Drones : stimuler l’économie à basse altitude et la croissance nationale
06 Jun 2024
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Développement historique des drones
Le développement des drones a commencé peu après la fin de la Première Guerre mondiale. Après la Seconde Guerre mondiale, de nombreuses puissances militaires du monde entier ont indépendamment converti divers avions de combat à la retraite en drones cibles, une action qui a initié le développement moderne des drones. Avec les progrès de la technologie électronique, les drones ont de plus en plus démontré leur supériorité dans les missions de reconnaissance. Par exemple, pendant la guerre du Vietnam, l’armée américaine a fréquemment utilisé des drones pour repérer des cibles de grande valeur ou fortement défendues sur le champ de bataille.
Développements récents de l'industrie
La « 8e Conférence mondiale sur les drones et salon international sur l'économie à basse altitude et les systèmes sans pilote 2024 / 9e Salon international des drones de Shenzhen / Salon sur la conduite autonome et la technologie des véhicules sans pilote », sur le thème « Économie à basse altitude, l'avenir est là », s'est conclue avec succès au fin mai à Shenzhen, la capitale des drones. La conférence a réuni plus de 10 000 experts du secteur, universitaires et entrepreneurs de plus de 110 pays et régions. L'événement comprenait plus de 30 forums parallèles et plus de 60 réunions d'échange de produits et de technologies, couvrant des sujets tels que les drones et l'économie à basse altitude, le transport numérique à basse altitude, les services de vol à basse altitude, l'innovation et l'application de la technologie eVTOL, la basse altitude. l'ouverture et la gestion de l'espace aérien, les drones d'urgence logistique, les robots IA, les véhicules aériens sans pilote habités, les voitures volantes à basse altitude, les véhicules sans pilote à basse vitesse et les systèmes aquatiques sans pilote.
Actuellement, l'industrie des drones est également un nouveau secteur de haute technologie impliquant de nombreux domaines, depuis la recherche et le développement de produits, la production et la fabrication, jusqu'à l'utilisation, la gestion et les services par l'industrie. La chaîne industrielle couvre de nombreux domaines de haute technologie. L'amont comprend principalement de nouveaux matériaux tels que des matériaux composites pour les corps de drones, des équipements de transport d'armes, des systèmes de contrôle, des dispositifs de lancement et de récupération et d'autres composants. Les marchés en aval sont principalement militaires et civils, avec un accent sur les applications militaires, mais incluent également la recherche scientifique, l'agriculture, l'énergie, les transports, la météorologie et de nombreux autres secteurs. Il existe également un vaste potentiel de développement dans le secteur civil.
Qu'il s'agisse de la collaboration de DoorDash et Wing sur les services de livraison par drones en Virginie, du spectacle de lumière de drones de Lego présentant des modèles de vaisseaux spatiaux pour enfants, du projet du Royaume-Uni de construire une « autoroute » de drones ou de l'initiative d'Aerodome d'utiliser des drones pour les interventions d'urgence sur les scènes de crime, tous ces exemples démontrent application de plus en plus répandue des drones dans divers domaines. Même un affrontement brutal entre deux pays du Moyen-Orient en 2020 a mis en évidence le rôle important des drones, comme d’innombrables spectateurs l’ont réalisé à travers diverses plateformes, que l’essence du développement futur réside dans les drones : ceux qui contrôlent les drones domineront ! Les 10 à 20 prochaines années devraient être une période dorée pour le développement des drones, avec une demande croissante du marché et des percées continues dans les hautes technologies, offrant un immense potentiel de croissance.
Introduction aux composants matériels et à la structure du drone
1. CadreLe châssis est le squelette du drone, supportant tous les composants électroniques. Comme le montre l'image, tous les composants électroniques sont fixés au cadre pour fonctionner correctement. La taille du châssis se distingue par l'empattement, avec des châssis plus grands nécessitant des moteurs plus puissants et des hélices plus grandes ; sinon, le drone ne pourra pas décoller. Actuellement, les cadres sont principalement constitués de plastique et de fibre de carbone. La fibre de carbone a de meilleures propriétés mécaniques mais est plus chère.
2. Hélices
Les hélices sont de modèles spécifiques, et selon les principes physiques, l'inertie de rotation de l'hélice (par rapport à l'axe de rotation) est approximativement proportionnelle à la puissance cinquième du rayon. Par conséquent, les hélices plus grandes réagissent plus lentement et sont moins capables de modifier leur état de mouvement (c'est-à-dire leur vitesse de rotation). Les hélices sont également disponibles en versions dans le sens horaire et antihoraire. Lorsqu’une seule hélice est entraînée par le moteur, elle génère une force qui fait tourner le drone horizontalement le long de l’axe central. Pour contrecarrer cela, différentes hélices doivent être réglées pour tourner dans des directions différentes ; sinon, un drone multirotor tournerait continuellement après le décollage. Cependant, sur la base de ce principe, la vitesse de rotation peut être utilisée pour contrôler le mouvement de lacet du drone. Généralement, les hélices plus petites avec des vitesses de rotation élevées contribuent à accroître la stabilité, permettant au drone de voler plus régulièrement, mais cela se fait au prix d'une endurance plus courte.
3. Moteurs
Les moteurs utilisés dans les drones sont des moteurs triphasés spécialisés sans balais. Ces moteurs ont trois bornes (sans polarité positive ou négative, permettant une rotation inverse en commutant deux bornes). Ils tournent dans une direction, ont une puissance de sortie élevée, un faible frottement et peuvent fournir une portance importante.
La valeur KV du moteur indique le nombre de tours par minute (RPM) que le moteur fera par volt lorsqu'il est déchargé. Par exemple, un moteur de 400 KV signifie qu’à 1 V, le moteur tournera 400 fois par minute sans aucune charge.
Les moteurs sans balais de la même série et des mêmes dimensions physiques présenteront des caractéristiques KV différentes en fonction du nombre de tours d'enroulement. Les moteurs avec plus de tours d'enroulement ont une valeur KV inférieure, ce qui entraîne un courant de sortie maximum inférieur et un couple plus élevé. À l'inverse, les moteurs avec moins de tours d'enroulement ont une valeur KV plus élevée, ce qui entraîne un courant de sortie maximum plus élevé et un couple plus faible.
Cependant, une valeur KV plus élevée ne signifie pas toujours de meilleures performances. Avec la même puissance, une valeur KV plus élevée signifie que le moteur fournit moins de couple. Par conséquent, les moteurs à KV élevé sont associés à des hélices plus petites, et les moteurs à faible KV sont associés à des hélices plus grandes. Par exemple, un moteur de 380 KV utilise généralement une hélice de 16 pouces de diamètre, tandis qu'un moteur de 980 KV utilise une hélice de 10 pouces de diamètre. Des moteurs KV encore plus élevés peuvent être équipés de petites hélices de 6 ou 4 pouces, ou utilisés comme ventilateurs canalisés (utilisés dans les avions à voilure fixe, tels que les avions de combat, pour la propulsion arrière).
4. Contrôleurs de vitesse électroniques (ESC)
Les contrôleurs de vitesse électroniques (ESC) sont des dispositifs électroniques qui reçoivent des signaux de commande PWM et régulent la vitesse des moteurs. Ils peuvent accepter les signaux PWM d'un contrôleur de vol Pixhawk ou d'un récepteur de signaux, puis contrôler la rotation du moteur. Actuellement, les drones multi-rotors utilisent couramment la marque Hobbywing, les modèles Letai étant spécialement conçus pour une utilisation multi-rotors.
Comme le montre l'image, l'ESC dispose de trois types de fils. Les trois connecteurs circulaires noirs (appelés fiches banane, comme indiqué dans la deuxième image ci-dessus) se connectent au moteur sans balais sans tenir compte de la polarité ; l'inversion de deux connexions inversera le sens de rotation du moteur. Les fils noirs et rouges longs et épais se connectent à l'alimentation, le fil noir étant connecté à la terre (négatif) et le fil rouge à Vcc (positif). Il est crucial de ne pas inverser ces connexions, car cela endommagerait le contrôleur lors de la mise sous tension.
Enfin, les fils torsadés noir et blanc sont les fils de signal, qui reçoivent les signaux de commande et régulent le courant. Le fil noir est la masse et le fil blanc est la ligne de signal, qui se connecte au récepteur de signal ou à l'extrémité de sortie du contrôleur de vol.
5. Capteur de courant
Un capteur de courant n'est pas seulement un appareil qui affiche la valeur actuelle ; c'est un module qui alimente le contrôleur de vol. Il se connecte à des batteries au lithium haute tension et produit une tension stable pour piloter le contrôleur de vol. Le capteur actuel du Pixhawk 4 (comme indiqué sur l'image) intègre encore plus de fonctions, servant de hub pour alimenter les ESC (agissant comme une carte de distribution d'énergie) et de carte d'adaptation pour le contrôleur de vol (étendant plusieurs broches du contrôleur de vol pour aider à réduire sa taille).
6. Batterie
La batterie est la source d’alimentation du drone, spécialement conçue pour une puissance de décharge et une efficacité élevées. « 1S » indique une seule cellule de batterie au lithium en série (les drones utilisent des batteries au lithium connectées en série). Par exemple, une batterie 3S est constituée de trois cellules au lithium en série. Plus le drone est gros, plus la tension requise est élevée. Par exemple, un drone de taille 450 utilise généralement une batterie au lithium 3S ou 4S, un drone de taille 680 utilise une batterie au lithium 6S et les très gros drones (avec un empattement de plus de 1 000 mm) peuvent utiliser une batterie au lithium 12S.
Chaque cellule de batterie au lithium a une tension de charge complète de 4,2 V et une tension nominale de 3,7 V. Par conséquent, lorsque la batterie atteint sa tension maximale (4,2 V par cellule), elle est complètement chargée, et lorsqu'elle atteint sa tension minimale (3,7 V par cellule), elle ne doit plus être utilisée pour éviter tout dommage.
Tendances futures des drones
1.Logistique et LivraisonDe la livraison rapide de biens de consommation courante au transport ponctuel de fournitures médicales d'urgence, en passant par le rôle de « messagers romantiques » apportant surprises et chaleur, le secteur de la logistique et de la livraison par drone s'est discrètement intégré dans la vie quotidienne des gens. Par exemple, des entreprises comme DoorDash et Wing ont déjà commencé à tester des services de livraison par drone pour améliorer la rapidité et l'efficacité. À l'avenir, les drones pourraient devenir des outils courants pour la livraison express, en particulier dans les environnements urbains et les zones difficiles d'accès. ( Page d'accueil | Defensebridge )
2. Sécurité publique et application de la loi
L'utilisation des drones dans la sécurité publique et le maintien de l'ordre est également en pleine expansion. Les services de police peuvent utiliser des drones pour la surveillance, le suivi et les interventions d'urgence. Par exemple, Aerodome a commencé à utiliser des drones sur les scènes de crime pour fournir des vidéos et des données en temps réel. Cette technologie peut améliorer l'efficacité et la sécurité des forces de l'ordre. ( MIT News ) ( Pilot Institute )
Les drones ont un potentiel considérable dans la surveillance et la maintenance des infrastructures. Ils peuvent être utilisés pour inspecter les ponts, les pipelines, les lignes électriques et les bâtiments, offrant ainsi des solutions efficaces et rentables. Par exemple, au Royaume-Uni, il existe des projets de construction d'une « super-autoroute » pour drones afin de soutenir l'utilisation des drones dans la logistique et la surveillance des infrastructures. ( MIT News )
L’agriculture est un autre domaine important pour les applications des drones. Les drones peuvent être utilisés pour la surveillance des cultures, la lutte antiparasitaire et la fertilisation de précision. Ils sont capables de fournir des images et des données haute résolution, aidant ainsi les agriculteurs à augmenter leurs rendements et à réduire le gaspillage des ressources.
L'utilisation des drones dans le domaine du divertissement et de l'éducation est également en augmentation. Par exemple, Lego a organisé un spectacle de lumières avec des drones présentant des modèles d'engins spatiaux conçus par des enfants. Cela démontre l'utilisation créative des drones dans le divertissement et l'éducation. ( Page d'accueil | Defensebridge )
Les drones joueront un rôle important dans les villes intelligentes du futur. Ils pourront être utilisés pour surveiller le trafic, l'environnement et les services publics. En s'intégrant aux appareils de l'Internet des objets (IoT), les drones peuvent fournir des données en temps réel pour aider les gestionnaires municipaux à prendre de meilleures décisions. ( MIT News )
7. Développements technologiques et réglementaires
À mesure que la technologie des drones progresse, de nouveaux algorithmes et technologies d’intelligence artificielle amélioreront encore l’autonomie et l’efficacité des drones. Par exemple, de nouveaux algorithmes développés par le MIT peuvent aider les drones à gérer plus efficacement les tâches dans des environnements complexes. ( Pilot Institute ) En outre, à mesure que les applications des drones se développent, les réglementations et politiques associées continueront d’être affinées pour garantir la sécurité et la protection de la vie privée des opérations de drones.
Les drones sont devenus un support important pour le développement de l’économie de basse altitude
En tant qu'industrie leader de l'économie de basse altitude, les drones connaissent un taux de croissance annuel supérieur à 20 %, devenant ainsi un nouveau pôle de croissance pour l'économie nationale. Ils fournissent de nouveaux moyens aux services publics sociaux, soutenant efficacement la modernisation des capacités et des systèmes de gouvernance gouvernementale. Les drones offrent également un nouvel espace pour le développement économique régional, optimisant la configuration économique régionale et promouvant une croissance économique régionale tridimensionnelle.
Promouvoir vigoureusement le développement de l'économie de basse altitude contribue non seulement à élargir l'espace de marché, mais répond également à la demande inhérente d'un développement de haute qualité. L’économie à basse altitude hérite des modes traditionnels de l’aviation générale tout en intégrant de nouveaux services de production à basse altitude appuyés par des drones. S'appuyant sur les technologies de l'information et de gestion numérique, il constitue une forme économique globale hautement dynamique et créative qui s'adapte et promeut un développement coordonné dans de multiples domaines. Pour parvenir à un meilleur développement de l’économie de basse altitude, l’ouverture à basse altitude est une tendance inévitable. En construisant des voies aériennes urbaines à basse altitude pour soutenir le développement commercial à grande échelle d’applications de drones, l’économie à basse altitude représentée par les drones devrait également devenir un nouveau moteur de croissance sociale et économique.
