Repousser les limites de l'aérodynamique et de l'aéroacoustique des drones au VKI
Au cours des deux dernières années, le VKI (von Karman Institute for Fluid Dynamics) a rapidement développé son expertise en aérodynamique et aéroacoustique des drones, s'imposant comme un acteur clé dans la recherche et le développement des systèmes aériens sans pilote (UAS) de la prochaine génération. Grâce à une combinaison unique de méthodes expérimentales avancées et d'outils de simulation multi-fidélité, les recherches du VKI visent à améliorer les performances des drones pour des missions critiques, telles que l'inspection des infrastructures, la surveillance de l'environnement, les interventions d'urgence et le soutien médical, tout en minimisant leur impact acoustique afin de favoriser l'acceptation par le public.
Les premiers travaux ont commencé avec des systèmes multicoptères disponibles dans le commerce, ce qui a permis un prototypage rapide et des essais préliminaires. En s'appuyant sur ces bases, le VKI a maintenant développé une plateforme multicoptère de recherche personnalisée, conçue pour permettre des recherches précises sur la dynamique de vol, les performances aérodynamiques et les émissions sonores. Ces deux plateformes servent de référence pour des études expérimentales et numériques approfondies
Expériences de drones dans la chambre anéchoïque JAFAAR du VKI
Caractérisation acoustique des drones dans le drone-port ID2MOVE
Plate-forme drone modulaire de recherche et de développement
Mesures de débit par drone embarqué dans le dôme WindEEE au Canada
L'un des principaux objectifs de la recherche est de comprendre et d'atténuer le bruit généré par les opérations des drones, en particulier lors de manœuvres complexes. Des campagnes expérimentales approfondies ont été menées dans la soufflerie anéchoïque JAFAAR du VKI, dans des environnements extérieurs en champ libre et dans le nouveau droneport ID2MOVE à Nivelles. Plus récemment, le VKI a équipé ses drones de capteurs embarqués avancés, notamment des anémomètres soniques, des sondes à fil chaud et des microphones. Ces instruments permettent de collecter en vol des mesures acoustiques et d'écoulement à haute résolution, offrant ainsi une vision sans précédent du comportement aéroacoustique des drones.
L'équipe du VKI a récemment effectué des essais en vol au WindEEE Dome (Western University, Canada), l'un des plus grandes souffleries atmosphérique au monde. À l'aide d'un système GPS en intérieur, ils ont démontré avec succès la stabilité et les performances du drone dans des champs de vent complexes et non synoptiques, tels que les rafales descendantes et les flux de type tornade, validant ainsi la robustesse du système et marquant une validation de concept significative.
Simulation numérique d'un drone commercial en vol en translation
Parallèlement, le VKI a développé ses capacités numériques pour les applications relatives aux drones, en couplant des modèles internes de dynamique de vol à six degrés de liberté (6-DoF) avec des solveurs aérodynamiques et aéroacoustiques multi-fidélité. Les premières validations montrent un excellent accord entre les simulations et les expériences en vol stationnaire, et les validations supplémentaires en cours s'étendent aux manœuvres de translation et aux manœuvres plus complexes. Les émissions sonores sont prédites à l'aide de BATMANpy, le solveur propriétaire du VKI basé sur Python pour le bruit à large bande et tonal des profils aérodynamiques, incorporant tous les mécanismes principaux de bruit. Ce cadre numérique a déjà soutenu une étude d'optimisation aéroacoustique, qui a permis de réduire le bruit d'environ 3,5 dB en vol en translation.
La chaîne de simulation sous-tend également le développement du premier simulateur de vol de drone 6-DoF du VKI. Ce simulateur est actuellement utilisé pour former des contrôleurs de vol à auto-apprentissage conçus pour améliorer la stabilité des drones dans des conditions de vent défavorables et s'adapter à des configurations changeantes en temps réel, ce qui ouvre la voie à des opérations de drones plus résilientes et plus intelligentes.
Les capacités croissantes de VKI se traduisent également par des applications pratiques. En collaboration avec l'université technologique de Delft (TU Delft), l'équipe du VKI a participé au prix GoAERO, un défi international visant à concevoir un véhicule aérien d'intervention d'urgence. Leur équipe commune, ELEVATE, a été sélectionnée parmi les 10 premiers lauréats mondiaux pour son concept original de véhicule volant, ce qui témoigne du haut niveau d'innovation et de la profondeur technique que cette recherche a permis d'atteindre.
Du laboratoire aux missions réelles, les avancées de VKI en matière d'aérodynamique et d'aéroacoustique des drones jettent les bases d'une nouvelle génération de systèmes aériens plus intelligents, plus silencieux et plus performants.
