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Ikhana, un drone de la Nasa qui ressent les efforts sur ses ailes

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Avec ses capteurs sensoriels, cet avion sans pilote mesure en permanence les efforts sur sa voilure. L'idée est, à terme, de réaliser un appareil à géométrie variable qui s'adapterait aux conditions de vol.

L'Ikhana en vol. Notez le train d'atterrissage rentrant et l'hélice propulsive, mue par une turbine. © Jim Ross/Nasa Dryden Flight Research Center

Plate-forme volante pour mener différentes expériences, Ikhana est un drone dérivé du Predator B MQ-9, initialement destiné aux militaires. Autonome pour le pilotage (tenue de cap et d'altitude), il est dirigé à distance par radio depuis un poste mobile. Capable d'emporter 1,5 tonne d'équipement, cet engin long de onze mètres pour vingt d'envergure, peut voler durant plus de 24 heures jusqu'à 12.000 mètres d'altitude. La Nasa a modifié l'appareil, notamment en le dotant d'instruments divers (qui peuvent prendre place  dans le pod, un coffre sous l'aile gauche) et surtout de capteurs (ou senseurs), capables d'effectuer différentes mesures. Son nom de baptême vient, explique le document de la Nasa, d'un mot indien de la tribu des Choctaw, signifiant intelligent ou conscient. Dotés de capteurs de température très précis, l'Ikhana a récemment été utilisé pour survoler les incendies de forêts en Californie.

Mais l'appareil sert surtout des buts scientifiques. La Nasa vient de terminer des essais d'autres capteurs qui, eux, mesurent les contraintes mécaniques. Ce n'est pas la première fois, loin s'en faut, que l'on effectue ce genre de mesure. Mais l'innovation réside dans la taille de ces capteurs et dans leur nombre.

Réduits à une taille quasiment microscopique, ils sont répartis le long de fibres optiques de l'épaisseur d'un cheveu et l'Ikhana ainsi équipé en possède trois mille. De plus en plus utilisés, ces capteurs à fibre optique sont constitués d'un élément sensible qui modifie légèrement le flux lumineux envoyé dans la fibre par une diode électroluminescente. Ces capteurs sont utilisés pour mesurer des températures, des pressions, des efforts mécaniques, voire des vibrations. Leur petite taille, leur robustesse et leur insensibilité aux environnements électromagnétiques les rendent adéquats pour travailler dans des conditions difficiles mais aussi en milieu médical.

Visite pré-vol pour l'Ikhana. Le technicien débranche les dernières connexions. On remarque le pod, sous l'aile gauche, servant à porter des instruments. © Tony Landis/Nasa Dryden Flight Research Center

A quand les rémiges ?

Sur la partie supérieure de chaque aile (l'extrados) de l'Ikhana, six fibres optiques comportent deux mille capteurs, générant un poids supplémentaire de seulement un kilogramme. Leur rôle est de mesurer les déformations des ailes. Ces milliers d'informations recueillies en permanence indiquent précisément les efforts subis. Pour vérifier la validité de ce contrôle, les ingénieurs ont ajouté seize systèmes de mesure classiques pour les comparer à celle des capteurs optiques. Le résultat est bon et les essais peuvent donc être poursuivis.

Ces fibres à capteurs, collées à la surface de l'Ikhana, pourraient, dans de futurs avions, être intégrées dans le matériau même de l'aile. L'ordinateur de bord de l'avion pourrait alors surveiller les efforts subis, un contrôle impossible à réaliser avec des capteurs classiques, beaucoup trop lourds. Avec cette surveillance permanente, dont les résultats peuvent enregistrés régulièrement, les équipes de maintenance pourraient suivre l'historique des mésaventures survenues à l'avion (atterrissages durs, échauffements excessifs, vitesses trop élevées...).

On peut aussi imaginer modifier la forme de l'aile en vol pour ajuster les performances. Le procédé ne serait pas différent des systèmes actuels, composés de surfaces mobiles (volets, aérofreins, becs de bord d'attaque...), qui modifient la courbure de l'aile ou augmentent la portance (qui porte l'avion) et la traînée (qui le freine).

Avec une information plus précise, il devrait être possible de faire mieux et d'ajuster plus précisément la forme de l'aile aux contraintes qu'elle subit. C'est la voie que compte suivre aujourd'hui la Nasa. Les oiseaux l'ont eux aussi explorée, multipliant les capteurs (les cellules sensorielles) et les surfaces mobiles (les plumes).

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