Comment fonctionne un drone?

On les voit voler partout, mais comment fonctionnent-ils? Un drone est composé d'hélices et de moteurs, mais c'est un peu plus complexe que ça. Voici nos explications pour comprendre comment marche un mini drone télécommandé.


Comment ça marche un Drone?

Les drones les plus connus actuellement, notamment de la marque DJI, sont des quadrirotors, c'est à dire qu'ils ont 4 rotors et donc 4 hélices et 4 moteurs indépendants !


Les principaux composants du drone quadricoptère.


Un drone est un aéronef piloté à distance. Son vol est contrôlé par l'ordinateur de bord, commandé par un opérateur avec une télécommande.


Les drones sont divisés en deux macro-catégories : les multirotors et les ailes fixes. Dans ce guide rapide pour les débutants ou futurs débutants, nous examinons l'anatomie d'un drone multirotor.


Alors, à quoi ressemble exactement un drone ? Jetons un coup d'œil rapide aux principaux composants d'un drone moderne.


Le châssis


Lorsque nous parlons du cadre ou châssis du drone, nous faisons référence à la structure de support sur laquelle les différents composants sont montés. La forme de cette structure varie en fonction du nombre de rotors : un drone peut avoir quatre hélices (quadricoptère) ou six hélices (hexacoptère), voire plus.


Les matériaux à partir desquels les cadres sont fabriqués sont différents, comme plastique, l'aluminium et le carbone (pour les drone de course par exemple). Le choix du matériau de construction déterminera un certain nombre de facteurs clés, tels que le vol du drone, son poids, sa durée de vol et sa résistance aux impacts.


Le contrôleur de vol (Flight controler)


Peu importe le nombre de pilotes de drones super compétents, aucun d'entre eux ne sera jamais assez doué pour contrôler simultanément la vitesse de rotation des 4 moteurs individuels du quadcoptère afin d'équilibrer le drone en vol stationnaire. C'est là que le contrôleur de vol (Flight Controler) entre en jeu : chaque entrée donnée par le pilote à l'aide de la radiocommande sera interprétée par le FC, qui décidera de la puissance différente à fournir aux divers moteurs pour effectuer la manœuvre requise.


Le contrôleur de vol est le véritable cerveau du drone, l'unité centrale qui traite toutes les données de vol en même temps : un drone pour les compétitions FPV aura un ordinateur de bord différent d'un drone pour le tournage aérien. De nombreux contrôleurs de vol utilisent pour leurs calculs les données de divers capteurs qui lui sont connectés, tels que des gyroscopes, des baromètres, des GPS ou des systèmes de détection d'obstacles (lidar).


Les moteurs


Comme nous l'avons dit, un drone peut avoir plusieurs moteurs. Les moteurs électriques qui équipent les drones sont généralement des moteurs sans balais : ce type de moteur fonctionne sans contacts électriques glissants sur l'arbre du moteur, ce qui signifie qu'ils ont une résistance mécanique moindre, qu'ils ne présentent aucun risque d'étincelles et qu'ils sont plus légers. Mais c'est grâce à l'Electronic Speed Control (ESC) que les moteurs brushless se connectent au contrôleur de vol : l'ESC reçoit la commande du contrôleur de vol et la transfère aux moteurs. L'ESC reçoit la commande du contrôleur de vol et la transmet aux moteurs. Cette petite carte électronique permet ensuite aux hélices de tourner dans les deux sens et à des vitesses variables.


Les hélices


Ils doivent toujours être montés sur les moteurs du drone et tournent en fonction de la puissance fournie par le pilote par le biais de la radiocommande. Ils sont généralement fabriqués en plastique ou en fibre de carbone, pour des caractéristiques de poids et de sécurité optimales.


Les hélices peuvent bénéficier d'une protection : des carénages en plastique ultralégers qui, une fois montés sur le drone, protègent le corps du drone, mais surtout les hélices, des impacts et chocs (particulièrement pour les débutants).


La télécommande


Grâce à l'émetteur radio, vous pouvez contrôler le drone et définir différentes options de vol. Certains modèles de drones nécessitent l'utilisation d'un smartphone ou d'une tablette en liaison avec l'émetteur radio afin de contrôler le drone, tandis que d'autres modèles ne peuvent être contrôlés qu'à l'aide d'un smartphone. Dans le système radio classique, il y a une radiocommande et un récepteur. Très souvent, la fréquence la plus utilisée pour ce type de radiocommande est la 2,4 GHz.


Les batteries


C'est grâce à ces batteries en lithium que nous pouvons faire voler notre drone avec la puissance nécessaire mais avec un poids réduit. Les batteries Li-Po sont très légères et donc largement utilisées dans l'aéromodélisme.


La caméra embarquée


De nombreux drones, notamment les DJI Mavic, sont livrés avec une caméra fixée, tandis que d'autres sont vendus sans support de caméra. Cette dernière solution peut être adoptée par ceux qui possèdent une caméra d'action légère telle que la Gopro.


La tendance actuelle chez les grands fabricants de drones est de créer des drones avec des caméras intégrées propriétaires en HD ou 4K. Les caméras des drones les plus avancés peuvent être contrôlées par une télécommande dédiée par un second opérateur (cadreur), afin de disposer d'une autonomie de prise de vue complète pendant le vol.


Le gimbal


Le mot Gimbal peut être utilisé pour décrire tout dispositif utilisé pour stabiliser une caméra sur plusieurs axes : dans notre cas, un stabilisateur de caméra de drone à 3 axes qui élimine les vibrations et les oscillations. Il peut utiliser des moteurs sans balais pour ajuster la caméra en fonction des mouvements du drone. Trois axes signifie qu'il peut se déplacer dans les 3 directions pour corriger la vue : haut/bas, gauche/droite, avant/arrière. Le cardan pour drones peut être trouvé sur le marché vendu individuellement ou monté directement entre le drone et la caméra dans les drones moyen-haut de gamme.


Connaître les 3 axes de vol


Les mouvements d'un aéronef s'articulent autour de 3 axes : l'axe de roulis, l'axe de lacet et l'axe de tangage.


Il est important pour les pilotes de drone de maîtriser parfaitement ces trois axes afin de comprendre comment va se déplacer leur quadricoptère.


L'axe de lacet permet de réaliser une rotation du drone (changer son cap), l'axe de roulis permet de le faire incliner à droite ou à gauche et l'axe de tangage vous permettra de le faire pencher en avant ou en arrière.


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