Drones : que sont-ils et comment fonctionnent-ils ?

Comment est fabriqué un drone ? Sur quel principe ça marche ? Pour tous ceux qui s'intéressent au moins un peu à la robotique, ce sont des sujets d'actualité. À leur tour, nous leur offrons les réponses les plus détaillées. Alors, commençons par le tout début.

Qu'est-ce qu'un drone ?

C'est le nom d'un aéronef contrôlé soit par une personne à distance à l'aide d'une télécommande, soit au moyen d'un ordinateur de bord (ces derniers sont généralement conçus pour effectuer des tâches militaires ou autres tâches spéciales). Le terme "drone" est plutôt apparu à l'origine comme un surnom ludique et n'était pas un concept scientifique à part entière. Les drones (traduits de l'anglais par « drones ») étaient appelés équipements aéronautiques au siècle dernier en raison du bruit spécifique des moteurs, rappelant le bourdonnement d'une ruche d'abeilles. Maintenant, ce terme est utilisé principalement dans le journalisme ; dans les milieux professionnels, les concepts de "véhicule aérien sans pilote" ou simplement de "drone" sont plus en vogue.

Types de drones

Les modèles modernes de drones sont très divers. Ils diffèrent les uns des autres principalement par leur objectif. Par exemple, il existe des drones commerciaux (on les appelle aussi civils). Ces avions remplissent des fonctions socialement utiles - ils transportent des marchandises, fertilisent les champs, aident à la construction de bâtiments, à la recherche scientifique, etc. Une autre grande catégorie de drones est celle des drones grand public. Cela comprend divers drones jouets. Ils sont conçus pour le divertissement à votre guise, avec leur aide, vous pouvez, par exemple, organiser de vraies courses ou filmer des vidéos intéressantes à vol d'oiseau. Le troisième grand groupe comprend les drones militaires ou de combat. Ils se caractérisent par une conception plus complexe et sont capables de remplir beaucoup plus de fonctions par rapport à leurs autres "frères". Notez que plus loin dans cet article, les drones des deux premières catégories seront considérés. Comme mentionné ci-dessus, les modèles militaires sont très différents et doivent être considérés séparément.

En 2014, la Federal Aviation Administration des États-Unis a divisé les drones en classes. Chaque classe correspond à la classe d'espace aérien dans laquelle le drone est capable de voler. Ainsi, la classe G comprend des appareils capables de grimper jusqu'à une hauteur de 360 mètres. Les classes B, C, D incluent les drones volant à une altitude allant jusqu'à 3000 mètres. Les drones de classe A ont conquis une hauteur de 5 400 à 18 000 mètres au-dessus du sol.

Quels sont les composants d'un drone ?

Bien sûr, chaque drone est unique à sa manière, mais il existe néanmoins plusieurs éléments de base qui sont présents dans la conception d'un tel appareil. Parmi eux:

Cadre;
contrôleur de vol ;
moteurs;
hélices ;
contrôleurs de vitesse;
accumulateurs.

Cadre- c'est la base de tout drone. Tous les autres éléments y sont rattachés. La durée de vie globale du drone dépend de sa durabilité et de sa fiabilité. Le cadre est fait de polymères ou d'alliages métalliques légers. Ils peuvent également utiliser du carbone ou d'autres matériaux à la fois légers et durables.

contrôleur de vol est, en fait, le "cerveau" du drone. Il reçoit les signaux du panneau de commande (ou de l'ordinateur de bord) et les redirige vers les moteurs ou d'autres éléments structurels. Plus le contrôleur est capable de recevoir de signaux, plus le drone dans son ensemble est capable d'effectuer de fonctions. À son tour, le nombre de signaux reçus est affecté par le nombre de capteurs intégrés au contrôleur de vol.

Pour différents drones, le contrôleur de vol peut être composé de différents éléments, mais il existe toujours un certain ensemble de base obligatoire pour tout drone. Il comprend:

processeur principal - reçoit et traite les commandes ;
baromètre (un capteur qui détermine l'altitude de l'appareil);
accéléromètre (un appareil qui mesure l'accélération de l'appareil);
gyroscope (un capteur qui détermine la position du drone dans l'espace) ;
flèche de direction (indique la direction dans laquelle le drone doit voler);
Navigateur GPS (détermine la position géographique du drone);
Wifi;

Moteurs, hélices et régulateurs de vitesse.Éléments structurels responsables du vol du drone. En règle générale, la conception prévoit quatre moteurs, chacun étant attaché aux hélices. Les contrôleurs de vitesse fixent la vitesse de l'avion en fonction des données reçues du contrôleur de vol.

Piles. Bien évidemment, cet élément structurel assure le fonctionnement de tous les éléments du drone. La hauteur maximale que le drone peut gravir dépend également de la capacité de la batterie. La plupart des drones commerciaux et grand public sont petits et ont de petites batteries. De ce fait, il n'est pas possible de prévoir une durée significative de leur vol. Résoudre ce problème est l'une des priorités du moment.

Comment vole un drone ?

Les drones commerciaux et grand public sont majoritairement télécommandés (parmi les militaires, il en existe aussi des entièrement automatisés). La télécommande est configurée pour certains canaux (leur nombre minimum est de quatre), à travers lesquels elle envoie des signaux au contrôleur de vol du drone. Ce dernier, après avoir traité le signal, le redirige vers le régulateur de vitesse, qui règle le drone à la vitesse souhaitée en faisant tourner les hélices.

Soit dit en passant, toutes les hélices de drone tournent dans des directions différentes (une paire est dans le sens des aiguilles d'une montre, l'autre dans le sens inverse des aiguilles d'une montre). C'est le seul moyen d'assurer une stabilité de vol maximale. Les paramètres de rotation des hélices déterminent également les spécificités du vol. Par exemple, si toutes les hélices fonctionnent à la même vitesse, l'appareil décolle. Si l'une des hélices tourne plus vite, le drone s'incline légèrement et se déplace dans la direction spécifiée. Si deux hélices commencent à fonctionner plus rapidement à la fois, le drone tourne dans la direction qu'elles ont définie.

En postface

De ce qui précède, il devient clair que le principe de fonctionnement du drone est assez simple. Avec des connaissances suffisantes en ingénierie, vous pouvez concevoir votre propre drone à la maison. Encore une fois, nous soulignons que seule une personne ayant de bonnes compétences en ingénierie sera en mesure de faire face à cette tâche. Pour ces spécialistes, d'ailleurs, il existe même une ressource spéciale (ecalc.ch) qui permet de concevoir une disposition de drone et de réfléchir en ligne au principe de son fonctionnement.

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