Les ingénieurs ont conçu et testé avec succès un capteur de vent plus efficace pour une utilisation sur des drones, des ballons et d'autres avions autonomes.

Ces capteurs de vent, appelés anémomètres, sont utilisés pour surveiller la vitesse et la direction du vent. Selon les chercheurs, à mesure que la demande d'avions autonomes augmente, de meilleurs capteurs de vent sont nécessaires pour permettre à ces véhicules de détecter plus facilement les changements météorologiques et d'effectuer des décollages et des atterrissages plus sûrs.

De telles améliorations pourraient améliorer la façon dont les gens utilisent leur espace aérien local, que ce soit par le biais de drones livrant des colis ou de passagers volant un jour sur des avions sans pilote, a déclaré Marcelo Dapino, co-auteur de l'étude et professeur de génie mécanique et aérospatial à l'Ohio State University. .

"Notre capacité à utiliser l'espace aérien pour déplacer ou transporter des choses de manière efficace a d'énormes implications sociétales", a déclaré Dapino. "Mais pour faire fonctionner ces objets volants, des mesures précises du vent doivent être disponibles en temps réel, que le véhicule soit habité ou non." En plus d'aider les objets aériens à traverser de longues distances, des mesures précises du vent sont également importantes pour la prévision énergétique et l'optimisation des performances des éoliennes, a-t-il déclaré.

Leurs recherches ont été publiées dans la revue Frontiers in Materials .

Les anémomètres conventionnels varient dans la façon dont ils collectent leurs données, mais tous ont des limites, a déclaré Dapino. Parce que les anémomètres peuvent être coûteux à fabriquer, consommer de grandes quantités d'énergie et avoir une traînée aérodynamique élevée - ce qui signifie que l'instrument s'oppose au mouvement de l'avion dans l'air - de nombreux types ne conviennent pas aux petits aéronefs. Mais l'anémomètre de l'équipe de l'Ohio State est léger, à faible consommation d'énergie, à faible traînée et plus sensible aux changements de pression que les types conventionnels.

Leon Headings, co-auteur de l'étude et associé de recherche principal en génie mécanique et aérospatial à l'Ohio State, a déclaré que l'instrument était fabriqué à partir de matériaux intelligents, une matière aux propriétés contrôlables, leur permettant de détecter et de réagir à leur environnement. L'équipe a utilisé un polymère électrique appelé fluorure de polyvinylidène (PVDF). Largement utilisé dans les revêtements architecturaux et les batteries lithium-ion, le PVDF peut être piézoélectrique, ce qui signifie qu'il produit de l'énergie électrique lorsqu'une pression lui est appliquée. Cette énergie peut être utilisée pour alimenter l'appareil. La tension mesurée ou le changement de capacité d'un morceau de film PVDF flexible peut être corrélé à la vitesse du vent.

Le capteur PVDF est intégré dans un profil aérodynamique, similaire à une aile d'avion, ce qui réduit la traînée aérodynamique. Parce que le profil aérodynamique est libre de tourner comme une girouette, il peut être utilisé pour mesurer la direction du vent.

Mais pour tester comment leur appareil se comporterait une fois soumis à l'atmosphère terrestre, les chercheurs ont conçu une expérience à deux volets. Tout d'abord, le capteur de pression a été testé dans une chambre étanche pour déterminer sa sensibilité. Ensuite, le capteur a été intégré dans un profil aérodynamique et testé en soufflerie. Les résultats ont montré que le capteur mesure extrêmement bien la pression et la vitesse du vent. Une petite boussole magnétomètre numérique intégrée dans le profil aérodynamique fournit des données précises sur la direction du vent en mesurant l'orientation absolue du profil aérodynamique par rapport au champ magnétique terrestre.

Mais des recherches supplémentaires doivent être menées pour faire passer le concept de capteur de vent d'un environnement de recherche contrôlé à des applications commerciales. Alors que son équipe continue de travailler avec le PVDF et d'autres matériaux avancés pour améliorer la technologie des capteurs, Dapino espère que leur travail mènera éventuellement à une technologie qui pourra être utilisée à l'extérieur des avions, comme pour les éoliennes pour une énergie propre, efficace et facilement disponible pour le public.

"Ce sont des matériaux très avancés et ils peuvent être utilisés dans de nombreuses applications", a déclaré Dapino. "Nous aimerions nous appuyer sur ces applications pour apporter une production d'énergie éolienne compacte à la maison." + Explorer plus loin

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