Voler à l’envers et plus encore : l’art des trajectoires des Tailsitters

Dans un monde où la technologie évolue rapidement, les chercheurs du MIT ont apporté une contribution majeure au secteur de l’aéronautique avec leurs recherches sur le Tailsitter. Il s’agit d’un type d’aéronef à voilure fixe capable de décoller et d’atterrir à la verticale.

Ces appareils, plus rapides et plus efficaces que les drones quadricoptères, ouvrent la voie à des possibilités inédites dans divers domaines, tels que la recherche et le sauvetage ou la livraison de colis. Comment ce concept, qui remonte à l’époque de Nikola Tesla pourrait devenir une réalité grâce aux algorithmes du MIT ?

Une petite description des Tailsitters

Les Tailsitters sont une catégorie de véhicules aériens qui possèdent une conception singulière. Celle-ci leur permet de décoller et d’atterrir à la verticale, comme un hélicoptère, tout en ayant la capacité de voler horizontalement comme un avion conventionnel.

Cette combinaison offre des avantages en matière de flexibilité, notamment dans les zones où l’espace est restreint ou où une piste d’atterrissage traditionnelle n’est pas disponible.

Les Tailsitters sont conçus pour se poser sur leur queue, d’où leur nom. Cette position verticale est maintenue au décollage et à l’atterrissage. Une fois en vol, ils basculent en mode horizontal pour fonctionner comme un avion standard.

Ce type d’aéronef est souvent utilisé dans le domaine militaire, et il existe également des modèles civils pour diverses applications, notamment la surveillance, l’agriculture ou encore la livraison de marchandises.

Leur fonctionnement repose sur une combinaison complexe de commandes aérodynamiques et de systèmes de contrôle. Cela nécessite une technologie de pointe pour assurer la stabilité et la maniabilité de l’appareil.

Les trajectoires des Tailsitters : un défi relevé

Les chercheurs du MIT ont développé de nouveaux algorithmes pour la planification et le contrôle de la trajectoire des empennages. Cette technologie permet des manœuvres complexes, telles que le vol latéral ou inversé, et est suffisamment efficace pour planifier des trajectoires complexes en temps réel.

Le concept d’un stabilisateur de queue a été inventé par Nikolai Tesla en 1928, mais personne n’a essayé d’en construire un sérieusement jusqu’à près de 20 ans après le dépôt de son brevet. Aujourd’hui encore, en raison de la complexité du mouvement, la recherche et les applications commerciales ont eu tendance à se concentrer sur des aéronefs plus faciles à contrôler, comme les drones quadcoptères.

Les algorithmes de génération et de contrôle de trajectoire existants pour les Tailsitters se concentrent principalement sur les trajectoires calmes et les transitions lentes. Le MIT a pris un chemin différent, créant des algorithmes spécifiques pour des trajectoires agiles avec des accélérations rapides et changeantes.

Une méthodologie innovante

Généralement, les autres méthodes simplifient la dynamique du système dans leur algorithme de planification de trajectoire ou utilisent deux modèles différents, l’un pour le mode hélicoptère et l’autre pour le mode avion. Aucune de ces approches ne permet de planifier et d’exécuter des trajectoires aussi agressives que celles démontrées par l’équipe du MIT.

« Nous voulions vraiment exploiter toute la puissance du système. Ces avions, même s’ils sont très petits, sont très puissants et capables de manœuvres acrobatiques passionnantes. Avec notre approche, en utilisant un seul modèle, nous pouvons couvrir toute l’enveloppe de vol, c’est-à-dire toutes les conditions dans lesquelles le véhicule peut voler« , explique Ezra Tal, chercheur au Laboratoire des systèmes d’information et de décision (LIDS) et auteur principal d’un nouvel article décrivant les travaux.

En utilisant un modèle de dynamique global, les chercheurs ont pu couvrir toutes les conditions de vol, du décollage vertical au vol en avant, voire latéral. Ils ont ensuite exploité une propriété technique connue sous le nom de différentiabilité plane pour garantir l’efficacité du modèle.

« Ce contrôle est informatiquement très bon marché, c’est pourquoi avec notre algorithme, vous pouvez réellement planifier des trajectoires en temps réel », explique Ezra Tal, un scientifique en recherche au Laboratory for Information and Decision Systems (LIDS).

Leurs trajectoires peuvent être très complexes, car les chercheurs ont conçu leur algorithme de manière à prendre en compte de manière uniforme toutes ces conditions de vol diverses.

Un spectacle aérien de Tailsitters

Le MIT a testé sa méthode en planifiant et exécutant un certain nombre de trajectoires difficiles pour ces engins dans l’espace de vol intérieur de l’institut. Ils ont également organisé un « airshow » où trois appareils synchronisés ont réalisé des boucles, des virages serrés et ont volé à travers des portes aériennes.

« La différentiabilité plane a été développée et appliquée pour générer des trajectoires lisses pour des systèmes mécaniques de base. Maintenant, plus de 30 ans plus tard, nous l’avons appliquée aux aéronefs à voilure fixe. Il pourrait y avoir de nombreuses autres applications à l’avenir », ajoute Gilhyun Ryou.

En synthèse

La recherche sur les stabilisateurs de queue a pris un tournant majeur avec le travail des chercheurs du MIT. Grâce à des algorithmes innovants et une compréhension profonde des dynamiques de vol, ils ont réussi à faire des progrès considérables dans la planification et le contrôle de la trajectoire de ces aéronefs uniques. L’avenir promet des applications encore plus vastes et passionnantes, allant de la technologie grand public aux inspections industrielles à grande échelle.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce qu’un tailsitter ?

Un tailsitter est un type d’aéronef qui décolle et atterrit verticalement, puis s’incline horizontalement pour le vol en avant. Il combine les caractéristiques d’un avion et d’un hélicoptère.

Qui a inventé le concept de tailsitter ?

Le concept a été inventé par Nikola Tesla en 1928.

Quelle est la particularité des algorithmes du MIT pour les tailsitters ?

Ils permettent de planifier et de contrôler des trajectoires complexes en temps réel, offrant une flexibilité et une efficacité sans précédent.

Comment ces algorithmes peuvent-ils être appliqués dans le futur ?

Ils pourraient ouvrir la voie à des applications variées, de la technologie grand public aux inspections industrielles, et même aux missions de recherche et de sauvetage.

Légende illustration principale : Les chercheurs du MIT ont développé de nouveaux algorithmes pour la planification et le contrôle de la trajectoire des aéronefs à voilure fixe « tailsitter », qui sont plus rapides et plus efficaces que les drones quadcoptères traditionnels. Crédit mage : Avec l’aimable autorisation des chercheurs du MIT