E2 Commande à ailettes multiples

Topique

Le poisson possède un système de contrôle hydrodynamique distribué, composé de plusieurs surfaces différentes : les nageoires pectorales, pelviennes, dorsales, anales et caudales, chacune étant chargée de générer un type spécifique de force. Contrairement aux gouvernes rigides utilisées par les avions, les nageoires du poisson sont des surfaces flexibles et déformables, capables de changer activement leur propre géométrie - leur surface, leur angle d'attaque, leur courbure - grâce à la musculature intrinsèque de chaque nageoire, ce qui permet au poisson de contrôler avec précision les forces agissant sur son corps dans les six degrés de liberté possibles : trois en translation et trois en rotation.

Chacune de ces ailerons agit comme une surface de levage, générant une force normale à sa surface, la portance, et une force tangentielle le long de celle-ci, la traînée ; Les deux forces dépendent d'un coefficient de portance et d'un coefficient de traînée spécifiques à chaque aileron, qui à leur tour dépendent de l'angle d'attaque avec lequel l'aileron coupe le flux et du nombre de Reynolds auquel cet aileron fonctionne.

Parmi ces nageoires, les nageoires pectorales sont principalement chargées de maintenir l'équilibre du tangage et du lacet du poisson, mais également de le propulser lorsqu'il nage lentement, dans ce que l'on appelle le mode de nage labriforme.

La stabilité du poisson qui résulte de l'action conjointe de toutes ces nageoires peut être de deux types : la stabilité statique est obtenue lorsque le point de pression résultant de toutes les forces des nageoires coïncide exactement avec le centre de gravité du poisson, tandis que la stabilité dynamique, en revanche, ne découle pas uniquement de cette géométrie des forces, mais nécessite que le poisson la soutienne activement par le biais d'un retour neuronal.

Le couple de manœuvrabilité généré par chaque aileron est le produit de la force de portance que cette aileron produit par le bras de moment qui la sépare du centre de masse du poisson.

Cependant, pour les manœuvres rapides, le poisson a recours à un mécanisme autre que le couple de manœuvre décrit ci-dessus : la génération de vortex transitoires par ce que l'on appelle l'effet de masse ajouté. En accélérant ou en décélérant brusquement une nageoire, le poisson ajoute ou soustrait de l'élan au fluide qui l'entoure, générant des forces impulsives proportionnelles à l'accélération de cette même surface de la nageoire.

Le comportement attendu de ce système de contrôle hydrodynamique distribué est que, lors d'une nage en ligne droite à vitesse constante, la résultante de toutes les forces produites par les différentes nageoires du poisson est exactement nulle, de sorte qu'aucune nageoire ne dévie le poisson de sa trajectoire. En revanche, lors d'une manœuvre, le poisson introduit une asymétrie contrôlée entre les forces des nageoires opposées — par exemple entre la nageoire pectorale d'un côté et de l'autre — et cette asymétrie est précisément ce qui génère les couples nécessaires pour changer de direction.

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