Introduction

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La réglementation définit des classes de drones. Chaque classe de drone fixe un certain nombre de critères qui constituent un cahier des charges destiné à l’industrie.

Les fabricants de drones sont chargés de respecter ces critères afin d’apposer une étiquette de classe sur leurs appareils.

 

Le marquage de classe des drones offre l’assurance que le drone possède les caractéristiques techniques nécessaires au respect des usages prévus par la réglementation.

Voici un récapitulatif des points importants à retenir au sujet de ces classes de drones :

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Rappel de définition
 
Géovigilance : une fonction qui, sur la base des données fournies par les États membres, détecte une violation potentielle des limites de l’espace aérien et en alerte les pilotes à distance, afin que ces derniers puissent agir de manière immédiate et efficace pour éviter cette violation.

Géocaging (géobarrière) : Le moyen d’empêcher l’UA de franchir les limites horizontales et verticales d’un volume d’exploitation programmable.

Identification directe à distance : un système qui garantit la diffusion locale d’informations sur un aéronef sans équipage à bord en exploitation, avec notamment le marquage de l’aéronef sans équipage à bord, le but étant que ces informations puissent être obtenues sans avoir physiquement accès audit aéronef.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Connaissances techniques communes aux UAS de classe C5 et C6

Fonction de géovigilance (facultative) :

Si un UAS porte une ou plusieurs étiquettes d’identification de classe C5 et/ou C6 et qu’il est équipé d’une fonction de géovigilance, il doit satisfaire aux exigences techniques relatives à la fonction de géovigilance de classe C3 en fournissant:

• – une interface permettant de charger et de mettre à jour les informations relatives aux limitations de l’espace aérien par rapport à la position et à la hauteur de l’UA

• – un signal d’alerte au pilote à distance lorsqu’une violation potentielle des limitations de l’espace aérien est détectée

• – des informations au pilote à distance sur le statut de l’UA

• – un signal d’alerte lorsque ses systèmes de positionnement ou de navigation ne peuvent pas assurer le bon fonctionnement de la fonction de géovigilance

La fonction de géovigilance vous alerte, par exemple sur la proximité d’un aérodrome, d’une zone d’exclusion aérienne, d’une zone interdite temporaire, d’une zone réglementée temporaire, etc.

Liaison C2 de commande et de contrôle :

La “liaison C2” est la liaison de données entre l’aéronef sans équipage à bord et l’équipement de contrôle et de surveillance à distance (CMU) aux fins de la gestion du vol (liaison entre le drone et sa radiocommande).
Cette liaison est essentielle pour le contrôle en temps réel de l’UAS et pour la transmission des données de télémétrie (vitesses, hauteur, coordonnées GPS, orientation, etc.).

Les UAS portant le(s) label(s) d’identification de classe C5 et/ou C6 doivent fournir au télépilote des informations sur la qualité de la liaison C2, comprenant :

• – le moyen de contrôler en permanence la qualité de la liaison de commande et de contrôle

• – une alerte lorsque la liaison est sur le point d’être coupée ou de se dégrader au point de compromettre la sûreté de l’exploitation

• – une autre alerte lorsque la liaison est coupée

 

Connaissances techniques spécifiques aux UAS de classe C5

Configuration de l’UAS : elle peut être celle d’un aéronef à voilure fixe (type avion), uniquement si elle est attachée (aéronef captif).

Vitesse au sol maximale : la vitesse horizontale au sol de l’UAS ne doit pas dépasser 5 m/s en vol palier pour les UAS non captif.

Informations sur la hauteur : fournir des informations claires et concises pendant le vol sur la hauteur de l’UA au-dessus de la surface ou du point d’envol

Système d’interruption du vol (FTS) : fournir un moyen d’interrompre le vol qui :

• – est fiable, prévisible et indépendant du système de guidage et de contrôle de vol automatique. Cela s’applique également à l’activation de ce moyen

• – doit forcer la descente de l’UA et empêcher son déplacement horizontal motorisé

• – réduit l’effet de la dynamique d’impact de l’UA (un parachute par exemple)

• – est décrit dans le manuel d’utilisation de l’UAS ou du kit de conversion d’un UAS de classe C3

 

Connaissances techniques spécifiques aux UAS de classe C6

Vitesse au sol maximale : la vitesse horizontale au sol de l’UAS ne doit pas dépasser 50 m/s en vol palier.

Informations sur l’UA : fournir des informations claires et concises sur la position géographique de l’UA, sa vitesse et sa hauteur au-dessus de la surface ou du point d’envol.

Fonction de geocaging : fournir le moyen d’empêcher l’UA de franchir les limites horizontales et verticales d’un volume d’exploitation programmable. Une description de la fonction de geocaging doit être incluse dans le manuel d’utilisation de l’UAS.

Système d’interruption du vol (FTS) : fournir un moyen d’interrompre le vol qui :

• – est fiable, prévisible et indépendant du système de guidage et de contrôle de vol automatique et indépendant du geocaging. Cela s’applique également à l’activation de ce moyen

• – doit forcer la descente de l’UA et empêcher son déplacement horizontal motorisé

• – est décrit dans le manuel d’utilisation de l’UAS

Estimation de la distance parcourue après activation du FTS : le manuel d’utilisation de l’UAS doit fournir la distance la plus probable restant à parcourir par l’UA après l’activation du moyen d’interrompre le vol.
La zone tampon pour la prévention des risques au sol du scénario STS-02 doit couvrir au moins cette distance.

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FICHE PEDAGOGIQUE

Connaissances générales d’un UAS

1. Notions de mécanique du vol

Tout UAS évolue dans un repère local centré sur son centre de gravité et défini par trois axes de référence :

- Le roulis : axe longitudinal autour duquel tourne l’UAS lors d’une mise en virage ;

- Le tangage : axe latéral autour duquel tourne l’UAS lors d’une mise en montée ou en descente. L’angle

entre l’axe de l’UAS et l’axe horizontal s’appelle l’assiette ;

- Le lacet : axe vertical autour duquel tourne l’UAS pour en modifier l’orientation (le cap).

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En vol, quatre forces s’exercent sur l’UAS: la portance, la traînée, la traction et le poids.

Sur un hélicoptère, la rotation du rotor principal crée un couple de réaction dans le sens contraire à celui de la

rotation du rotor. Sans compensation, ce couple provoque la rotation de la cellule de l’hélicoptère sur elle-même.

Cette rotation est annulée par l’action du rotor anti-couple situé à l’arrière de l’hélicoptère. Sur un UAS de type

multirotor, le même phénomène est créé par chaque rotor. En utilisant des sens de rotations différents pour la

moitié des rotors, les couples résistants s’annulent deux à deux, ce qui permet de stabiliser l’UAS en rotation.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pour un UAS de type « multirotor » :

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- En réduisant la vitesse de rotation des moteurs avant et en augmentant la vitesse de rotation des moteurs

arrière, l’UAS tourne autour de son axe de tangage, s’incline vers l’avant, ce qui a pour effet de le faire

avancer.

- En réduisant la vitesse de rotation des moteurs gauche et en augmentant la vitesse de rotation des

moteurs droit, l’UAS tourne autour de son axe de roulis, s’incline et se déplace vers la gauche.

- En réduisant la vitesse de rotation des moteurs diamétralement opposés, l’UAS tourne autour de son axe

de lacet, ce qui a pour effet de changer sa direction. Ce changement de vitesse de rotation affecte en effet

le couple résistant global (voir plus haut) et provoque la rotation de l’UAS autour de son axe de lacet.​​​​​​​​​​​​

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Au cours d’un vol rectiligne en palier à vitesse constante, pour un UAS de type « voilure fixe » comme pour un

« multirotor » :

- La portance équilibre le poids,

- La traction équilibre la trainée.

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Les conditions météorologiques ou les caractéristiques de l’air (température, densité) peuvent affecter ces forces

et donc les performances de l’UAS. On peut retenir qu’une augmentation de température ou diminution de la

pression (en altitude par exemple) dégradent la portance et diminuent la traînée, toutes choses égales par ailleurs.

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2. Les composants principaux d’un UAS de type « multirotor »

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Les UAS sont des aéronefs dotés de nombreux équipements électroniques nécessaires à sa contrôlabilité et à sa

stabilité. Ce paragraphe vous permettra de découvrir les principaux éléments dont le bon fonctionnement

permettra une exploitation en sécurité de l’UAS.

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Les moteurs électriques

Sur ce type d’UAS, les moteurs assurent à la fois la sustentation et le déplacement de l’UAS. Leur rôle est donc

critique et d’eux dépendent la sécurité de l’UAS (contrairement à un UAS à voilure fixe, un UAS de type multirotors

ne plane pas en cas de panne de moteur).

Les moteurs sont de type brushless (sans contacts) : leur rotation est provoquée par l’alimentation séquentielle

d’électro-aimants fixes qui vont « attirer » chacun leur tour les aimants mobiles en rotation du moteur. Le pilotage

de l’alimentation des aimants est une fonction critique pour garantir le bon fonctionnement des moteurs. Cette

fonction est assurée par l’ESC (Electronic Speed Controller), on en trouve un par moteur.

Les hélices

Entraînées par le moteur, elles assurent la sustentation et les mouvements de l’UAS. Elles sont caractérisées par

leur diamètre et leur pas, deux grandeurs inscrites sur l’hélice avec leur sens de rotation. En effet, les moteurs ne

tournant pas tous dans le même sens (voir plus haut), il convient de prêter attention au bon appariement de l’hélice et du moteur.

La vérification de leur bon état et de leur bon montage lors de la visite pré-vol contribuera à un vol sûr.

L’ESC

L’ESC est le composant assurant la fonction de pilotage de l’alimentation des moteurs pour garantir un

fonctionnement souple et conforme aux ordres du télépilote ou du pilote automatique (fonction de stabilisation).

Le contrôleur de vol

Ce contrôleur assure l’intégration de toutes les données « air » de l’UAS afin d’élaborer des ordres de commandes

aux ESC afin d’assurer la stabilité du vol et convertir les actions du télépilote sur la télécommande en consignes

pour les ESC notamment.

La télécommande

Composant essentiel de l’UAS, elle permet au pilote de contrôler la trajectoire du drone. La liaison avec l’UAS est

assurée à travers des protocoles de communication sur des gammes de fréquences dédiées et autorisées.

Généralement, les informations de commande de la trajectoire sont transmises sur la fréquence de 2,4 GHz. Cette fréquence est commune avec celles utilisées pour le Wi-Fi. C’est pourquoi des interférences entre la

télécommande et le drone peuvent exister lors de vol en zones urbaines et/ou peuplées.

Lorsque le drone est équipé de caméras, le retour vidéo est transmis sur une autre fréquence, en général 5,8

GHz. Cette fréquence plus élevée permet des débits plus importants (nécessaires pour transmettre des images),

en dépit d’une portée moindre par rapport à la fréquence de 2,4 GHz.

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Au cours du vol, le télépilote doit vérifier que le signal est suffisamment fort et que l’UAS est en portée de réception

pour en conserver le contrôle. La force et la qualité du signal sont en général indiquées sur la télécommande de

l’UAS.

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SYSTÈME ÉLECTRIQUE

1 – généralités, définitions

Le programme de l’examen demande aux futurs télépilotes d’avoir des connaissances sur le courant continu. Commençons par définir quelques termes :

Le voltage : c’est la tension (U) d’un courant électrique. La tension est la différence de niveau électrique entre les deux bornes d’un dipôle. C’est en quelque sorte la force qui permet aux « grains d’électricité » (électrons) de bouger. Elle se mesure en volt (V) et s’écrit U dans les formules. Cette tension se mesure obligatoirement entre deux points d’un circuit, avec un voltmètre branché en dérivation.

L’intensité : l’intensité correspond au débit des « grains d’électricité » (électrons) circulant dans le circuit à un moment donné. Elle se mesure en ampère (A) et s’écrit I dans les formules. Cette intensité se mesure obligatoirement en un point du circuit, avec un ampèremètre branché en série.

La résistance : la résistance (R) se mesure en Ohm (Ω). La résistance se mesure avec un multimètre en position ohmmètre (l’ohmmètre se place en « hors circuit » aux bornes d’une résistance). Dans les circuits électroniques utilisés sur nos drones, les résistances permettent d’obtenir des potentiels ou des courants parfaitement déterminés en certains endroits du circuit, ou de permettre de faire varier un courant suivant la demande de l’utilisateur.

La conductivité : la conductivité électrique est l’aptitude d’un matériau à être traversé par un courant électrique, c’est l’inverse de la résistance. Les métaux sont d’excellents conducteurs. Certains matériaux, comme les semi-conducteurs, ont une conductivité qui dépend d’autres conditions physiques, comme la température ou l’exposition à la lumière, par exemple, ces propriétés sont mises à profit pour réaliser des capteurs notamment.

La loi d’Ohm : la loi d’Ohm est le lien entre la valeur R d’une résistance, la tension U à ses bornes et l’intensité I qui la traverse.
Elle a été nommée ainsi en référence au physicien allemand qui l’a énoncée en 1827 et qui a également laissé son nom à l’unité de la résistance électrique : Georg Simon Ohm.
Elle s’écrit : U = R × I
U = tension aux bornes de la résistance, en volt (V).
I = intensité qui traverse la résistance, en ampère (A).
R = valeur de la résistance, en Ohm (Ω).

La puissance électrique : dans un circuit électrique, certains dipôles (les lampes, les interrupteurs, les générateurs, les piles, les diodes, les LED, les résistances et les moteurs sont des dipôles) libèrent de l’énergie alors que d’autres la reçoivent. Pour quantifier cette énergie, on définit la puissance électrique P : c’est l’énergie reçue ou cédée par un dipôle par unité de temps. La puissance s’exprime en watt (W).
Plus la puissance fournie à un dipôle récepteur est grande, plus le fonctionnement de ce dipôle est efficace. Par exemple, si on fournit 5 W à une lampe, elle brillera davantage que si on lui fournit 4 W.

Pour conclure sur ces termes, on retiendra que : Plus la résistance sera grande, plus l’intensité du courant circulant dans le circuit sera faible. On dit que I est inversement proportionnelle à R.

 

2 -montage en série et en parallèle

Il existe deux types de circuits : en série et en parallèle. Un circuit est dit en série lorsque les composants sont reliés les uns à la suite des autres. Par contre, si deux ou plusieurs éléments ont des points en commun, on les dit en parallèle.

Exemple d’un circuit en série :

 

Exemple d’un circuit en parallèle :

 

La compréhension de ces deux types de montage est très importante, notamment dans le chapitre suivant, lorsque nous aborderons le couplage des batteries.

3 -Batteries

Les batteries utilisées sur nos drones sont le plus généralement des batteries LiPo (Lithium-Polymer), elles offrent l’avantage de conserver la même puissance au cours de leur utilisation. Les accumulateurs LiPo ont une tension nominale de 3,7 Volts par élément.

Elles sont moins lourdes que les batteries Ni-Mh ou Li-Ion, et elles conservent leurs charges plus longtemps : une LiPo se décharge peu dans le temps (1% par mois de perte seulement).

 

Si vous mettez 2 éléments de 3,7 Volts 4000 mAh en série, les Volts s’ajoutent : 3,7 + 3,7 = 7,4 Volts. L’ampérage reste à 4000 mAh.

Si vous mettez 2 éléments de 3,7 Volts 4000 mAh en parallèle, les Ampères s’ajoutent :  4000 + 4000 = 8000 mAh. La tension reste de 3,7 Volts.

Quelques notions à bien connaitre concernant les batteries :

• La valeur associé à la lettre « C » d’une batterie LiPo indique la capacité maximum et sans danger de décharge continue de votre batterie.

Si votre batterie indique 20C, cela veut dire que vous pouvez décharger la batterie à une puissance jusqu’à 20 fois la capacité de la batterie de façon continue. La Capacité est habituellement mesurée en mAh.

Exemple :
Cellule 2200mAh 20C = 2,2A x 20 = 44A de décharge maximale en continue.
Cellule 5000mAh 35C = 5A x 35 = 175A de décharge maximale en continue.

• Les lettres S et P (par exemple pour une batterie LiPo 4S3P) :

4S =  4 éléments en série : 4 x 3,7 V = 14,8 Volts.

3P = indique qu’il s’agit de 3 lignes en parallèles.

Il y a donc 12 éléments au total :

 

 

Conseils et pratiques recommandées pour l’usage des batteries et des chargeurs :

Avant de charger une batterie LiPo, inspecter attentivement son emballage pour vous assurer de l’absence de coupures ou de déformation. Si la batterie présente un défaut, vous ne devez pas la charger, même si elle est neuve. Ne jamais charger avec une valeur supérieure à celle préconisée par le fabricant des éléments, ceci peut être dangereux. Il est très important de vérifier constamment l’état de la batterie pendant la charge.

La charge doit être effectuée avec la batterie hors du drone.

Utilisez seulement des chargeurs spécifiques aux batteries LiPo.

Chargez votre batterie dans un sac de protection LiPo.

Ne chargez pas votre batterie sur une surface inflammable telle que de la moquette, du parquet, etc… De préférence, effectuer la charge à l’extérieur d’un local, sur une surface ininflammable du type bétonnée.

Ne jamais laisser la batterie sans surveillance durant la charge. Vous devez toujours être présent au cas ou un problème surviendrait sur la batterie ou le chargeur.

Ne chargez jamais une batterie gonflée, qui a coulé ou endommagée. Se reporter aux instructions concernant la sécurisation des batteries en fin de vie.

Ne chargez pas un pack immédiatement après son utilisation et pendant qu’il est encore chaud. Laisser le refroidir à la température ambiante.

 

ÉQUIPEMENTS OBLIGATOIRES

1 – Les dispositifs de limitation d’espace

Un aéronef télépiloté doit être utilisé en conformité avec les limitations associées à sa navigabilité, les exigences définies par le constructeur et dans les limites du scénario opérationnel autorisé et de la règlementation applicable.

Le télépilote doit s’assurer que l’aéronef reste à l’intérieur du volume maximal défini pour le vol:
– pour les limites horizontales : visuellement ou, en cas de vol hors vue, au moyen des informations de positionnement disponibles sur la station sol ;
– pour les limites verticales : au moyen des informations d’altitude disponibles sur la station sol, ou, pour les aéronefs captifs ne disposant pas d’une information d’altitude ou de hauteur basée sur un capteur barométrique, en utilisant la longueur du moyen de retenue de l’aéronef.

Lorsque l’aéronef sort du volume maximal de vol, le télépilote doit prendre immédiatement les actions nécessaires pour rétablir la sécurité du vol ou, si nécessaire, commander un atterrissage d’urgence par coupure des moteurs et activer le dispositif de protection des tiers si un tel dispositif est requis. Si cette protection est perdue au cours du vol (ex : perte de l’information d’altitude), même si on est bien dans le volume autorisé, la mission doit être interrompue.

a) le limiteur de hauteur :
Afin de ne pas dépasser la limite de hauteur autorisée, qui est variable en fonction du scénario et de la zone où se déroule le vol, il est nécessaire de paramétrer précisément un plafond. Cette limite repose sur une hauteur par rapport au sol, mais est associée à la réception d’une altitude GPS ainsi qu’une altitude barométrique. Il convient donc de connaitre l’altitude de début du vol (la hauteur à laquelle vous êtes par rapport au niveau de la mer) et la limite verticale maximale à laquelle vous pouvez monter.  Les notions de hauteur et d’altitude sont biens distincts (hauteur = distance verticale par rapport à la surface, altitude = distance verticale par rapport au niveau moyen de la mer). La plupart des systèmes de limitations de hauteurs vont faire ce travail pour vous, en intégrant automatiquement votre altitude et en y ajoutant la hauteur d’évolution maximale possible.

b) le limiteur de zone :
Pour évoluer horizontalement, jusqu’aux distances autorisées par votre scénario et/ou par des contraintes environnementales, vous devez disposer d’un système de limitation d’évolution horizontale. La plupart des systèmes proposent de définir un volume maximal, et peuvent intégrer des zones à exclure (présence d’un arbre ou d’une antenne dans le volume du vol par exemple).

Exemple d’une interface de limitations en distance et en hauteur :

 

 

2 – Les dispositifs de protection des tiers et de limitation d’énergie d’impact

a) Obligation d’emport :
En scénario S-3 (vol en vue en agglomération), les drones de masse supérieure à 2 kg et jusqu’à 4 kg, charge utile comprise, doivent être équipé d’un dispositif de protection des tiers (par exemple un parachute).
Pour une masse supérieure à 4 kg et jusqu’à 8 kg, charge utile comprise, ils doivent être dotés d’un dispositif de protection des tiers comprenant:
– une liaison et une alimentation indépendantes;
– un système d’arrêt de la propulsion (moteurs);
– une alarme sonore;
– un système d’éjection ou d’extraction actif (non basé uniquement sur la gravité) si utilisation d’un parachute;
– un système de test de déclenchement du dispositif, au sol.

Les drones d’une masse supérieure à 8 kg, charge utile comprise, sont interdits de vol pour ce type de scénario (S3). Pour mémoire, la hauteur maximum de vol est de 120 mètres et la distance horizontale maximum est de 100 mètres par rapport au télépilote.

Le dispositif de protection des tiers est automatiquement activé dans le cas d’un atterrissage automatique suite à une perte de la liaison de commande et de contrôle, sauf si cet atterrissage automatique peut être programmé de façon à garantir qu’aucun tiers ne se trouve dans la zone de posé.
Exemples pour un aérodyne de plus de 2kg équipé d’un parachute de sécurité :
– si le mode « fail-safe » (gestion de la perte de la liaison de commande) consiste simplement à couper la motorisation : le parachute doit être déclenché automatiquement.
– si le mode « fail-safe » consiste à déclencher un atterrissage contrôlé à la verticale ou après un retour au point de démarrage (« go home »), le parachute de sécurité n’a pas à être déclenché automatiquement.

b) spécifications du dispositif de protection des tiers :
Le dispositif de protection des tiers doit satisfaire aux conditions suivantes :
1) Il limite à 69 joules l’énergie d’impact suite à une chute libre depuis la hauteur maximale d’opération ;
2) Il peut être déclenché sur commande du télépilote même en cas de dysfonctionnement des automatismes embarqués de contrôle de la trajectoire de l’aéronef ;
3) Si ce dispositif est constitué d’un parachute, le temps nécessaire pour son déploiement et la stabilisation de l’aéronef à la vitesse de chute permettant de satisfaire au critère de limitation de l’énergie d’impact ci-dessus entraîne une perte de hauteur de l’aéronef inférieure ou égale à 15 mètres, depuis une position de vol stationnaire ou de vol en palier à vitesse minimale.

 

Scenario S-3, parachute passif à gravité pour drone de 2 à 4 kg. Alimentation séparée avec celle de la coupure des moteurs.

 

 

  Scénario S-3, parachutes actifs pour drone de 4 à 8 kg, à éjection par ressort ou éjection par dispositif pyrotechnique.

Quelque que soit le dispositif de limitation d’énergie d’impact utilisé, il doit être périodiquement vérifié et entretenu suivant les consignes et spécifications du fabricant.

 

3 – Dispositif d’enregistrement des paramètres

Dans le cadre du scénario opérationnel S-2 (hors vue, hors agglomération), un dispositif installé à bord de l’aéronef doit enregistrer les paramètres essentiels du vol, dont au minimum la localisation, l’attitude de l’aéronef, et la qualité du signal de commande et de contrôle, afin de permettre une analyse des 20 dernières minutes de vol.

Notez que l’exploitant doit pouvoir garantir le déchiffrage des données enregistrées. Si le déchiffrage de ces données est seulement réalisable par le constructeur et que celui-ci ne s’est pas engagé à communiquer à l’exploitant ou aux autorités les données déchiffrées, l’objectif règlementaire n’est pas atteint.

 

4 – Dispositif de retour vidéo

En scénario S-2, en plus de disposer d’une information sur le positionnement et le déplacement de l’aéronef, lui permettant de s’assurer en temps réel que l’aéronef ne dépasse pas les limites du volume maximal de vol, le télépilote doit disposer d’un retour vidéo.

La bande passante de ce retour vidéo est en UHF ou SHF (2,4 ou 5,8 GHz) avec des puissances respectivement limitées à 100 mW et 25 mW (milliWatts).

La perte du retour vidéo ou une liaison dégradée entraînant un pilotage compliqué, doit entraîner la mise en œuvre d’une procédure d’atterrissage . Un délai est acceptable entre la perte de la liaison et le moment où l’aéronef se trouve effectivement au sol, pour :
– permettre un rétablissement éventuel de la liaison, et/ou
– retourner à un point défini en début de vol (« go home » / « go to »).

 

SYSTÈME DE PILOTAGE

Différents modes de pilotage

– un aéronef télépiloté évolue sous contrôle « manuel » lorsque sa trajectoire résulte à tout instant de commandes d’un télépilote transmises en temps réel.
– un aéronef télépiloté évolue de manière « automatique » lorsque son évolution en vol a été programmée avant ou pendant le vol et que le vol s’effectue sans intervention d’un télépilote.
– un aéronef évolue de manière « autonome » lorsqu’il évolue de manière automatique et qu’aucun télépilote n’est en mesure d’intervenir sur sa trajectoire.

Pour assurer le guidage dans le plan verticale et dans le plan horizontale, le drone dispose d’informations de vitesse, de positionnement et d’altitude issues principalement du récepteur GPS embarqué, ainsi que de différents capteurs (barométriques, anémométriques, etc…).

Lors de phase de vol automatique, le télépilote doit être en mesure à tout instant de reprendre le contrôle manuel de l’aéronef en cas de panne du système de stabilisation et/ou de guidage décelée.

 

HÉLICES, MOTEURS ET CONTRÔLEURS (ESC)

1 – Hélices – Rotors

Généralement en plastique ou composite, les hélices sont pour la plupart équipées d’un système auto-serrant permettant d’éviter le risque de desserrage de l’hélice au cours du vol. Ce système auto-serrant permet également d’éviter de monter une hélice à l’envers. En effet, les hélices disposent d’un sens de rotation selon qu’elles seront montées sur des moteurs tournant en sens horaire ou anti-horaire (clockwise CW ou counter-clockwise CCW en anglais).

Description d’une hélice :

 

Sur une hélice, les marques reportées (par exemple : 5045) indiquent le diamètre et le pas. Le nombre 5045 se décompose en deux : « 50 » pour 5,0 pouces de diamètre et 45 pour 4,5 pouces de pas. Un pouce (inch) vaut 2,54 cm.

Le pas étant la distance de déplacement de l’hélice pour une rotation complète de celle-ci, un peu comme une vis à qui on ferait faire un tour dans du bois, elle pénètrerait de x pouces dans celui-ci.

On parle également de la corde et de l’angle de calage pour une hélice, la corde étant la ligne qui relie le bord d’attaque au bord de fuite. L’angle de calage est l’angle entre la corde et le plan de rotation, comme ceci :

 

 

On notera que la pale d’une hélice est vrillée sur toute sa longueur (en partant du centre du moyeu et allant vers l’extrémité d’une pale, l’angle de calage diminue progressivement). Ce vrillage permet à l’hélice de fonctionner avec un angle d’incidence relativement constant sur toute sa longueur.

 

 

Le diamètre de l’hélice va conditionner la traction pour faire décoller et voler le drone.

Une hélice de grand diamètre offre d’avantage de portance, il en résultera un vol plus stable mais la puissance nécessaire pour faire tourner l’hélice sera plus importante. Le moteur devra être dimensionné pour encaisser cette demande supplémentaire.
Une hélice de petit diamètre offre moins de portance, entrainant un vol moins stable, mais la puissance nécessaire pour faire tourner l’hélice sera moindre.

On retiendra qu’une hélice avec un grand pas génère une traction plus faible à faible vitesse, mais autorise une vitesse maximale élevée.
Ce sera l’inverse avec une hélice dotée d’un petit pas.

 

2 – Moteurs et contrôleurs

Les moteurs électriques les plus couramment utilisés sur les drones classiques sont des moteurs « brushless » (moteurs sans balais). En effet, le principale défaut des moteurs à courant continu est la présence de balais, qui engendrent des frottements, des parasites, et limitent la durée de vie du moteur par leur usure.

Les bobines sont alimentées de façon séquentielle, ce qui crée un champ magnétique tournant à la même fréquence que les tensions d’alimentation.
L’aimant permanent du rotor cherche à chaque instant à s’orienter dans le sens du champ.

 

Pour que le moteur « brushless » tourne, les tensions d’alimentation doivent être adaptées continuellement pour que le champ reste en avance sur la position du rotor, et ainsi créer un couple moteur.

Les moteurs « brushless » nécessitent d’être pilotés par un contrôleur ECS (ECS pour « Electronic Speed Controllers« ). Ce dispositif possède deux fonctions principales :
– alimenter successivement les 3 phases du moteur en tenant compte de la vitesse de rotation demandée par la position de la manette des gaz.
– augmenter ou diminuer la vitesse de rotation de l’hélice et donc voler plus ou moins vite.

Le contrôleur ECS possède un calculateur intégré que l’on peut paramétrer.

 

La plupart des ECS dispose d’une sortie BEC (Battery Eliminating Circuit). Sous cette appellation barbare se cache une sortie additionnelle de 5 Volts intégrée à l’ESC, permettant d’alimenter d’autres servitudes de votre drone qui fonctionnent elles aussi en 5 volts (généralement radio, contrôleur de vol).

 

 

 

 

 La préparation du vol

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Avant d'utiliser mon UAS dans la catégorie ouverte, je dois prendre rigoureusement connaissance du manuel

d'utilisation et d'entretien fourni par le constructeur. Ces documents donnent des informations essentielles sur :

- les principaux éléments de l'UAS,

- ses limitations (par exemple de masse, en vitesse, de vent maximal, etc.),

- le contrôle de l'UAS dans toutes les phases des vols (par exemple, le décollage, le vol stationnaire le cas échéant, les vols de base et l'atterrissage),

- les caractéristiques qui affectent la sécurité du vol,

- le paramétrage des fonctions de sécurité en cas de perte de liaison entre la télécommande et le drone,

- le paramétrage de la hauteur maximale de vol,

- les procédures de chargement des données de zone géographique dans le système,

- les procédures de chargement du numéro d'enregistrement de l'exploitant d'UAS dans le système d'identification,

- des considérations de sécurité comme : les instructions pour sécuriser la charge utile et la manipulation des

batteries,

- les instructions de maintenance.

Une fois ces informations connues, le vol ne doit pas être entrepris sans une visite pré-vol. Elle a pour objectif de

vous assurer que l’UAS est apte à un vol sûr. Cette visite doit inclure :

- la vérification du bon état des moteurs et des hélices : fixation, propreté, rotation sans points durs, connexion de

l’alimentation des moteurs si visible

- l’inspection du bon état de la structure : présence de toutes les vis et attaches nécessaires, absence de jeu

anormal dans les éléments du drone

- vérification de la présence et de la bonne fixation des antennes et autres récepteurs apparents (notamment pour

 

la réception des signaux de la télécommande et du GPS)

- mise en place des batteries, et vérification que les batteries sont chargées, correctement positionnées et sans

dommage (vérifier notamment qu’elles ne sont pas gonflées)

- la vérification de la télécommande : charge de ses batteries, lisibilité de l’écran, force du signal (émission et

réception), réglage des neutres et des trims le cas échéant.

Profitez-en pour vérifier également que vous êtes aptes au vol ! Pensez notamment à :

- votre état de santé physique, mais également psychique : fatigue, stress, maladie, traitements éventuels.

N’entreprenez pas de vol sous l’emprise d’alcool, de drogues ou de substances psychotropes.

- votre équipement (gants, lunettes de soleil par exemple)

Enfin, avant de décoller, préparez correctement votre vol en étudiant attentivement votre environnement : météo,

hauteur maximale de vol, respect des zones à statut particulier, etc. Le guide de la catégorie ouverte vous sera

précieux :

https://www.ecologie.gouv.fr/sites/default/files/Guide_categorie_Ouverte.pdf

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4. Après le vol

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Après le vol, il peut être utile de procéder à quelques vérifications et prendre quelques précautions. Elles vous

permettront de maintenir un bon niveau de sécurité pour vos prochains vols :

- Vérifier l’état de votre drone, notamment les hélices, vous permettra de détecter d’éventuels dommages survenus

en vol et entreprendre le cas échéant les actions de maintenance recommandées par le constructeur de l’UAS.

- Retirez et inspectez les batteries pour vérifier qu’elles n’ont pas gonflé et sont en bon état.

- Pour prolonger leur durée de vie, stockez les chargées à environ 50% de leur capacité. Pour éviter tout risque

d’incendie, ne les laissez pas dans votre drone et stockez les dans un endroit propre, à l’abri du soleil ou d’une

source de chaleur et à température modérée (15 à 25° par exemple).

Toute batterie gonflée présente un danger et ne doit être ni rechargée ni utilisée.

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