Résumés des contributions
Session 1 : Avenir des microdrones Concept de Plate-forme Mobile Instrumentée (PMI) pour l’inspection des Ouvrages d’Art François Derkx, Jean Dumoulin, Jean-Luc Sorin Francois.derkx@lcpc.fr, jean.dumoulin@lcpc.fr, Jean-Luc.Sorin@lcpc.fr Laboratoire Central des Ponts et Chaussées 58 Bd Lefebvre 75732 Paris Cedex 15 L’inspection des ouvrages d’art est une opération nécessaire afin de maintenir le niveau de service de l'ouvrage et de garantir la sécurité des usagers. C'est une opération normalisée et réalisée périodiquement par des inspecteurs spécialisés. Elle consiste principalement à relever visuellement la totalité des défauts sur l'ensemble des ouvrages. Il est question aujourd’hui d'automatiser certaines tâches afin d’améliorer l’efficacité opérationnelle de ces contrôles et de garantir au maximum l’intégrité physique des intervenants. Une des voies possibles est de réaliser ces contrôles à l'aide de dispositifs de vision embarqués sur une plate-forme mobile d’instrumentation évoluant à l’extérieur voire à l’intérieur de l’ouvrage d’art. Pour établir le diagnostic de l'ouvrage, il sera nécessaire de traiter les images obtenues par des algorithmes appropriés afin de mettre en exergue les défauts, de les localiser afin de connaître l'emplacement des dégradations sur l'ouvrage et de regrouper l'ensemble des images définissant le défaut pour reconstituer une scène. Pour ce qui concerne la plate-forme nous nous intéressons aux potentialités des plates-formes du type drone, sous l’aspect d’aéromodèle submétrique, notamment apte au vol stationnaire. Afin de vérifier ce concept une première expérimentation sur site réel a été réalisée, au niveau du viaduc de Saint-Cloud, à l'aide d'un aéromodèle d’hélicoptère téléopéré et équipé d'une caméra vidéo.
Mots clé : drone, auscultation, ouvrages d’art, traitement d’image. [ haut de page ] Session 1bis : avenir des microdrones Chairman : Mr L. Renouil (BERTIN Tech.) Concours international universitaire de drones miniatures Jean Hermetz hermetz@onera.fr ONERA
A partir de la prochaine année universitaire (2002-2003) et pour une durée de 3 ans, l'ONERA (Office National d'Études et de Recherches Aérospatiales) organisera un Concours international universitaire de drones miniatures subventionné par la DGA (Délégation Générale pour l'Armement, du ministère de la Défense). Ce concours est ouvert aux écoles d'ingénieurs et universités préparant au minimum à un diplôme du deuxième cycle (ou équivalent pour les écoles étrangères). Il s'intéresse aux drones miniatures, qui se décrivent très schématiquement comme un système composé d'un engin volant dont la plus grande dimension est inférieure à 70 centimètres, associé à une liaison de données et à une station sol portable permettant à un opérateur de recevoir et exploiter les informations transmises (dont au minimum une image vidéo stabilisée...). Dans le cadre de ce concours, la notation favorisera la miniaturisation du véhicule, l'innovation technologique, la capacité de vol stationnaire et d'évolution en milieu urbain, l'indépendance vis à vis de l'opérateur, la simplicité et la sécurité de mise en œuvre, la capacité à transmettre des données hors de la ligne de vue de l'opérateur, l'endurance… L'épreuve en vol du concours aura lieu en fin d'année universitaire 2004-2005 avec une remise de prix aux gagnants. Il est prévu d'attribuer des subventions de 40 K€ à un maximum de dix neufs équipes représentées par une école ou université française, suivant des modalités dont le détail figure sur le site Internet www.onera.fr. Ce dernier met également à disposition des futurs concurrents le règlement du concours et des informations sur les modalités d'inscription, ouverte dès cette année universitaire. [ haut de page ] La réglementation et les drones Philippe Bataillé DGAC
L'activité dans le domaine des drones est en plein essor. Des industriels et des utilisateurs potentiels demandent aux autorités les critères pour lesquels une autorisation de vol serait accordée. Le code de l'Aviation Civile prévoit des conditions de navigabilité pour l'utilisation des aéronefs qui ne transportent aucune personne à bord. Il est précisé également que c'est la personne qui met en oeuvre l'appareil qui est responsable de l'application des règles de l'air de la circulation aérienne. Les textes actuels ne précisent pas les conditions techniques des évolutions en-dehors de la portée visuelle de l'opérateur ni les moyens d'insérer les drones dans le trafic aérien. [ haut de page ] Session 2 : Pilotage-Guidage Chairman : Mr R. Mathurin (DGA) Evaluation of fast and robust algorithm for the control of MAV Bingwei Su, Yves Briere, Joël Bordeneuve-Guibé bsu@ensica.fr, yves.briere@ensica.fr, joel.bordeneuve-guibe@ensica.fr Département Avionique et Système ENSICA 1, place E. Blouin 31056 Toulouse Abstract
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Système embarqué pour essais en vol d'un minidrone Yves Briere, Camille Parra yves.briere@ensica.fr, camille.parra@ensica.fr Département Avionique et Système ENSICA 1, place E. Blouin 31056 Toulouse Résumé
Nous présentons la démarche suivie pour réaliser l'intégration d'une micro-avionique pour rendre un minidrone complètement autonome. Le système présenté intègre les éléments nécessaire au contrôle automatique de l'attitude et de la trajectoire d'un microdrone à dynamique rapide et naturellement instable (calculateur, gyromètres, accéléromètres, GPS, senseur magnétique). En plus des ces éléments centraux, le système doit aussi servir à la phase d'essais en vol et d'identification. C'est pourquoi il intègre en plus un système de réception d'ordres radio-commandés et un système d'émission des donnés de vol. L'ensemble des données capteurs sont transmises et affichées en temps réel sur une station-sol. Le système dévellopé répond donc à un double objectif : essais en vol et test d'algorithmes de commande. Il est embarqué sur le prototype PEGASE 50 (50cm d'envergure). La connaissance et l'expertise acquise permettra à plus long terme de définir le cahier des charges d'un système réellement miniaturisé. [ haut de page ] Jacques Lamaison, R.Bouttes Jacques.Lamaison@supaero.fr ENSAE 10 Av. E. Belin 31055 Toulouse
Résumé
L’objectif à long terme du Laboratoire Informatique-Automatique de SUPAERO est de développer le pilote automatique d’un microdrône. Compte tenu de la difficulté de respecter les contraintes de masse et de volume avec la technologie actuelle, un objectif à moyen terme a été fixé : le développement d’un pilote automatique pour un minidrône (modèle réduit de type Indoor) . Pour atteindre cet objectif , 2 axes d’études ont été définis : La mise au point des lois de commande dans un environnement temps réel simulé. L’expérimentation des lois sur minidrône. L’objet de cette présentation est de faire le point sur ces différentes études. [ haut de page ] Algorithmes évolutionistes : de l'optimisation de paramètres à la conception complète d'un système de commande Stéphane Doncieux Stephane.Doncieux@lip6.fr Laboratoire d'Informatique de Paris 6 (Lip6) 8 rue du Capitaine Scott 75015 Paris
Résumé
Les méthodes évolutionnistes sont inspirées de la sélection naturelle des espèces. Le principe général est de travailler sur une population de solutions plutôt que sur une seule. Parmi ces solutions, les meilleures vont être retenues et utilisées pour en générer de nouvelles, potentiellement meilleures, par le biais d'opérateurs génétiques qui vont explorer l'espace de recherche. Ces opérateurs sont de deux types: le croisement et les mutations. Le croisement permet d'échanger des informations entre solutions et les mutations modifient aléatoirement une solution. La généricité de ces principes rend cette famille d'algorithmes utilisables dans un large spectre d'applications allant de l'optimisation de paramètres (optimisation de profil d'aile d'avion) à la conception complète de systèmes de contrôle (réseaux de neurones artificiels, par exemple). L'évolution peut ainsi intervenir à différents niveaux dans la conception d'un système de controle et peut également être utilisée en concordance avec des algorithmes d'apprentissage pour accélérer la convergence et donner plus de robustesse aux contrôleurs ainsi générés. [ haut de page ] Session 3 : Vecteurs
Etude système d’un Micro-Drone à voilure fixe développé SUPAERO.
Manuel Reyes manuel.reyes@supaero.fr ENSAE 10 Av. E. Belin 31055 Toulouse
Résumé
La présentation porte sur la démarche de conception d’un concept de micro-drone à voilure fixe de moins de 30 cm d’envergure basé sur une propulsion électrique. L’approche développée met l’accent sur la forte interaction entre les divers sous-ensembles et leur discipline associée (aérodynamique, propulsion, électronique, dynamique du vol). Les principales étapes et difficultés rencontrées en termes de devis de masse, de réalisation et de mise au point seront décrites. [ haut de page ] Aerodynamic research on lifting surface for micro and mini UAVs Davy Hermans; Dimitri Jérôme ; Thierry Keuter : Research Engineers Prof. Roland Decuypere : Project Coordinator davy.hermans@mapp.rma.ac.be Royal Military Academy Department of Mechanics (MAPP) 30 Renaissance Avenue B1000 Brussels Belgium Abstract
This paper presents the first steps taken in the research and development of a mini/micro UAV at the Royal Military Academy. In this early stage, the research is mainly focused on the visualization, measurement and calculation of the flow field near airfoils at low Reynolds numbers. The Reynolds numbers chosen in the experiments vary from 5,000 to 200,000, and therefore cover the range of Reynolds numbers encountered in the flight of mini/micro UAVs. The first part gives a brief outline of the specifications of a mini/micro UAV and explains how they can contribute to military and civil missions The second part of the paper presents experimental data resulting from an aerodynamic balance using lift, drag and moment measurements at various angles of attack. The third part deals with the airflow velocity measurements for which Laser Doppler Velocimetry (LDV) was used. Qualitative and quantitative data was collected at a chord Reynolds number of 50,000, at several angles of attack. Additional data retrieved from the LDV measurements made turbulence intensity calculations possible. Subsequently, in order to obtain a more complete image of the flow field, additional pressure measurements were performed. In the final part, a series of numerical simulations of the wind tunnel experiments are compared with the experimental results. These calculations can, if they are found to be sufficiently accurate, speed up the search for the ideal configuration of an MAV which has to fulfill a number of given specifications. [ haut de page ] The Kiool : From Experience to Design. Stephan Aubin, Nicolas Quendez, Matthieu Scherrer matthieu.scherrer@supaero.fr ENSAE 10 Av. E. Belin 31055 Toulouse
Abstract
This paper discusses the conception process of a MAV family, mixing experimental and theoritical approaches. The authors digged into their different backgrounds (as modelists, aeronautical fans and students) to set up a design method based on flight testing and scientifical analysis of collected data. Sticking to the spirit of this conception process, this paper is divided into three parts : Observation, Experimentation, and finally Optimization of a remote controled MAV : the Kiool. We hope this shall lead to a comprehensive story of Kiools’ birth. Résumé
Ce papier présente le processus de conception d’une famille de microdrones, alliant approches expérimentale et théorique. Les auteurs ont puisé dans leurs expériences personnelles variées (de modéliste, de passionné de l’aéronautique et d’étudiant) pour mettre au point une méthode de conception s’appuyant sur des essais en vol et une analyse scientifique. Pour rester dans l’esprit du processus de conception, ce papier est divisé en trois parties : Observation, Expérimentation et finalement Optimisation d’un microdrone radiocommandé : le Kiool. Ceci permettra, nous l’espérons, de bien comprendre la gestation des Kiools [ haut de page ] Session 4 : vol stationnaire Chairman : Mr A. Farcy (ENSMA) Projet REMANTA – Une initiative ONERA sur les drones miniatures à comportement biomimétique Guy Boyet guy.boyet@onera.fr ONERA
Résumé
Démarré à l’ONERA en janvier 2002 pour une durée de 4 ans, le projet de recherche REMANTA (REsearch program on Micro Aerial vehicle and New Technologies Application) est destiné à réaliser des avancées techniques et technologiques sur les microvéhicules aériens, en particulier en ce qui concerne les concepts les plus novateurs et les plus prometteurs utilisant le biomimétisme (imitation du vol animal à partir d’ailes battantes ou vibrantes). Comme la nature nous le montre régulièrement, ces architectures ouvrent la voie des petits vecteurs capables de bonne qualité de vol à faible Reynolds, de grande manœuvrabilité, du vol stationnaire et d’une grande discrétion visuelle et acoustique. Ces architectures présentent également un important potentiel vers les très petites tailles, les « nanodrones » de quelques centimètres. Ces concepts sont également ceux qui posent le plus de problèmes à résoudre en l’état actuel des connaissances. Les aspects plus particulièrement regardés dans le cadre de ce projet concernent les architectures possibles, l’aérodynamique, la propulsion, le pilotage et la structure. Dans la mesure du possible, une approche expérimentale et une approche numérique sont entreprises simultanément afin de constituer une bibliothèque d’outils, de méthodes et d’analyses en vue des futurs développements industriels à l’horizon 2010. [ haut de page ] Propulsion Electrocinétique : Le projet ARDA/LIFTER : Les premiers pas vers un vol « propellantless » Jean Louis Naudin JNaudin509@aol.com
Résumé
1960 - Le brevet Historique de Townsend Brown 1999 - Le projet ARDA ( Advanced Reduced Drag Aircraft ) - Reproduction des expériences de Townsend Brown - Le prototype ARDA : Vidéo et résultats expérimentaux 2001 - Le projet Lifter, un engin VTOL à propulsion électrocinétique - La genèse du projet - Les prototypes de Lifters : Vidéo et résultats expérimentaux 2001 - 2002 : Les Brevets NASA, propulsion par condensateur asymétrique - Description - Démonstration en vidéo et résultats des différents tests Démonstration : Le Lifter v2.0 en action [ haut de page ] The (in)compatibility of flying outdoors and indoors with the same MAV Rick Ruijsink info@ruijsink.nl Ruijinsk Dynamic Engineering Molslaan 58 2611 RN Delft The Netherlands Abstract
MAV’s are always designed for a task, in a seemingly simple form this can be to give fun to the pilot. The task however can also be a complex one where the MAV has to cover a long trajectory in open space then enter a building and execute a mission there. In this case the MAV shall be adapted to the conditions of both outdoor and indoor flying. Both situations put different requirements to the design. Analysing the design criteria for outdoors flying in gusty conditions yield specific design rules. The fundamental design criteria for indoor flight in a constraint area will lead to other rules. It is shown that these two design rules are fundamentally contradicting. Compromises with emphasis one either one of the task can lead to a satisfactory solution in some cases. When both conditions are to be optimised new design fundamentals are required. Some will be discussed. [ haut de page ] Le développement d'un drone miniature chez Bertin technologie Nicolas Brossay brossay@bertin.fr Bertin Technologies Parc d'activités du Pas du Lac 10 bis, avenue Ampère 78180 Montigny le Bretonneux Résumé
Depuis 1999, Bertin Technologies s'est lance dans l'aventure des drones miniatures a vol stationnaire et dispose aujourd'hui de prototypes en etat de vol. Les orientations technologiques choisie prefigurent d'un systeme operationnel mais les points durs technologiques identifies sont nombreux et doivent mobiliser des competences multidisciplinaires. [ haut de page ] Session 5 : capteurs-actionneurs Chairman : Mr P. Assante (MBDA) Philippe BURDINAT burdinat@supaero.fr ENSAE 10 Av. E. Belin 31055 Toulouse Résumé
Cette camera a ete developpee dans le but de repondre aux criteres de l'epreuve d'observation du Trophee Micro-Drones.Ce systeme de transmission d'image numerique est constitue de trois parties principales qui sont la capture et la compression des donnees d'image dans la partie embarquee, le canal de transmission qui englobe une partie embarquee et une partie au sol, et l'acquisition des donnees pour l'affichage des images en temps reel sur PC. Dans le but de faire passer le maximum d'images par seconde dans un canal de transmission le plus reduit possible, la partie capture et traitement de l'image est composee d'un chipset (capteur + coprocesseur) capable de compresser l'image en temps reel dans un format JPEG standrad. Le debit de transmission est ensuite regule par une memoire tampon implementee dans un FPGA (Field Programmable Gate Arrays). L'entree des donnees dans le canal de transmission se fait par une mise en forme du signal realisee par un filtrage numerique suivie d'une conversion numerique/analogique Sigma-Delta. Les signaux modules en QPSK (Quadrature Phase-Shift Keying) sont translates au centre d'une bande "radioamateur" a 2.45 GHz. Apres demodulation du signal au sol, les donnees sont reconstituees dans un autre FPGA charge egalement de faire l'interface avec le PC. Le format JPEG de compression permet l'utilisation d'un decompresseur logiciel standard optimise en vitesse donnant une bonne fluidite de l'image. [ haut de page ] Minimisation de l'énergie dans les machines à voilures tournantes François MARCEL f_marcel@libertysurf.fr Aerodes
Résumé
Dans le but de démontrer les capacité de durée de vol des hélicoptères électriques nous nous sommes attachés à : modéliser la machine : rotor et chaîne énergétique faire une vérification expérimentale au moyen d'un banc d'essai de rotors tenter un record mondial homologué par la FAI (29 juin 2001 => 1h 6mn 56s) Le thème est très vaste et revient à faire l'inventaire des gains énergétiques potentiels : choix de la configuration des voilures tournantes mono rotor multirotors : tandem ou côte à côte, coaxial, hybrides l'aérodynamique du rotor les paramètres : les profils, la géométrie de la pale, la vitesse de rotation l'optimisation : modélisation et expérimentation la masse : l'architecture du châssis, les matériaux structures tubulaires, structures en treillis le carbone, l'aluminium et les plastiques la chaîne de transmission mécanique les réducteurs à engrenages les réducteurs à courroies la chaîne électrique les sources d'énergie : NiCd, NiMh, Li_Ion les moteurs les variateurs le pilotage optimisation énergétique et stabilité vol dynamique et stationnaire [ haut de page ] Modern propulsion systems for small MAV's Rick Ruijsink info@ruijsink.nl Ruijinsk Dynamic Engineering Molslaan 58 2611 RN Delft The Netherlands Abstract
The current generation electric propulsion systems used for model aircraft allow quite good performance. Rare-earth magnets in electric motors give them a high power density with a good efficiency and a reasonable weight. The latest generation Nickel Cadmium batteries are still used when the highest power density is required, where the new Nickel-Metal Hydride cells offer a good energy density at the cost of a slightly higher internal resistance. Brushless electric motors are now starting to be widely available in the higher power levels. These motors offer a high efficiency at low weight and a very good service life. Very recently there are developments towards brushless motors in lower power levels. A 9 gram and a 16 gram brushless motor is presented that equals the power output of conventional brushed motors of 3 times the weight at an efficiency that is 30 to 50 % better. Lithium has long been an interesting material for the production of batteries. The low current rate has been a disadvantage. A new Lithium cell will be presented that can sustain a constant current drain of 7 C. This cell beats the power density of Nickel Cadmium with an energy density of more than twice the best Nickel-Metal Hydride. The new technology propulsion systems allow a significant higher payload and/or a longer autonomy of the MAV. Examples are given. [ haut de page ] Jean Marie Piednoir Résumé
Le présent article décrit les techniques relativement simples utilisées
par l'équipe JMP (Jumelin, Martin, Piednoir) pour réaliser le modèle d'avion
ultra-léger à propulsion électrique, radiocommandé "Moins que Rien", pesant
moins de 9 grammes, capable de décoller, d'effectuer un parcours prévu à
l'avance et d'atterrir de façon normale. Les [ haut de page ]
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