Suspension amortissante et poussée réversible pour l'atterrissage rapide de multirotors en conditions extérieures extrêmes

Description :
Doctorant : Isaac Tunney

Directeur de recherche : Alexis Lussier Desbiens
Président de jury : Kian Jafari

Résumé : 

Bien que les drones soient de plus en plus présents dans de vastes secteurs de notre société, leur utilisation en conditions extérieures difficiles demeure limitée par leur enveloppe d’atterrissage restreinte. En effet, les multirotors traditionnels sont conçus pour atterrir à basse vitesse (environ 0,5 m/s) sur des surfaces quasi horizontales et immobiles, principalement dû à leur suspension rigide qui induit des rebonds et instabilités à l’impact. Cette thèse présente une stratégie d’atterrissage qui combine une suspension amortissante basée sur la friction, une inversion rapide de la poussée à l’impact, et des pieds spécialisés adaptés au type de surface, dans le but d’élargir significativement l’enveloppe d’atterrissage des multirotors. Trois ensembles de conditions sont explorés : (1) atterrissages rapides sur des surfaces inclinées (p. ex., toits de maison), (2) atterrissages rapides sur des surfaces mobiles à haute vitesse (p. ex., camions, trains), et (3) atterrissages rapides sur des surfaces glacées inclinées (p. ex., iceberg, glacier). Les résultats obtenus montrent que l'emploi d’une suspension amortissante combinée à une poussée réversible à l'impact permet des atterrissages sur des pentes jusqu’à 60° à des vitesses d’impact de 2,75 m/s, soit une augmentation de l’enveloppe d’atterrissage sur pentes d'un facteur de 8 par rapport à un drone standard. Ensuite, une stratégie similaire combinée à une manœuvre de redressement rapide permet l’atterrissage sur des véhicules se déplaçant jusqu’à 110 km/h et à des vitesses d’impact de 3 m/s, cette fois avec une augmentation de l’enveloppe des conditions d’impact d’un facteur de 60. Enfin, l’intégration d’un nouveau concept de pieds spécialisés à épines rétractables, générant une force résistive anisotropique dans la glace sans compromettre l’amortissement ni le redécollage, permet des atterrissages sur des surfaces glacées inclinées jusqu’à 60° et à des vitesses d’impact allant jusqu’à 3 m/s. Pour chaque ensemble de conditions, des essais terrain rigoureux en conditions réelles et sujettes à des perturbations ont démontré un taux de succès de 100%, incluant 25 atterrissages sur toits de maison jusqu’à 45°, 38 atterrissages sur une camionnette se déplaçant jusqu’à 110 km/h, et 24 atterrissages sur glaciers et icebergs de géométries variées, sur des pentes allant jusqu’à 58° et dans des vents atteignant 30 km/h.