles. Dans ce projet, nous nous concentrons sur l'un des défis rencontrés dans le manœuvrage des UAV en situation réelle : le vol dans des conditions aérodynamiques instables. Celles-ci incluent la turbulence atmosphérique, les vents en rafales et les perturbations aérodynamiques près des structures et à proximité du sol. De telles situations surviennent lorsque ces véhicules volent à proximité des bâtiments, par exemple, dans les missions de livraison de colis, ou à proximité de grandes structures durant l'inspection d'infrastructures, ou même lorsqu'ils essaient de décoller ou d'atterrir, car l'écoulement de l'air près du sol a tendance à être intense et turbulent.

Ces problèmes seront abordés en combinant l'expertise en commande de la communauté robotique à celle de la communauté de l'aérodynamique et de la mécanique des fluides. La recherche se concentrera sur deux types d'UAV : un véhicule quadrirotor et une plate-forme de type tail-sitter équipés de rotors et d'ailes permettant le vol vertical et horizontal. Deux étudiants au doctorat, deux étudiants à la maîtrise et six étudiants de premier cycle recevront des fonds dans le cadre de cette subvention pour travailler sur les principaux objectifs du projet. Ils participeront aux essais expérimentaux du quadrirotor et du tail-sitter en vue de mesurer les champs d'écoulement et les charges subis par ces véhicules dans différentes conditions aérodynamiques; ils concevront des modèles de véhicules exploités dans ces conditions; puis ils développeront des algorithmes de contrôle pour s'assurer le fonctionnement stable et sécuritaire de ces véhicules dans des conditions de turbulence en vol.

Nous avons l'intention d'illustrer les résultats de cette recherche au moyen de deux tâches : 1) le vol autonome du quadrirotor autour d'un bâtiment à une distance spécifiée des murs; 2) le décollage et atterrissage autonomes robustes du tail-sitter sous diverses conditions éoliennes. Les résultats du projet seront pertinents, tant pour les développeurs que pour les utilisateurs d'UAV, car ils permettront d'augmenter considérablement l'autonomie et le domaine de vol de ces engins.