Des étudiants américains ont construit un drone à partir des croquis de Léonard de Vinci
À la fin des années 1480, Léonard de Vinci a esquissé l'ingénieuse conception d'un hélicoptère monoplace propulsé par une « vis aérienne ». Vous avez peut-être vu ses croquis et vous êtes demandé si l'un de ces hélicoptères pourrait un jour voler. Nous connaissons désormais la réponse. Le génie italien avait raison.
Depuis 2019, un groupe d'ingénieurs de l'université du Maryland développe et teste une technologie de base dans le cadre d'un concours de conception. Puis Austin Pretet, membre de l'équipe de recherche, a construit le drone quadrirotor sans pilote Crimson Spin, en utilisant la conception en hélice de da Vinci, et l'a fait effectuer plusieurs courts vols.
« J'ai été complètement surpris que cela fonctionne », a déclaré Pretet, doctorant à la faculté d'ingénierie aérospatiale de l'université, qui a construit l'appareil pour obtenir son master. Au départ, lui et les autres membres de l'équipe étaient sceptiques, mais après que certaines simulations informatiques et prototypes d'hélices imprimés en 3D ont montré des tendances prometteuses, ils ont été davantage enthousiasmés par la conception de da Vinci.
Il a présenté ses résultats et la première vidéo de vol de l'appareil lors de la conférence Transformative Vertical Flight 2022 à San Jose (Californie) la semaine dernière.
Ce projet illustre bien la façon dont les technologies modernes s'écartent de la conception des avions et hélicoptères classiques, bien qu'il soit peu probable qu'un engin volant du XVe siècle livre bientôt un colis Amazon. La conférence a présenté une collection d'aéronefs exotiques capables de décoller verticalement comme un hélicoptère, puis de voler horizontalement comme un avion.
Des entreprises comme Kitty Hawk, Airbus, Transcend Air et Jaunt espèrent révolutionner ce secteur et transporter des personnes à bord de taxis volants.
Bien que Pretet n'ait construit qu'un petit drone, cette technologie pourrait fonctionner avec un aéronef suffisamment grand pour transporter une personne. « Je pense vraiment qu'elle devrait pouvoir bien passer à l'échelle », a déclaré Austin.
Le doctorant du Maryland a tiré parti de matériaux que da Vinci ne pouvait pas se procurer. Les matériaux de construction de la Renaissance, comme le bois et le cuir, étaient trop lourds pour les avions. Da Vinci ne disposait pas non plus de sources d'énergie compactes.
Pretet a eu accès à l'aluminium, au plastique, aux moteurs électriques, aux batteries et aux systèmes informatiques de commande, qui ont rendu possible la conception de l'hélice. Le logiciel de conception assistée par ordinateur et de dynamique des fluides numérique, que l'ingénieur a utilisé pour développer des prototypes et simuler l'aérodynamique sur ordinateur, s'est également révélé utile.
Les technologies modernes des quadrirotors ont également contribué à rendre la conception praticable. Elles contrôlent de fines variations de la vitesse de rotation de l'hélice, qui inclinent d'une manière ou d'une autre le drone. Selon Pretet, il aurait été beaucoup plus difficile de tenter de construire une conception à arbre unique, comme celle d'un hélicoptère classique. Les hélicoptères utilisent une transmission complexe et des commandes pour ajuster en continu l'inclinaison de chaque rotor principal pendant sa rotation.
Cependant, il existe de nombreux défis, notamment le poids plus élevé des hélices et une éventuelle instabilité. Pretet a découvert qu'une aérodynamique étrange a probablement contribué à maintenir le Crimson Spin en l'air.
Les avions à aile delta, comme le supersonique Concorde, créent un tourbillon qui s'enroule juste derrière le bord d'attaque de l'aile. Ce tourbillon crée une zone de basse pression qui peut augmenter la portance. Les simulations montrent qu'un tourbillon similaire se forme le long du bord extérieur de la surface plane de l'hélice, descendant en spirale sur toute la structure et créant une poussée ascendante.
L'un des effets de cette aérodynamique est que l'hélice génère un flux descendant moins important que les hélices classiques. Selon le doctorant, cela signifie qu'il y aura moins de poussière, de sable et d'autres matières soulevées en dessous. Il est également très probablement beaucoup plus silencieux.
Cette hélice fonctionnelle est un petit drone de la taille d'un DJI, mais Pretet estime qu'elle peut être améliorée grâce à « l'optimisation de la géométrie et à des recherches sur les performances dans différents régimes de vol ». Bien qu'il ne travaille plus sur ce projet, l'ingénieur pense que les recherches pourraient se poursuivre à l'université du Maryland, si l'intérêt et le financement sont au rendez-vous.
« Il pourrait s'agir d'un engin volant pratique, susceptible d'être adapté pour transporter une personne, mais je ne vois pas son utilisation dans les développements actuels des entreprises tant que des recherches supplémentaires sur ses fonctions, sa fiabilité et ses performances n'auront pas été menées. Cependant, il pourrait finalement fonctionner dans les mêmes positions que les rotors carénés »
Un drone inspiré des croquis de da Vinci est capable de décoller et de se déplacer. Pendant le vol, les hélices inhabituelles génèrent un bruit atypique pour un drone, qui ressemble davantage à celui d'une perceuse.
