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• Publié par: Machir
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• Langue: Français

Extrait

Sujet de thèse 20052008 Ecole doctorale Aéronautique & Astronautique

Titre : Conception d’un microdrone à voilure tournante carénée

Contact : JeanMarc Moschetta [e-mail]

Motivation et contexte

La conception d’aéronefs de très petites tailles (de 15 à 20 cm) pose des problèmes conceptuels nouveaux, en rupture totale avec les méthodes appliquées classiquement au développement d’un système aéronautique classique. Le travail de thèse proposé porte sur les enjeux techniques liés à la conception d’un aéronef de moins de 20 cm à capacité de vol stationnaire (VTOL) et capable d’effectuer en outre des phases de vol à vitesse élevée. Cette thèse entre dans le cadre d’une étude soutenue parSAGEM Défense Sécurité, établissement de Massy. Elle s’inscrit également dans le contexte de recherches effectuées à SUPAERO depuis 2000 sur financement DGA autour de la thématique des microdrones.

Enjeux scientifiques

Le but de la thèse est de comprendre et d’approfondir les difficultés spécifiques liées au vol stationnaire à bas Reynolds à travers la conception d’un microaéronef de type voilure tournante carénée. Ces difficultés spécifiques se déclinent en plusieurs catégories liées aux disciplines concernées :

1.Sur le plan de l’énergétique et de la propulsion, leproblème de l'optimisation d'un système de rotors contrarotatifs caréné, caractérisé par son diagramme de charge, se scinde en deux domaines : la détermination d'une forme optimisée de carène correspondant à l'optimum du diagramme de Froude, et la détermination d'un rotor idéal, de chiffre de mérite optimal. A l’aide de sondes miniatures pression et vitesse, le travail consistera à caractériser précisément l’effet de la distance interrotors et des paramètres liés à l’écoulement aérodynamique autour des pales (nombre de pales, lois de calage, loi de corde, régime de rotation). L’effet de rotors à profils minces sera particulièrement étudié. Les résultats d’outils numériques existants seront confrontés aux mesures expérimentales.

2.En configuration de vol d'avancement, le problème se complique sur le plan aérodynamique, et la détermination de lacarène externe de rotor pose donc un deuxième problème d’optimisation. La prise en compte du vent latéral induit une distorsion du fonctionnement du rotor. Les effets aérodynamiques en interaction

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sont encore mal compris à ce jour et conduisent à des efforts et moments induits importants et qu'il est nécessaire de quantifier. Le travail de thèse s’appuiera à la fois sur un banc d’essais développé au LAP et sur des calculs numériques incluant les effets de la viscosité.

3.Enfin, d’un point de vue de la dynamique du vol, la conception du microdrone à voilure tournante pose le problème de l’autorité de la commande (son intensité, éventuellement les moments engendrés). Le temps de réponse est aussi un facteur important, quelquefois résolu par un rotor à pas collectif. Ces travaux d’analyse aérodynamiques des types de gouvernes, de leur efficacité et de leur interaction avec le bilan propulsif seront traités au point fixe et en soufflerie, avec les moyens du LAP.

4.Le présent travail de thèse, en collaboration avec le département d’Automatique, contribuera à l’élaboration d’un modèle avion complet correspondant au micro drone VTOL. Ce modèle avion sera implanté par le département Automatique sur simulateur afin d’identifier la stratégie optimale de conception du pilote automatique. En particulier, l’influence du positionnement du centre de gravité et la sensibilité au vent latéral seront examinés pour permettre de déterminer des lois de commande robustes. Ces études permettront de fournir au doctorant un retour d’expérience en termes de qualités de vol du concept étudié.

Profil souhaité

Le candidat, titulaire d’un M2R, devra posséder une bonne culture des sciences de l’ingénieur en aéronautique, en particulier: propulsion, énergétique mécanique des fluides, dynamique du vol. Un diplôme d’ingénieur obtenu dans une école généraliste ou dans une grande école aéronautique sera apprécié.

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