Dispositif et principe de fonctionnement d’un quadrocoptère

De nos jours, l'idée d'un drone est bien connue d'un vaste public de jeunes. Ces gadgets pratiques sont utilisés dans divers domaines professionnels. Actuellement, les drones sont utilisés pour le tournage de programmes télévisés, remplaçant les coûteuses suspensions robotisées des caméras. Mais comment est structuré un tel appareil ?? Pour ceux qui ne sont pas encore familiarisés avec la construction et le fonctionnement d'un quadcoptère, nous allons donner une brève explication.

Petite explication des concepts

Qu'est-ce qu'un quadrocoptère ou un multicoptère ?? Il s'agit d'un appareil volant qui utilise plusieurs sources de puissance de levage, telles que des hélices ou des moteurs à réaction. Un quadrocoptère se compose de quatre moteurs, tandis qu'un multicoptère peut avoir jusqu'à 12 moteurs. La structure d'un quadcoptère est robuste et peut être construite à l'aide de matériaux légers. Cette réduction de poids permet d'obtenir une plate-forme matérielle plus rationalisée, ce qui se traduit par une autonomie et une fonctionnalité accrues de l'appareil. Actuellement, les quadrocoptères ont la particularité d'être les plus simples en termes de programmation des mouvements et de construction technique.

Principes généraux de construction

Un quadrocoptère avec caméra, ou modèle de base, est construit autour d'un cadre solide, qui constitue l'élément principal de sa structure. Les pattes du quadrocoptère sont placées aux coins du cadre et des moteurs y sont fixés. Pour faciliter la tâche de l'utilisateur, certains quadrocoptères utilisent des blocs rotatifs à ces jonctions. Ces genoux rotatifs permettent non seulement d'établir un contact électrique, mais offrent également la possibilité d'un pliage compact, ce qui facilite le transport de l'appareil par son propriétaire. Afin de faciliter l'atterrissage, les glissières sont fixées sur la face inférieure du cadre. La conception de ces glissières peut varier considérablement. Les quadrocoptères haut de gamme ressemblent à des hélicoptères, avec des glissières métalliques robustes. Les quadrocoptères haut de gamme ressemblent à des hélicoptères, avec des glissières métalliques robustes ; en revanche, les modèles plus économiques peuvent n'avoir que de minces embouts en caoutchouc directement collés au cadre.

Conseil : si vous avez besoin d'un quadrocoptère pour des tâches spécifiques impliquant un positionnement précis et un atterrissage sur une surface irrégulière, il est conseillé d'opter pour un modèle aux jambes fines.

Le cadre de puissance a également une fonction décorative. Il s'agit de l'élément le plus important de la structure, qui façonne l'aspect général du quadrocoptère. Chaque fabricant s'efforce de rendre son appareil non seulement fonctionnel, mais aussi esthétique, élégant et attrayant pour les acheteurs potentiels au premier coup d'œil. En conséquence, les cadres sont fabriqués dans des formes variées, souvent avec des dimensions qui n'indiquent pas nécessairement la taille des composants internes.

Comment il vole

• Le quadrocoptère commence son vol en démarrant simultanément tous ses moteurs ;
• Il change de direction en s'inclinant latéralement et en modifiant les révolutions de la paire de moteurs gauche et droite ;
• Pendant la descente, la force de portance générée par le quadrocoptère est inférieure à son poids ;
• Pour prendre de la vitesse en ligne droite, le quadrocoptère ajuste les modes de fonctionnement de sa paire de moteurs avant et arrière.

D'après les points mentionnés ci-dessus, il est évident que le quadrocoptère fonctionne selon le même principe que les hélicoptères. Cependant, au lieu d'incliner l'arbre de la pale, le quadrocopter utilise la différence des indicateurs de flux d'air sur ses côtés pour générer une force latérale.

Il peut être difficile de comprendre comment le quadrocoptère tourne sur place. Toutefois, un gros hélicoptère peut nous éclairer sur ce point. Dans un grand hélicoptère, la pale principale tourne dans un sens, mais transmet le couple au corps dans le sens opposé. L'hélicoptère est doté d'une pale sur la queue pour une meilleure stabilisation, ce qui permet de compenser toute rotation parasite.

Le quadrocoptère fonctionne selon un principe similaire en ce qui concerne la rotation. Il utilise quatre hélices qui fonctionnent par paires, chaque paire ayant des pales jumelées qui tournent dans des directions différentes. Ces paires d'hélices sont conçues pour générer des moments égaux et opposés au même régime. Lorsque le drone doit tourner autour de son axe, une paire d'hélices diminue le régime du moteur, créant un couple qui fait tourner l'ensemble de la structure.

Les principaux éléments fonctionnels

La conception du quadrocoptère est relativement simple. Le cadre de puissance est enfermé dans un boîtier décoratif et se compose des éléments suivants :

• batterie lithium-ion ;
• les composants électroniques ;
• des modules radio et des émetteurs de signaux de télécommande ;
• l'unité de capteurs ;
• blocs de conversion de tension ou de fréquence.

Les éléments les plus visibles du quadrocoptère se trouvent sur les jambes distantes, qui sont les moteurs électriques. Selon la classe du modèle, ces moteurs peuvent être des produits à commande par fréquence sans collecteur. Dans les quadrocoptères plus simples, on utilise des moteurs collecteurs classiques, dont les arbres sont munis de pales qui créent un flux d'air descendant.

Un rembourrage intelligent

Selon le point de vue des experts en aérodynamique, même un objet aussi lourd qu'une brique peut s'envoler. Le quadrocoptère est un excellent exemple de cette notion. Ce modèle particulier est entièrement contrôlé par l'électronique. Sans eux, obtenir un comportement prévisible de l'appareil volant dans les airs serait une tâche insurmontable.

Le gyroscope joue un rôle essentiel dans le fonctionnement du système de commande électronique du quadrocoptère. Ce capteur est responsable de la détermination du roulis de l'aéronef en vol. Le gyroscope est un instrument de mesure qui permet de réguler le fonctionnement des moteurs et d'assurer la stabilité de l'hélicoptère pendant le vol. Les gyroscopes de pointe ont la capacité de détecter les changements de position de la structure dans les six degrés de liberté.

Les autres capteurs du système jouent un rôle important. Ce sont ces capteurs qui permettent un contrôle pratique de la machine volante et une fonctionnalité utile.

1. L'accéléromètre joue un rôle crucial dans le contrôle du déplacement du drone. Avec le contrôle de l'accélération, le drone est capable de rester en vol stationnaire à un point précis défini par l'opérateur tout en maintenant l'altitude. Les modèles haut de gamme peuvent même suivre les déplacements causés par le vent et revenir à leur position initiale.
2. Le baromètre est un capteur extrêmement utile pour les drones ayant une bonne hauteur de levage et une bonne autonomie. L'opérateur n'a qu'à régler l'altitude de vol souhaitée (minimum ou maximum) ou le vol stationnaire.
3. Sonar. La combinaison d'un émetteur et d'un récepteur à ultrasons, que l'on trouve dans les modèles haut de gamme, minimise efficacement le risque d'accident. Le drone est capable de contrôler de manière autonome son processus d'atterrissage, d'éviter les obstacles et de s'arrêter avant d'atteindre les murs. Le sonar peut également fonctionner en conjonction avec un accéléromètre pour mesurer avec précision la hauteur de vol stationnaire.
4. Module GPS. Cette fonction se trouve généralement dans les drones récréatifs spécialisés ou haut de gamme. En utilisant les signaux de ce capteur, le drone est capable de déterminer sa position précise. L'opérateur a la possibilité de programmer la trajectoire de vol, de créer un mode patrouille et bien plus encore.
5. caméra. De nos jours, la demande pour ce type d'appareils ne cesse d'augmenter. Les caméras avancées, qui consomment peu d'énergie, peuvent fournir des images d'une excellente clarté. Selon la gamme de prix du quadcoptère, différentes fonctionnalités sont disponibles. La caméra aérienne peut avoir une capacité de vision fixe vers l'avant ou être équipée d'une fonction polyvalente de rotation et d'autofocus.

Chaque information produite par les capteurs est analysée par un processeur central. La plupart des fabricants de drones fiables développent leurs propres solutions personnalisées. Dans les drones bon marché, des puces de base sont installées et l'ensemble du programme est codé en dur, ce qui empêche toute modification.

Les modèles haut de gamme sont dotés d'une mémoire flash. L'utilisateur a la possibilité de programmer le drone dans une certaine mesure, en configurant des modèles de comportement, des trajectoires de vol et d'autres paramètres.

Commandes du quadrocoptère

Une fois que la structure et le vol d'un quadrocoptère ont été expliqués en détail, il convient de s'intéresser à l'opérateur. La machine volante doit être contrôlée, et il est essentiel de le faire de manière confortable, pratique et précise. De nombreuses options sont aujourd'hui disponibles pour les opérateurs.

1. Une télécommande radio permet d'ajuster la hauteur et la rotation d'un drone, mais n'a pas la capacité de fournir un retour d'information. Cet appareil est équipé de deux manettes séparées pour contrôler respectivement l'altitude et les virages. En outre, il comprend divers boutons de fonction tels que le vol stationnaire, l'atterrissage automatique et le virage. Le principal avantage de cette radiocommande est sa grande portée, tandis que son inconvénient réside dans la possibilité d'interception ou de brouillage du signal.
2. Un smartphone est nécessaire pour faire fonctionner le drone, qui ne peut être contrôlé que dans le rayon d'action de l'émetteur WiFi. La portée des smartphones ordinaires peut atteindre 100 mètres sans aucun obstacle sur le trajet du signal. Toutefois, s'il existe une réception stable du réseau sans fil des fournisseurs d'accès internet mondiaux dans la zone de vol, la portée du vol contrôlé du drone peut être illimitée. En outre, les programmes de contrôle des smartphones peuvent recevoir le signal vidéo de la caméra du quadcoptère.

Il est important de noter que les drones à usage spécifique disposent de leurs propres programmes, ce qui permet d'obtenir un retour d'information maximal. Ces complexes permettent non seulement de créer des programmes de vol et des descriptions de tâches, mais aussi de fournir des données en temps réel sur leur exécution. En outre, ils sont capables d'afficher le flux en direct de la caméra du drone.

Sur le marché actuel, il est facile d'acheter des drones de différentes classes. Ils vont des jouets bon marché de la taille d'une paume de main, conçus pour le divertissement en intérieur et équipés d'une webcam et d'une connectivité avec un smartphone, aux modèles plus coûteux et très fonctionnels dotés d'une capacité de charge utile. L'essentiel est de déterminer avec précision les tâches requises et d'être prêt à investir en conséquence.

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