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Drone DIY: Leçon 8. Avions..

Contenu

Introduction

L'utilisation de petits drones pour le FPV et la cartographie autonome est de plus en plus populaire, d'autant plus que la popularité des drones pour voler en mode première personne et la disponibilité croissante des détails. Cet article explore plusieurs considérations pour savoir si un avion peut être utilisé comme drone et, le cas échéant, comment choisir le bon type.

Multicopter vs avion

Quels avantages un avion peut-il offrir par rapport à un multicopter? Alors qu'un multicoptère est idéal pour le vol FPV / autonome amusant, sa charge utile et son temps de vol sont toujours limités car le rotor doit être en rotation constante (et donc gaspiller de l'énergie) pour lutter contre la gravité et maintenir le drone en l'air. Les avions, quant à eux, utilisent leurs ailes pour créer de la portance. Alors quel type est le meilleur? Hormis les bourrages électroniques tels que l'émetteur, le récepteur, l'équipement FPV, le contrôleur de vol, les caractéristiques suivantes semblent être les plus pertinentes pour répondre à la question posée:

Multicopter

  • Capable de prendre décoller et atterrir verticalement ainsi que sur place.
  • Ils ne nécessitent pas beaucoup d'espace pour voler et sont essentiellement « omnidirectionnels », capables de changer très rapidement de direction et de vitesse.
  • La poussée générée par les hélices est ce qui maintient le bateau en l'air.
  • Moins intuitif en vol, étant donné que le navire peut changer d'orientation et voler dans presque toutes les directions, et que les cardans peuvent facilement provoquer une désorientation.
  • Les multicoptères « moyens » avec des diamètres de 400 à 600 mm sont les plus courants et coûtent généralement entre 200 $ US et 1 000 $ US pour un gréement prêt à voler (personnalisé).
  • Malgré le fait que les multicoptères comportent nettement moins de pièces mobiles que les hélicoptères, presque tout dysfonctionnement d'un quadricoptère entraîne un accident.

Avion

  • Lancé manuellement par piste ou catapulte et atterrit généralement sur de l'herbe ou une piste relativement plate...
  • Un grand espace ouvert est requis pour le vol car la maniabilité de l'avion est limitée (c'est-à-dire qu'il est toujours nécessaire d'avancer).
  • Les ailes créent de la portance.
  • Capacité de levage supérieure.
  • Les modèles en mousse peuvent être indulgents en cas d'accident et la plupart peuvent être reconstruits / remis à neuf.
  • Les modèles d'une envergure de 500 mm à 1,8 m sont les plus courants pour les loisirs, et une installation complète coûte généralement entre 200 $ US et 1 000 $ US.
  • En cas de panne moteur, il est toujours possible d'atterrir sans endommager l'avion.

VTOL (décollage et atterrissage verticaux)

  • Les structures comprennent les ailes et les hélices (pas beaucoup de produits commerciaux / de production pour le moment).
  • Les commandes sont encore assez difficiles pour passer du vol vertical au vol horizontal.
  • Les conceptions sont très différentes des quadricoptères avec des ailes ou de l'utilisation / de l'allongement des bras de support des drones (poutres) pour permettre des profils d'aile.
  • Ne sera pas discuté plus avant dans cet article.
    • ​​​​

Considérations

  • Site de lancement: dommages causés à un personne ou propriété, il est interdit aux drones/drones de survoler les bâtiments, dans les zones densément peuplées ou dans les endroits surpeuplés. Les avions nécessitent idéalement de grands espaces ouverts, tandis que les multicoptères peuvent fonctionner dans des espaces plus confinés. Si vous n'avez pas d'espace libre pour le vol, il est préférable d'utiliser un petit multicoptère.
  • Application: Le multicoptère est plus que jamais adapté à la photographie aérienne / FPV. La cartographie et les vols longue distance sont mieux effectués en avion.
  • Intérêt: Cela devrait être un facteur lors du choix si vous êtes intéressé par un type de drone plus qu'un autre.
  • Budget: Le multicoptère le plus courant (500 mm) est susceptible d'être légèrement plus cher qu'un avion comparable (≈ 1,5 m d'envergure), mais pas de beaucoup. Dans quelle mesure êtes-vous prêt à perdre le drone en raison d'un crash soudain ou d'une perte de contrôle provoquant un retrait incontrôlé?
  • Temps de vol: Un quadricoptère moyen, de taille moyenne, restera en l'air pendant 10 à 15 minutes (bien que certains fabricants puissent augmenter ce temps à 30 à 40 minutes), tandis que la moyenne un avion électrique de taille moyenne fournira environ 20 à 60 minutes par minute en utilisation « normale » (c'est-à-dire pas à plein régime), cependant de nombreux facteurs différents doivent être pris en compte dans les deux cas.
  • Contrôleur de vol: Tous les contrôleurs ne sont pas capables de piloter tous les types d'avions. Avant de choisir l'un des quelques-uns, assurez-vous que le type d'avion qui vous intéresse est pris en charge par le contrôleur de vol (si vous aviez l'intention d'en utiliser un). La configuration d'un contrôleur de vol ne sera pas abordée dans cet article.

Types communs d'UAV / Drone Wing

Il existe de nombreuses cellules différentes utilisées pour construire des drones, mais certaines conceptions sont utilisées beaucoup plus souvent que d'autres. Alors que de plus en plus de fabricants commencent à produire des cadres aérodynamiques personnalisés pour une utilisation autonome, des pièces inutiles telles que la disposition du cockpit, par exemple, qui se trouvaient généralement sur les avions RC dans le passé, disparaissent.

Delta Wing

L'aile volante est de loin la plus simple (et peut-être la plus populaire) conception. Un cadre simple / rudimentaire peut être fabriqué en utilisant de la mousse de polypropylène expansé (EPP) peu coûteuse et un profil aérodynamique de base Kline-Fogleman (Kline-Fogleman ou KFm). Ils n'ont traditionnellement que deux surfaces de contrôle, ce qui signifie que tous les virages sont effectués avec des rouleaux. L'hélice est généralement à l'arrière (permettant de monter la caméra à l'avant), mais elle vole de la même manière avec le moteur au centre ou à l'avant, à condition que le centre de gravité soit correct. Superbe construction pour sa simplicité et a tendance à voler à grande vitesse.

Planeur / Planeur motorisé

Si vous voulez rester en l'air le plus longtemps possible (c'est-à-dire le temps de vol le plus long), ce la conception est le meilleur choix. Typiquement, il peut avoir une aile moyenne ou haute, et la queue est souvent en forme de T ou de V. Tous les cadres présentés ici peuvent être utilisés pour des vols amusants (ou plus), cependant, si vous voulez que le drone reste en l'air le plus longtemps possible, vous devez envisager un avion avec une grande aile, et c'est là que se trouvent les planeurs. excellent. Ils ne sont pas conçus pour être les plus rapides (plutôt les plus lents) et transporter le plus de charge utile (ils doivent être aussi légers que possible), mais une bonne conception peut rester en l'air pendant des heures. Presque tous ont une hélice installée à l'avant, donc dans les cas où une caméra est nécessaire, elle est généralement montée sur la face inférieure/ventre du fuselage.

"Skywalker"

interfèrent, situé juste en dessous. L'aile est généralement trapézoïdale ou rectangulaire. Une conception alternative utilise deux flèches pour soutenir la queue (une de chaque côté de l'hélice, type " Twin Boom

Standard

Les avions RC conventionnels sont encore fréquemment convertis pour être utilisés comme drones, avec des conceptions allant des Mustangs (Sport) au Piper Oursons (entraîneur). Presque tous ont une hélice montée à l'avant (tirant ou extracteur). Les ailes ont généralement un bord d'attaque/de fuite droit (rectangulaire), mais pour les lances de chasse, l'aile peut être plus trapézoïdale. De telles conceptions sont les plus couramment utilisées car ce sont les avions RC les plus courants et les plus facilement disponibles. Malheureusement, les avions ne sont pas adaptés à la modification et comprennent des éléments esthétiques qui ne sont pas nécessaires lorsqu'ils sont utilisés comme drones. De plus, ce n'est pas la conception la plus pratique en termes de choix d'un endroit dégagé pour l'installation de la caméra. La plupart sont à base de bois qui ne pardonne pas les accidents.

Personnalisé

Plusieurs modèles personnalisés sont disponibles, dont le "Drak" (delta presque inversé). Cette conception particulière a des ailes dans une position balayée presque vers l'avant et une hélice à l'arrière. Les avantages et les inconvénients varient d'un modèle à l'autre, bien que leur apparence unique attire souvent beaucoup d'attention.

Taille

Quelle devrait être la taille de votre avion? Un critère qui détermine le futur mode de transport, auquel on se réfère souvent avant même l'usage. Les avions sont (presque) toujours plus gros que les multicoptères, et comme l'espace que vous prévoyez de voler peut ne pas être près de votre domicile ou de votre entreprise, la plupart du temps, le transport devra se faire en voiture. Pour cette raison, la taille du cadre de ce type de drones a tendance à être limitée à 2 mètres (envergure), et dans la plupart des cas, les ailes doivent être détachables. Si l'aile volante ne peut pas avoir d'ailes détachables, l'envergure des ailes sera inférieure à 1,2 mètre afin qu'elles puissent facilement être placées sur la banquette arrière d'un véhicule. Classiquement, les avions RC de taille standard ont une envergure de 0,5 à 2 m, la disponibilité des pièces pour cette taille (moteur, ESC, batterie, servos, etc.) est donc très bonne.

Durée de vol

La deuxième question que vous pourriez vous poser est de savoir combien de temps l'avion doit rester en l'air. Si vous envisagez de contrôler l'avion à distance, il convient de noter qu'après environ 20 à 30 minutes de pilotage, la plupart des gens se fatiguent physiquement / mentalement et essaient de terminer le vol. Pour les vols de longue durée, il est recommandé d'envisager un planeur d'au moins 2 mètres d'envergure (avec une faible charge utile).

Application

Et la troisième considération, bien sûr, est l'application potentielle. La liste des courants: vol FPV, cartographie, ainsi que vol entièrement autonome à l'aide de capteurs. Pour un vol autonome, il faut un contrôleur de vol GPS, et il est également possible d'ajouter des capteurs.

Types de kits

Concevoir un avion sur mesure est rarement une priorité pour ceux qui veulent juste décoller à la première personne ou en vol autonome. car cela nécessite généralement soit des recherches sérieuses, soit une connaissance adéquate de l'aérodynamique. Pour cette raison, les cadres conçus spécifiquement pour les FPV / UAV deviennent de plus en plus populaires. Cependant, étant donné la popularité généralisée des avions RC conventionnels, de nombreux passionnés se tournent toujours vers les modèles RC existants (pas nécessairement des modèles réduits) et les adaptent pour une utilisation FPV / autonome.

RTF (Ready to Fly) - ce kit comprend tout ce dont vous avez besoin pour utiliser le produit aux fins prévues et, en règle générale, il comprend un cadre entièrement assemblé (pour une livraison plus compacte, les ailes peuvent être démontées) avec farce de travail pré-installée (moteur, ESC, servos, volets, etc.), ainsi qu'un émetteur et un récepteur, une batterie et un chargeur. Habituellement, vous connectez le fuselage à l'aile (ou aux ailes), chargez, installez et connectez la batterie, et vous êtes prêt à voler. C'est le moyen le plus rapide de s'envoler, mais en même temps, ces kits ne permettent pas les mises à niveau ultérieures.

BNF (Bind and Fly) - Le drone est livré presque entièrement monté (pour une livraison plus compacte, les ailes peuvent être démontées). Le kit ne comprend pas de récepteur/émetteur. L'assemblage est très rapide étant donné que toutes les pièces sont déjà assemblées/assemblées. Vous devrez connecter le récepteur aux servos et au groupe motopropulseur, installer la batterie et vérifier le CG (centre de gravité), puis parcourir la liste de contrôle avant le lancement du vol, effectuer l'étalonnage. Veuillez noter qu'il peut être nécessaire de personnaliser votre équipement de contrôle pour ce modèle de drone. C'est le deuxième moyen le plus rapide de s'envoler.

PNF (Plug and Fly) - l'avion est en grande partie entièrement assemblé (pour une livraison plus compacte, les ailes peuvent être démontées). Le kit comprend des ESC, des hélices et des servos. Le kit ne comprend pas d'émetteur, de récepteur, de batterie ou de chargeur. Vous devrez connecter le récepteur aux servos et au groupe motopropulseur, sélectionner et installer la batterie (vérifier le CG), puis parcourir la liste de contrôle de lancement avant le vol, effectuer l'étalonnage. Veuillez noter qu'il peut être nécessaire de personnaliser votre équipement de contrôle pour ce modèle de drone.

PNP (Plug and Play) - Identique au kit PNF.

ARF (Almost Ready to Fly) - les produits dans cette configuration incluent généralement un cadre et du matériel. Fourni partiellement assemblé avec pratiquement toutes les pièces / composants du cadre nécessaires pour assembler le cadre. Une certaine adhérence peut être nécessaire. L'utilisateur doit choisir son propre émetteur, récepteur, moteur, ESC, hélice et servos car ils ne sont pas inclus.

KIT - De nos jours, les avions KIT incluent des plans d'assemblage, mais il faudra beaucoup de temps avant que l'avion ne soit digne de voler. Il est recommandé d'avoir une certaine expérience de vol avant de piloter un avion KIT, car un accident (généralement lors du premier vol) peut entraîner de nombreuses heures de récupération d'UAV.

DIY (Do It Yourself ou construit à partir de zéro) - ce qui, en parlant d'avion, signifie généralement une conception complètement non standard, qui peut avoir été conçue par le pilote. Habituellement, le concepteur doit sélectionner tous les composants appropriés, et souvent l'assemblage se fait par essais et erreurs.

Construction

Il existe de nombreux matériaux différents utilisés pour créer le cadre, les ailes et la queue des avions / drones RC. Alors que les avions pilotés utilisent souvent de la fibre de verre, de l'aluminium et même de la fibre de carbone, les fabricants d'UAV n'utilisent pas encore de tels matériaux dans les petites embarcations. Voici les matériaux les plus courants que vous trouverez dans l'industrie:

EPO (Expanded PolyOlefin) - Ce type de mousse est léger, plus rigide et plus résistant que le polystyrène expansé (EPS). Lors de la fabrication de moules, cela permet d'obtenir une surface assez lisse. En cas d'accident, cette mousse est comprimée, et si la force est excessive, les points les plus faibles seront sujets à la destruction. En règle générale, les pièces en EPO restent intactes, et si l'accident n'est pas grave, les éléments endommagés peuvent être recollés ultérieurement.

EPP (Expanded PolyPropylène) - Ce type de mousse est flexible et élastique, et bien que légèrement plus lourd que l'EPO, il est pratiquement indestructible (à des fins pratiques).

EPS (polystyrène expansé) - Ce type de mousse est couramment utilisé comme matériau d'emballage pour les téléviseurs, les appareils électriques, dans la fabrication de casques, à l'intérieur des glacières et pour la construction de routes et de maisons. L'EPS contient environ 95-98% d'air.

Bois de balsa - Dans le passé, la plupart des avions RC utilisaient le balsa comme matériau principal. Il s'agit d'un bois incroyablement léger, mais néanmoins robuste et facile à travailler, parfaitement adapté aux cadres, aux ailes et aux empennages. Un soin et un temps incroyables doivent être investis pendant la construction, et même les coups les plus légers peuvent causer de graves dommages au cadre (des accidents plus graves entraînent une destruction complète).

Plastique soufflé - Le processus de moulage par soufflage du plastique implique une filière fermée dans laquelle le plastique semi-fondu est soufflé puis refroidi pour conserver sa forme. Le résultat est une coquille creuse solide. Le plastique soufflé est le plus souvent utilisé pour créer un fuselage (par opposition aux ailes), après fabrication l'utilisateur doit faire les découpes appropriées. Les structures / kit soufflés peuvent également inclure du balsa prédécoupé comme renfort. Le plastique soufflé peut résister à de légers impacts et a tendance à se bosseler plutôt qu'à s'effondrer.

Plastique sous vide - Le processus de formage sous vide consiste à chauffer une fine feuille de plastique à un point tel qu'elle devienne flexible mais pas complètement fondue, et à la placer sur le matrice; alors qu'il reste flexible, l'air entre la matrice et la feuille est éliminé (c'est-à-dire pompé), ce qui fait que la feuille prend sa forme. Le plastique refroidit et une forme tridimensionnelle est découpée dans le matériau environnant. Il existe de nombreux types de plastiques qui peuvent être formés sous vide et leurs propriétés peuvent varier. Le polycarbonate est un bon compromis entre poids et résistance aux chocs.

Plastique ondulé - bien que peu d'avions l'utilisent pour le fuselage ou les ailes, il est souvent utilisé pour rigidifier les portes ou partout où des surfaces planes sont nécessaires. Le plastique ondulé ressemble au carton ondulé, uniquement en plastique. Il est très résistant aux chocs et aux chocs, facile à travailler sans outils spéciaux et très élégant (aérodynamique).

Quel matériau est le meilleur?

Alors quel matériau choisir pour l'avion? La grande majorité de la communauté FPV utilise de la mousse EPO car:

  • Par rapport au balsa, elle prend exponentiellement moins de temps d'assemblage et s'élève donc plus rapidement dans l'air.
  • Relativement léger par rapport à d'autres matériaux et assez résistant*, mais peut être facilement modifié/coupé.
  • « Pardonneur », en ce sens qu'il est capable de résister aux accidents et aux petits chocs, et peut également être recollé plusieurs fois; et encore en vol.
  • Bonne qualité; Les modèles en mousse sont assez chers car le concepteur doit compenser le coût de la structure, des prototypes et du moule, et le coût du cadre est généralement proportionnel à sa taille.
  • Ne nécessite pas d'outils spéciaux tels qu'un fer à repasser chauffant.
  • La plupart des cadres complets comprennent les composants de base requis (les modèles en balsa nécessitent souvent l'achat supplémentaire de stratifié, de la plupart des éléments de quincaillerie, etc.).

*Les modèles en mousse sont rarement assez rigides seuls, et afin de supporter les charges agissant sur les ailes en vol, les ces derniers nécessitent des renforts supplémentaires sous forme de « longerons » (tiges longues et fines, généralement en fibre de verre ou en fibre de carbone) pour augmenter la rigidité. Ces longerons, conçus, doivent être collés à divers endroits stratégiques, aussi bien au-dessus qu'en dessous de l'aile (collés dans les canaux prédécoupés). La taille des modèles en mousse, en règle générale, ne limite que l'aspect pratique, c'est pourquoi il est assez rare de voir des modèles d'une envergure supérieure à 2 m.

Construire

  • Mousse: Il est important de noter que toutes les colles ne peuvent pas être utilisées pour coller la mousse, car certaines des colles existantes peuvent corroder et détruire le matériau. Les adhésifs les plus couramment utilisés pour coller la mousse EPO sont Goop (nom de marque) et Gorilla Glue (nom de marque). Goop est transparent et a une consistance épaisse et une excellente adhérence. Gorilla Glue - nécessite un peu d'eau pour s'activer, la consistance initiale est épaisse. Après interaction avec l'eau, il mousse jusqu'à environ 400% de sa taille d'origine et a une couleur jaune. La colle Gorilla peut être coupée aux endroits où elle est indésirable, mais il est nécessaire d'éviter que la colle ne coule dans des zones où elle ne devrait pas l'être (par exemple, à l'aide de ruban de masquage), et après application, les pièces fixées doivent être immobiles tandis que le la colle se dilate et durcit. La mousse est généralement coupée avec un couteau tranchant, un pistolet à souder (par opposition à un fer à souder) ou un fil chauffant. La scie à main a tendance à casser la mousse et à laisser une surface très rugueuse. Les avions en mousse sont souvent blancs, rarement noirs et encore moins souvent gris ou d'autres couleurs. La personnalisation de l'apparence consiste à ajouter de la couleur ou des motifs qui peuvent être réalisés à l'aide de peinture spéciale, de stratifié ou de vinyle. Veuillez noter que toutes les peintures ne conviennent pas pour colorer la mousse, certaines peuvent la détruire.
  • Balsa: La colle cyanoacrylate est le plus souvent utilisée pour coller le bois de balsa - généralement un liquide visqueux (presque comme de l'eau), fournit une liaison très forte entre les surfaces à coller. Une fois que le cadre est prêt, il doit être recouvert d'un stratifié (feuille de plastique avec adhésif thermocollant sur une face) pour créer une surface aérodynamique. Le film de plastification est chauffé / appliqué avec le fer à plastifier, fournissant une surface ferme / dure à la sortie. Le stratifié ne convient que pour le collage sur du bois de balsa - il ne peut pas être utilisé pour créer des formes 3D.
  • Composites: ​​​​Il est encore rare de voir des matériaux composites utilisés pour créer de petits avions (fibre de carbone). Ces pièces sont à base de résine époxy (ou liant spécial) et sont plus difficiles à découper à la main, le plus souvent une fraiseuse CNC est nécessaire. La création de formes 3D est également assez complexe. Les avions utilisent généralement des composites pour le renforcement.

Puissance

  • La centrale électrique de l'avion se compose d'un moteur, d'une hélice (hélice), d'un ESC et d'une batterie... Le choix des bonnes pièces pour un cadre ne doit pas être une "hypothèse" et il est préférable de voir si le fabricant du cadre a des recommandations concernant le moteur, l'hélice ou la plage pour une charge utile donnée.
  • De nos jours, la plupart des passionnés se tournent vers les moteurs électriques plutôt que les carburants (comme le kérosène) en raison de leur coût de possession le plus bas et de leur facilité d'utilisation. L'énergie solaire est rarement utilisée car la puissance fournie par l'énergie solaire, comparée au poids supplémentaire des panneaux solaires (qui servent à charger les batteries), n'est toujours pas bénéfique.
  • Sélectionnez une combinaison moteur/hélice capable de fournir la poussée requise pour votre parapente à une charge particulière. Plusieurs fabricants de planeurs proposent un certain nombre d'exigences de poussée basées sur leurs propres expériences pour donner une idée générale de la plage requise.
  • Une puissance de l'avion insuffisante peut entraîner une instabilité ou un crash. Un avion surchargé peut être complètement instable en vol. Étant donné que presque toutes les technologies utilisées pour créer des drones proviennent de l'industrie de la radiocommande, il existe de nombreuses informations sur le choix de la bonne poussée et des servocommandes pour diverses applications.
  • Centre de masse: Le centre de masse est le point autour duquel le cadre peut être placé de sorte que le poids soit le même de tous les côtés. Rapport centre de levage/couple. C'est le point où toute la portance générée par les ailes et les surfaces de contrôle est ajoutée, généralement au point le plus élevé de la voilure. Il est souhaitable que le centre de masse corresponde au centre de la force de levage.

Lancement / Atterrissage

  • Lancement / Atterrissage de piste: pour utiliser le piste, le drone a besoin de roues, et la piste doit être aussi plate et parfaitement pavée que possible.
  • Déclenchement manuel: Il existe deux méthodes principales de déclenchement manuel: le balancement à la main ou le balancement au-dessus de la tête. La méthode de balayage est similaire au lancement d'un disque (ou au jet de pierres dans l'eau) où l'opérateur essaie d'accélérer le drone à la vitesse maximale en utilisant la vitesse angulaire. Alternativement, il existe une méthode aérienne où l'opérateur lance l'avion vers le haut (de préférence avec un deuxième opérateur / assistant).
  • Lancement de la catapulte: Pour accélérer le drone le plus rapidement possible, une catapulte utilise l'une des différentes méthodes: un câble élastique, un treuil ou même de l'air comprimé. Les catapultes ne sont pas faciles à transporter et nécessitent des investissements et des diagnostics supplémentaires.
  • Prise en main: Il n'est pas difficile d'attraper un petit drone avec la main, à condition que l'hélice ne tourne pas, mais d'une manière ou d'une autre, la méthode nécessite une certaine habileté.
  • Atterrissage: La méthode d'atterrissage la plus couramment utilisée est un atterrissage sur patins sur une surface convenablement plane comme de l'herbe. Cette méthode est pertinente car de moins en moins de drones ont un train d'atterrissage (et la piste n'est pas disponible), obligeant l'avion à se poser simplement sur n'importe quel avion possible. Habituellement, avant de voler, le pilote trouve un site d'atterrissage approprié. Idéalement, l'avion devrait avoir des plaques de protection remplaçables en raison de l'usure progressive.
  • « Capture » ​​en réseau: Bien que cette méthode d'atterrissage soit le plus souvent utilisée par les militaires pour les petits drones, l'utilisation d'un filet pour attraper un drone est très efficace là où les autres méthodes d'atterrissage sont difficiles. Cela étant dit, la mise en place d'un système en réseau prend du temps et d'autres types de plantation sont préférables pour la plupart des passionnés.
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