Optimisation aéroacoustique d'un ensemble propulsif pour micro-drones

par Pietro Li volsi

Projet de thèse en Dynamique des fluides

Sous la direction de Jean-Marc Moschetta et de Thierry Jardin.


  • Résumé

    Avec l'augmentation de l'utilisation des drones, la question des nuisances sonores devient cruciale, que ce soit dans le domaine militaire ou civil. Concernant les utilisations de type défense et sécurité, la furtivité acoustique des drones est un enjeu majeur, notamment pour les missions de reconnaissance et de renseignement. Dans le domaine civil, l'usage croissant des drones en milieu urbain exige l'acceptabilité du public, laquelle repose en grande partie sur leur discrétion acoustique. Des nouvelles applications professionnelles des drones, comme par exemple le diagnostic acoustique d'installations industrielles ou plus généralement la prise de son aérienne, nécessitent l'emport de capteurs acoustiques. Afin d'assurer une mesure fidèle, il faut minimiser les fluctuations de pression engendrées par le flux d'air sur les capteurs, ce qui, après avoir positionné les capteurs hors du sillage des rotors, peut être obtenu en modérant la vitesse d'avancement du drone: cette contrainte n'est pas restrictive puisque le point de mesure doit être fixe pendant l'acquisition. Dans la pratique le vol stationnaire, qui sera envisagé dans le cadre de cette thèse, répond parfaitement à ce besoin. Il présente en outre l'intérêt pratique de permettre au drone de travailler à proximité immédiate de la cible. Par ailleurs, pour réaliser une mesure fidèle, il est impératif de réduire au maximum la signature acoustique du drone directement liée à celle des rotors et de leur installation sur le drone. La signature acoustique des rotors n'est pas une problématique nouvelle, mais les efforts de la communauté se sont concentrés jusqu'à présent sur les rotors de taille conventionnelle, tels que les rotors d'hélicoptères. La taille réduite des rotors de micro-drones demande une analyse spécifique des phénomènes aérodynamiques à l'origine du bruit rayonné. Les faibles nombres de Reynolds de corde et de Mach associés aux rotors de petite taille (typiquement inférieure à 30 cm de diamètre) induisent des effets aéroacoustiques très spécifiques qui questionnent la répartition des sources de bruit: bruit tonal, bruit bande large. Contrairement aux hélicoptères, les drones présentent des géométries complexes avec plusieurs ensembles propulsifs qui peuvent interagir entre eux. Il est donc nécessaire à la fois de mieux comprendre l'origine des sources acoustiques inhérentes au fonctionnement des micro-drones et également de proposer de nouvelles solutions pour réduire leur signature acoustique.

  • Titre traduit

    Aeroacoustic optimization of a propulsion system for micro-drones


  • Résumé

    With the increase in drone usage, the noise issue becomes crucial, whether in the military or civilian field. Concerning the uses for Defense, the acoustic stealth of drones is a major constraint, especially for reconnaissance missions. For this type of mission, and mainly for validation purposes, only the hovering phase is studied. The acoustic signature of the rotors is not a new issue, but the scientific community's efforts have focused on conventional rotors (larger-scale, such as helicopter rotors). The small size of the micro-UAV rotors requires a specific analysis of the aerodynamic phenomena at the origin of the radiated noise. It is therefore necessary to better understand the origin of the acoustic sources inherent to the operation of micro-drones and to propose new solutions to overcome them. The objective of this study is to develop a design approach to be applied to innovative micro-UAV configurations intended for hovering. The main idea is to optimize the maximizing the flight endurance and minimizing the acoustic signature, in addition to validating experimentally these optimizations.