Anuloid

Ce projet a porté sur les études numérique et expérimentale d’un nouveau concept d’aéronef à décollage et atterrissage verticaux (VTOL), l’Anuloid, afin d’en évaluer les caractéristiques aérodynamiques, la faisabilité structurale et les performances de vol. Les activités du projet ont été la conception et l’analyse de structures, la simulation en mécanique des fluides, la mécanique du vol, la fabrication et l’étude aérodynamique expérimentale en soufflerie.

L’Anuloid est un aéronef VTOL à forme toroïdale comportant un turbopropulseur en son centre qui alimente un rotor caréné. Afin de maximiser la charge utile, un seul système propulseur est implanté qui doit assurer à la fois la sustentation (génération de portance) et l’avancement (vol de croisière). Les applications visées par l’Anuloid sont le transport civil en milieux urbains ainsi que les missions de secours. Comparé aux hélicoptères, l’Anuloid est censé être plus silencieux et avoir une gamme opérationnelle plus ample. Les caractéristiques principales de l’aéronef sont : diamètre extérieur de 5m, poids maximum au décollage de 1200kg, vitesse de vol comprise entre 100 et 200 km/h.

Les innovations au coeur du concept de l’Anuloid sont :

*  la génération de portance et le vol de croisière assurés par un rotor caréné alimenté par un turbopropulseur
*  l’exploitation de l’effet Coanda, développé au sein du conduit circulaire et de la surface inférieure de l’aéronef, afin d’augmenter la portance et améliorer la contrôlabilité
*  l’implantation d’un système de vannes fixes et mobiles pour contrôler le couple moteur et diriger l’aéronef

Les résultats principaux de ce projet peuvent être resumés comme suit:

*  la structure proposée en semi-monocoque composite permet d’assurer la rigidité nécessaire avec un poids compatible avec les caractéristiques principales
*  l’effet Coanda est présent lors des phases de vol vertical et horizontal
*  l’aérodynamique autour de l’Anuloid est complexe avec des régions de décrochage
*  le vol vertical ne pose pas de problèmes ; le vol horizontal est possible mais n’est pas contrôlable en l’état actuel

L’expérience cumulée lors de ce projet permet de proposer les recommandations suivantes pour les développements futurs :

*  les performances de l’Anuloid doivent être améliorées, notamment le rapport entre la portance et la résistance aérodynamiques
*  un contrôleur à canaux multiples et multi-loop non-linéaire doit être développé afin d’assurer la stabilité en vol de croisière
*  un contrôle actif du flux peut être mis en oeuvre afin de stabiliser l’effet Coanda, par exemple par le biais de jets synthétiques ou des succions localisées

Poster de présentation : poster anuloid
Lien vers le site du Projet : www.mul2.polito.it/anuloid/
Publications :
On the development of the Anuloid, a disk-shaped VTOL aircraft for urban areas ; Marco Petrolo, Erasmo Carrera, Michele D’Ottavio, Coen de Visser, Zdeněk Pátek and Zdenek Janda ; Advances in Aircraft and Spacecraft Science, Vol. 1, No. 3 (2014), 351-376, DOI: http://dx.doi.org/10.12989/aas.2014.1.3.351
Further results on the development of a novel VTOL aircraft, the Anuloid. Part I: Aerodynamics ; Marco Petrolo, Erasmo Carrera, Gaetano Iuso, Zdeněk Pátek and Zdenek Janda ; Advances in Aircraft and Spacecraft Science, Vol. 4, No. 4 (2017) 401-419, DOI: https://doi.org/10.12989/aas.2017.4.4.401
Further results on the development of a novel VTOL aircraft, the Anuloid. Part II: Flight mechanics ; Marco Petrolo, Erasmo Carrera, Coen de Visser, Michele D’Ottavio and Olivier Polit ; Advances in Aircraft and Spacecraft Science, Vol. 4, No. 4 (2017) 421-436, DOI: https://doi.org/10.12989/aas.2017.4.4.421