Création de prototypes de drones : étapes clés et attentes

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Conquérir le ciel a été l'une des plus grandes batailles de l'humanité depuis l'Antiquité. Nos ancêtres nous ont avertis que le ciel peut être un ennemi dangereux. Rappelons-nous la légende d'Icare, un garçon qui voulait voler comme un oiseau si fort que son père lui avait fait des ailes avec des plumes d'oiseau et de la cire. Il vola de plus en plus haut jusqu'à ce que le soleil fasse fondre la cire et qu'il tombe à sa mort. Cette histoire nous donne deux leçons importantes :

1. Faites toujours des prototypes mécaniques ou fonctionnels de vos avions et testez-les diligemment ;

2. Essayez de les tester sans être à l'intérieur. Ou prenez au moins un parachute.

Heureusement, la fabrication moderne et l'ingénierie aéronautique nous donnent l'opportunité de faire les deux. Nous pouvons contrôler nos prototypes d'avions à distance et nous pouvons créer des prototypes en peu de temps.

Qu'est-ce qu'un drone ?

Les drones sont devenus les avions amateurs ultimes. Ils sont légers, petits, faciles à piloter et vous pouvez les fabriquer personnellement, ce qui attire beaucoup de gens qui aiment bricoler avec des mécanismes. Cependant, les drones existaient bien plus tôt. La première mention d'entre eux remonte aux années 1920.

Les premières tentatives pour faire des drones n'ont pas été réussies. Il y avait beaucoup d'inventeurs séparés qui ont réussi à créer des prototypes d'hélicoptères avec 4-6 moteurs rotorcraft. Ces avions étaient trop instables, non synchronisés, et fatiguaient trop le pilote, donc leur développement a été mostly abandonné jusqu'aux temps récents.

Avec les développements modernes en aéronautique et électronique, les difficultés techniques précédentes avec les fonctions des drones ont été mostly surmontées. Les drones sont devenus sans pilote depuis que le problème du pilote était le seul restant. Cependant, il n'y a plus besoin de pilote. Vous pouvez juste le monter avec une caméra et obtenir une télécommande. L'électronique moderne rend le design de ce véhicule vraiment simple, donc beaucoup de gens font des drones comme passe-temps ou les achètent pour faire de super films, art, livrer des choses ou même espionner les voisins, qui sait. Il y a même une histoire d'un homme qui a décidé d'immortaliser son chat en en faisant un quadricoptère.

De quoi consiste un drone ?

Un drone typique a les éléments suivants qui déterminent sa fonctionnalité :

1. Cadre. C'est la partie principale et la plus importante. Il maintient tous les objets fonctionnels ensemble, détermine la résistance globale de la structure et affecte les propriétés aéronautiques de l'appareil. Je parlerai mostly de cette partie car c'est pratiquement la seule que vous aurez à concevoir et fabriquer vous-même ou avec l'utilisation d'un atelier de prototypage (ce qui est fortement conseillé si vous n'avez pas de formation en ingénierie car, au final, ce sera moins cher et plus rapide car les fabricants de prototypes créeront un cadre de haute qualité, choisiront les matériaux mieux et vous conseilleront sur le design).
2. Moteurs. Vous pourriez avoir besoin de 4-8 moteurs selon combien de rotorcrafts vous voulez. Le moteur détermine à quelle vitesse les pales du drone tournent et donc sa capacité de puissance. Il y a beaucoup de fabricants de moteurs qui offrent des solutions bon marché et fiables.
3. Contrôleurs de vitesse électroniques. Ce sont les dispositifs qui synchroniseront vos hélices et empêcheront votre drone de devenir fou. Ils sont aussi très bon marché et faciles à trouver.
4. Hélices. Maintenant, ce sont les principales pièces mobiles de l'hélice. Leurs pales ont une géométrie complexe et leur taille et forme dépendront du poids et de la taille du cadre, donc vous devrez probablement les commander ensemble avec le cadre.
5. Batteries, connecteurs et commandes. Quelques pièces électroniques plus petites seront nécessaires pour les opérations secondaires. Tels que connecteurs, batteries, et un récepteur avec une télécommande pour piloter le drone. Vous aurez probablement aussi besoin d'une caméra car piloter le drone sans en avoir une est comme marcher avec une jambe.

Comme vous pouvez le voir, l'industrie moderne offre beaucoup de solutions préparées pour la fabrication de drones. Puisque faire des dispositifs électroniques est un projet complexe et coûteux en soi, je conseille d'acheter simplement les pièces existantes, que vous soyez un amateur ou que vous planifiez de vendre les choses. Si vos ventes grandissent, alors vous pouvez penser à faire vos propres circuits. Avec cela, nous restons avec deux principales pièces fabriquées sur mesure qui sont essentielles pour la performance du drone. Bien sûr, vous devrez faire quelques connecteurs additionnels et boîtiers de batterie. Cependant, leur design ne pose pas de problème et peut être imprimé en 3D d'un claquement de doigts.

Comment faire des cadres de drone personnalisés

Donc, les cadres sont vraiment importants pour la stabilité et la structure globale du drone. Comme vous apprenez à piloter votre avion, vous êtes sûr de vous crasher dans des choses et d'endommager le cadre, donc il devrait aussi être facile à remplacer ou réparer.

Actuellement, il y a un certain nombre de designs de cadres de drone possibles selon le nombre d'hélices que vous voudrez. Plus il y a d'hélices, plus le drone sera stable mais plus lourd aussi. Les paramètres les plus cruciaux sont la rigidité et le poids. C'est pourquoi les matériaux les plus répandus sont les suivants :

1. Bois. Le matériau le moins cher, le plus facile à traiter et qui peut être formé en cadre avec les outils les plus simples. L'apparence et la fiabilité d'un tel drone ne sont pas élevées. Il est facile à remplacer mais attendez-vous à ce qu'il casse au moindre impact. Fondamentalement, c'est un bon choix pour les amateurs. Le cadre est généralement usiné sur un tour à bois ou avec un instrument plus simple et est ensuite collé ensemble.

2. Plastique. C'est le choix le plus évident. Beaucoup de polymères sont légers, ont une haute résistance à la traction et, le meilleur, peuvent être traités rapidement en utilisant les technologies modernes. Par exemple, les cadres en plastique peuvent être fabriqués en utilisant l'impression 3D ou les techniques de prototypage par Coulée d'Uréthane. Cela en fait un choix vraiment bon pour créer des prototypes de modèles de drones commerciaux. Vous pouvez facilement faire un petit lot avec les techniques RP, les assembler, et conduire des tests. Et, quand vous êtes prêt, commander un Moule d'Injection.

3. Aluminium. Vous devriez choisir ce matériau pour faire les systèmes les plus durables et robustes, qui résisteront à beaucoup de stress. C'est aussi le plus lourd des matériaux. Habituellement, un tel cadre sera usiné CNC. Vous devriez utiliser des cadres en aluminium si vous créez des drones industriels professionnels seulement. Ou si vous avez déjà conduit des tests et approuvé le design, et vous voulez que votre drone ait l'air vraiment bien et brillant.

Faisons les hélices

Les hélices sont les parties les plus complexes du design de drone. Vous devez réellement calculer sa géométrie selon le poids de votre drone pour atteindre la poussée requise. Heureusement, il y a beaucoup de services qui vous aideront à le faire. Si vous trouvez la géométrie trop complexe, vous pouvez toujours commander les pales auprès d'un atelier de prototypage, où des ingénieurs compétents concevront, calculeront et fabriqueront les hélices parfaites.

Donc, évidemment, le diamètre est important. Plus les pales sont grandes, plus l'hélice peut pomper d'air. Cependant, vous devriez noter que les hélices doivent être synchronisées pour les empêcher de se heurter. C'est pourquoi les hélices plus grandes donnent une moins bonne manœuvrabilité. Vous devriez choisir ce qui vous convient le mieux : une charge de drone plus grande ou une meilleure manœuvrabilité.

L'angle d'attaque est une autre caractéristique importante de la pale. C'est basically à quel angle l'hélice frappe l'air et le dévie. Plus l'angle est grand, meilleure est l'efficacité de la pale, cependant un moteur plus grand est requis car les forces du vent seront plus grandes. L'angle d'attaque diminue vers le centre des hélices qui ont un pas constant. Cependant, avec un angle d'attaque alterné, la géométrie de l'hélice devient trop complexe.

Les pales d'hélice sont mostly imprimées en 3D ou coulées en utilisant des formes en silicone comme les cadres en plastique, car ces méthodes sont les plus efficaces pour atteindre une géométrie complexe avec des coûts et temps faibles. Les pales sont post-traitées après car une bonne finition de surface abaisse la vibration du drone en vol.

Vous devriez vous souvenir d'équilibrer les hélices aussi. C'est un processus facile. Vous pouvez le faire avec un crayon et un couteau. Montez juste la pale sur un crayon placé horizontalement. L'hélice tournera most likely autour de son axe. Donc, coupez un peu de la racine de la pale, qui a tendance à rester en bas du crayon. Répétez cela jusqu'à ce que la pale ne tourne plus quand vous la montez sur le crayon.