Un drone de conception unique promet une charge utile d’avion avec une précision d’hélicoptère
L’espace réservé aux drones de livraison est de plus en plus encombré, mais nous avons tendance à voir des versions légèrement différentes des mêmes conceptions de base et des mêmes modes de fonctionnement. Il existe des multirotors point à point, des systèmes hybrides point à point (comme les tailsitters (2)) et des drones à voilure fixe qui nécessitent une infrastructure de lancement et d’atterrissage. Toutes ces plates-formes de drones ont un point commun : la taille. La génération actuelle de drones commerciaux autonomes est optimisée pour des charges utiles de quelques kilogrammes, ce qui permet de livrer des charges utiles de grande valeur et sensibles au temps dans des zones à faible infrastructure.
Il existe de nombreux cas d’utilisation où les petits drones fonctionnent parfaitement, mais dès qu’il faut plus d’une poignée de kilogrammes à la fois, les options commerciales sont peu nombreuses. L’armée a expérimenté des drones à planeurs et des systèmes de parafoil qui peuvent manipuler des centaines de kilogrammes, et des hélicoptères sans pilote qui peuvent gérer plus de mille kilogrammes à la fois. Mais dans la plupart des cas, la livraison aérienne de fret à des fins commerciales ou (même en cas d’urgence) implique l’utilisation d’un petit avion-cargo comme un Cessna Caravan (s’il y a un endroit où il peut atterrir), ou d’un hélicoptère. Et cela peut représenter un défi tant en termes de coût que de disponibilité de la plate-forme et des pilotes.
ThereCraft, une startup de drones de livraison basée à Los Angeles, qui a été créée (principalement) de manière furtive au début de l’année, a travaillé sur un nouveau concept de drone qui peut passer de quelques kilogrammes à 1300 kg. Il utilise une conception qui remonte aux années 1960, ainsi qu’un système de livraison acrobatique unique qui promet une livraison de précision sans atterrissage, vol stationnaire ou parachutes. (Y’en a qui ont essayé, ils ont eu des problèmes…)
Les responsables de ThereCraft ne sont pas encore prêts à partager tous leurs secrets, mais ce bref clip vidéo devrait donner une image assez complète du fonctionnement de leur stratégie de lancement de drones :
Cette manœuvre acrobatique de livraison de cargaison n’est évidemment pas quelque chose que l’on voudrait qu’un humain fasse encore et encore, mais pour un drone autonome, elle est à la fois efficace et reproductible. C’est un peu difficile à voir, mais les roues du drone ne touchent pas vraiment le sol à son approche la plus proche – il frôle juste au-dessus de la piste à la vitesse d’un vélo.
« Nous plaçons les choses au sol, plutôt que de faire tomber quoi que ce soit », explique Star Simpson, le fondateur de ThereCraft.
Le concept essentiel est de fournir un avion qui peut livrer une quantité substantielle de cargaison avec précision sans utiliser de parachute, et qui peut éventuellement prendre la relève d’un avion comme le Cessna Caravan, sauf avec la capacité de livraison ponctuelle d’un hélicoptère.
ThereCraft utilise un concept de corps de levage, quelque chose que nous n’avons pas beaucoup vu depuis que la NASA a fait un tas de recherches sur ce concept dans les années 60 et 70. Si vous regardez de près, vous remarquerez que le drone ThereCraft n’a pas vraiment d’ailes, juste un corps aérodynamique qui s’évase vers l’arrière, avec quelques ailerons verticaux et ce qui ressemble à une surface de contrôle arrière. Vous pouvez considérer un avion à corps portants (1) comme l’opposé d’une aile volante comme le B-2 – où le B-2 prend un avion conventionnel et remplace le fuselage par plus d’aile, un avion à corps portants est tout le fuselage, en renonçant complètement à l’aile.
Si la NASA s’est intéressée aux avions à fuselage relevable, c’est pour rendre la rentrée en orbite un peu plus polyvalente. Les capsules du programme Apollo étaient fiables, mais il fallait une immense aire d’atterrissage et beaucoup de soutien car elles n’étaient pas orientables, il suffisait de les pointer dans la bonne direction et de les faire descendre dans l’océan. Avoir un véhicule de rentrée dirigeable simplifierait les choses, mais la façon conventionnelle de le faire était d’ajouter des ailes, ce qui est très bien pendant une phase de vol plané et d’atterrissage, mais le contraire de ce que vous voulez pendant la rentrée elle-même où il faudrait d’une manière ou d’une autre qu’elles ne s’arrachent pas et/ou ne fondent pas. La solution de la NASA a consisté à couper complètement les ailes et à redessiner le corps de l’appareil pour générer une portance suffisante pour permettre un vol plané contrôlé, ce qui a donné naissance à des prototypes potelés comme celui-ci :
Avion expérimental de la NASA à corps portant sans ailes
La chubosité et la rotondité globales ont diminué au fil du temps jusqu’à ce que la NASA se retrouve avec le X-24B, qui ressemblait à ça :
L’avion à corps portant X-24B de la NASA.
Pour la NASA, il s’est avéré que les corps de levage n’offraient pas le type d’enveloppe de vol que l’agence pensait nécessaire et ils ont opté pour quelque chose de beaucoup plus traditionnel (la navette spatiale). En général, les corps de levage n’étaient pas particulièrement efficaces à basse altitude et étaient parfois difficiles à contrôler. Mais la conception du corps de levage est toujours parfaitement viable pour la rentrée en orbite, et le Dream Chaser de la Sierra Nevada Corporation devrait prouver le concept d’ici un an ou deux.
Pendant ce temps, sur Terre, le concept de corps de levage est resté en place. Dans les années 1990, un ingénieur en aérospatiale de Northrop Grumman, Barnaby Wainfan, a conçu, construit et piloté un avion léger à corps de levage expérimental appelé Facetmobile qui (selon cette étude de faisabilité que Wainfan a co-écrite pour la NASA en 2004) offrait un tas d’avantages par rapport à des avions légers de taille similaire. Une version plus petite et non habitée appelée High Altitude Shuttle System (HASS) a été utilisée par Near Space Corporation pour expérimenter la récupération de charges utiles à partir de ballons non habités à haute altitude il y a environ une décennie. Wainfan est le directeur technique de ThereCraft, ce qui nous permet de savoir d’où vient leur conception.
Talon Topper, développé à l’origine comme démonstrateur pour l’armée américaine [en haut]. Plus récemment, il a été utilisé pour la NASA en tant qu’avion de recherche et a été baptisé « High Altitude Shuttle System » (HASS) [en bas].
Le drone de ThereCraft, dont nous pensons qu’il ressemble beaucoup au HASS du NSC illustré ci-dessus, offre un grand volume de charge utile interne, une conception et une construction simples, et la capacité de voler avec précision et à basse vitesse. C’est ce qui permet cette nouvelle capacité de livraison, qui, selon ThereCraft, peut placer une charge utile dans un cercle de trois mètres au sol, bien qu’ils s’efforcent de réduire ce cercle à un mètre et demi. Certes, la charge utile n’est pas livrée aussi doucement qu’un hélicoptère, et elle aura probablement besoin d’un emballage robuste si elle est fragile, mais vous pouvez penser à une livraison en parachute, sauf que vous n’avez pas à vous occuper du parachute et de toutes les complications qui l’accompagnent.
La démonstration vidéo que ThereCraft a rendue publique n’est bien sûr qu’une démonstration de démonstration de faisabilité, mais la société a déjà construit une version de 330 kg qui peut supporter la moitié de son propre poids comme charge utile, et la conception va bien au-delà. Selon Star Simpson, l’avion a subi d’importants tests techniques et est prêt pour la démonstration et les opérations.
- Un corps portant aussi dit fuselage porteur est un engin spatial ou un aéronef hypersonique pour lequel l’effet de portance n’est pas produit par des ailes mais par le fuselage. Cette conception limite pour les aéronefs l’effet de traînée et pour les deux catégories d’engin la surface de friction génératrice de chaleur. L’absence d’ailes se traduit par une instabilité importante à basse vitesse.
- Un tail-sitter, ou tailsitter, est un type d’aéronef à décollage et atterrissage verticaux qui décolle et atterrit verticalement sur son empennage, puis bascule à l’horizontale pour le vol de croisière.
https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/drones/therecraft-drone-acrobatically-delivers-packages
