Dans le cadre des recherches conduites au sein du département Aérodynamique et Propulsion (DAeP) de l'ISAE, et plus particulièrement l'équipe travaillant sur l'aérodynamique et la propulsion des Micro-Drones s'intéresse à l'aérodynamique de micro-rotors en milieu confiné. L'étude s'inscrit dans le cadre du développement de micro-drones de type indoor destinés, par exemple, à l'exploration de réseaux tous-terrains (grottes ornées) et/ou l'observation en environnements contraignants (installations nucléaires).

L'enjeu est double:

• évaluer l'influence de parois sur le comportement aérodynamique du micro-rotor
• comprendre l'influence du micro-rotor sur l'environnement proche

En ce sens, le premier axe a trait à la qualification des efforts aérodynamiques subis par le rotor et fournit des données essentielles à la mise en œuvre d'autopilote embarqué. Le second axe vise l'évaluation des champs de vitesse et pression générés par le rotor et permet notamment d'envisager l'influence du rotor en paroi, par le phénomène de « brownout » préjudiciable aux explorations archéologiques.

Dans ce contexte, des moyens numériques de type calculs Navier-Stokes et des moyens expérimentaux de type mesure d'efforts, pression et PIV ont été utilisés. Les deux approches ont été conduites en parallèle en vue d'obtenir une comparaison pertinente des deux approches. L'idée étant de mettre en corrélation les structures de l'écoulement et les efforts subis par le micro-rotor dans le but de fournir une analyse physique des phénomènes rencontrés. Dans le cadre de ces travaux nous nous sommes concentrés sur un type de confinement particulier qu'est celui de l'interaction mur/sol et mur/plafond, environnement classique dans des domaines de vol indoor. En amont de cette études, nous avons étudiés les influences de parois simples (Mur/ Sol / Plafond).

Grâce à des mesures de forces et de vitesse par PIV, nous avons pu révéler des changements dans la performance aérodynamique en raison de la proximité des murs et la corréler avec l'apparition de phénomènes d'écoulement spécifiques. Nos résultats sont en ligne avec des recherches approfondies sur les effets du sol, montrant que la performance aérodynamique bénéficie de la proximité du sol en raison d'une réduction de la vitesse axiale induite au disque du rotor et la réduction de l'intensité des tourbillons marginaux.

De plus, alors que la proximité au plafond conduit également à une amélioration de la performance aérodynamique, il est montré que les effets de plafond sont plus sévères et soudaines que les effets au sol et peut être considéré comme un effet venturi agissant au-dessus du disque du rotor. De plus, on peut voir que les effets de canal peuvent être considérés comme une combinaison linéaire d'effets de sol et de plafond. Inversement, la proximité des parois verticales n'a pas d'impact majeur sur les performances aérodynamiques, que l'on considère une paroi isolée ou une configuration de conduit. Ces résultats démontrent que des modèles simples peuvent être dérivés pour la définition d'auto-pilotes efficaces, ce qui contribue à la robustesse des vols intérieurs. Cependant, pour obtenir une meilleure compréhension de la réponse aérodynamique d'un rotor en vol stationnaire près des conditions aux limites des parois, des essais dynamiques seront effectués à l'avenir.

Dans cette éude en particulier on s'interessera à deux configurations précises, les effets de coin haut (Mur/Plafond) et coin bas (Mur/Sol).