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Fiche descriptive
Du micro véhicule aérien au nano véhicule aérien : études théoriques et expérimentales sur un insecte artificiel à ailes battantes (Document en Anglais)
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Modalités de diffusion de la thèse :
Modalités de diffusion de la thèse :
Auteur : Doan Le Anh
Date de soutenance : 01-03-2019
Directeur(s) de thèse : Grondel Sébastien
- Cattan Eric
Président du jury : Preumont André
Membres du jury : Grondel Sébastien
- Cattan Eric
- Poulin Guylaine
- Allard Bruno
- Godoy Diana Ramiro
- Thomas Olivier
Rapporteurs : Allard Bruno
- Godoy Diana Ramiro
Laboratoire : Département Opto-Acousto-Electronique de l'IEMN - IEMN-DOAE
Ecole doctorale : Sciences pour l'ingénieur (SPI)
Doan, Le Anh
Nom
Doan
Prénom
Le Anh
Nationalité
VN
Date de soutenance : 01-03-2019
Directeur(s) de thèse : Grondel Sébastien
Grondel, Sébastien
Nom
Grondel
Prénom
Sébastien
Cattan, Eric
Nom
Cattan
Prénom
Eric
Président du jury : Preumont André
Preumont, André
Nom
Preumont
Prénom
André
Membres du jury : Grondel Sébastien
Grondel, Sébastien
Nom
Grondel
Prénom
Sébastien
Cattan, Eric
Nom
Cattan
Prénom
Eric
Poulin, Guylaine
Nom
Poulin
Prénom
Guylaine
Allard, Bruno
Nom
Allard
Prénom
Bruno
Godoy Diana, Ramiro
Nom
Godoy Diana
Prénom
Ramiro
Thomas, Olivier
Nom
Thomas
Prénom
Olivier
Rapporteurs : Allard Bruno
Allard, Bruno
Nom
Allard
Prénom
Bruno
Godoy Diana, Ramiro
Nom
Godoy Diana
Prénom
Ramiro
Laboratoire : Département Opto-Acousto-Electronique de l'IEMN - IEMN-DOAE
Ecole doctorale : Sciences pour l'ingénieur (SPI)
Discipline : Électronique. Micro et nano technologie
Classification : Sciences de l'ingénieur
Mots-clés : Nano-véhicules aérienMicro-véhicule aérienAiles battantesPuissanceÉnergieBond Graph
Microdrones à ailes battantes -- Thèses et écrits académiquesCinématique -- Thèses et écrits académiquesInsectes -- Vol -- Thèses et écrits académiquesNanotechnologie -- Thèses et écrits académiques
Résumé : Au cours des dernières décennies, la possibilité d’exploiter les capacités de vol exceptionnelles des insectes a été à l’origine de nombreuses recherches sur l’élaboration de nano-véhicules aériens (NAVs) à ailes battantes. Cependant, lors de la conception de tels prototypes, les chercheurs doivent analyser une vaste gamme de solutions liées à la grande diversité des insectes volants pour identifier les fonctionnalités et les paramètres adaptés à leurs besoins. Afin d’alléger cette tâche, le but de ce travail est de développer un outil permettant à la fois d’examiner le comportement cinématique et énergétique d’un nano-véhicule aérien à ailes flexibles résonantes, et donc d'évaluer son efficacité. Cet objectif reste néanmoins extrêmement difficile à atteindre car il concerne des objets de très petites tailles. Aussi, nous avons choisi tout d’abord de travailler sur un micro-véhicule aérien (MAV) à ailes battantes. Il s’agit avant tout de valider l’outil de modélisation à travers une comparaison systématique des simulations avec des résultats expérimentaux effectués lors de l’actionnement des ailes, puis au cours du décollage et du vol stationnaire du prototype. Une partie des connaissances et expériences acquises pourra ensuite être utilisée afin de mieux comprendre le fonctionnement et identifier la distribution d'énergie au sein du NAV. Bien que les deux véhicules s’inspirent directement de la cinématique des ailes d'insectes, les mécanismes d'actionnement des ailes artificielles des deux prototypes ne sont pas les mêmes en raison de la différence de taille. Comme le NAV est plus petit, ces ailes ont un mouvement de battement à une fréquence plus élevée que celles du MAV, à l’instar de ce qui existe dans la nature. En conséquence, lorsque l’on passe du MAV au NAV, le mécanisme d’actionnement des ailes doit être adapté et cette différence nécessite d’une part, de revoir la conception, l'approche de modélisation et le processus d'optimisation, et d’autre part, de modifier le procédé de fabrication. Une fois ces améliorations apportées, nous avons obtenu des résultats de simulations en accord avec les tests expérimentaux. Le principal résultat de ce travail concerne l’obtention pour les deux prototypes, le MAV et le NAV, d’une cinématique appropriée des ailes, qui conduit à une force de portance équivalente au poids. Nous avons d’ailleurs démontré que le MAV était capable de décoller et d’avoir un vol stationnaire stable selon l’axe vertical. En tirant parti des modèles basés sur le langage Bond Graph, il est également possible d'évaluer les performances énergétiques de ces prototypes en fonction de la dynamique de l'aile. En conclusion, cette étude contribue à la définition des paramètres essentiels à prendre en compte lors de la conception et l'optimisation énergétique de micro et nano-véhicules à ailes battantes.
Classification : Sciences de l'ingénieur
Mots-clés : Nano-véhicules aérienMicro-véhicule aérienAiles battantesPuissanceÉnergieBond Graph
Microdrones à ailes battantes -- Thèses et écrits académiquesCinématique -- Thèses et écrits académiquesInsectes -- Vol -- Thèses et écrits académiquesNanotechnologie -- Thèses et écrits académiques
Résumé : Au cours des dernières décennies, la possibilité d’exploiter les capacités de vol exceptionnelles des insectes a été à l’origine de nombreuses recherches sur l’élaboration de nano-véhicules aériens (NAVs) à ailes battantes. Cependant, lors de la conception de tels prototypes, les chercheurs doivent analyser une vaste gamme de solutions liées à la grande diversité des insectes volants pour identifier les fonctionnalités et les paramètres adaptés à leurs besoins. Afin d’alléger cette tâche, le but de ce travail est de développer un outil permettant à la fois d’examiner le comportement cinématique et énergétique d’un nano-véhicule aérien à ailes flexibles résonantes, et donc d'évaluer son efficacité. Cet objectif reste néanmoins extrêmement difficile à atteindre car il concerne des objets de très petites tailles. Aussi, nous avons choisi tout d’abord de travailler sur un micro-véhicule aérien (MAV) à ailes battantes. Il s’agit avant tout de valider l’outil de modélisation à travers une comparaison systématique des simulations avec des résultats expérimentaux effectués lors de l’actionnement des ailes, puis au cours du décollage et du vol stationnaire du prototype. Une partie des connaissances et expériences acquises pourra ensuite être utilisée afin de mieux comprendre le fonctionnement et identifier la distribution d'énergie au sein du NAV. Bien que les deux véhicules s’inspirent directement de la cinématique des ailes d'insectes, les mécanismes d'actionnement des ailes artificielles des deux prototypes ne sont pas les mêmes en raison de la différence de taille. Comme le NAV est plus petit, ces ailes ont un mouvement de battement à une fréquence plus élevée que celles du MAV, à l’instar de ce qui existe dans la nature. En conséquence, lorsque l’on passe du MAV au NAV, le mécanisme d’actionnement des ailes doit être adapté et cette différence nécessite d’une part, de revoir la conception, l'approche de modélisation et le processus d'optimisation, et d’autre part, de modifier le procédé de fabrication. Une fois ces améliorations apportées, nous avons obtenu des résultats de simulations en accord avec les tests expérimentaux. Le principal résultat de ce travail concerne l’obtention pour les deux prototypes, le MAV et le NAV, d’une cinématique appropriée des ailes, qui conduit à une force de portance équivalente au poids. Nous avons d’ailleurs démontré que le MAV était capable de décoller et d’avoir un vol stationnaire stable selon l’axe vertical. En tirant parti des modèles basés sur le langage Bond Graph, il est également possible d'évaluer les performances énergétiques de ces prototypes en fonction de la dynamique de l'aile. En conclusion, cette étude contribue à la définition des paramètres essentiels à prendre en compte lors de la conception et l'optimisation énergétique de micro et nano-véhicules à ailes battantes.
Type de contenu : Texte
Format : PDF
Format : PDF
Identifiant : uvhc-ori-oai-wf-1-2587
Type de ressource : Thèse
Type de ressource : Thèse