Les drones à voilure tournante

Les drones à voilure tournante ont tous une caractéristique commune: ils sont des véhicules aériens à décollage et atterrissage vertical, capable d’effectuer des vols stationnaires. Ils peuvent être classés suivant le nombre de rotors et leur position en 4 catégories :

– Les hélicoptères classiques;
– Les rotors coaxiaux;
– Les rotors coaxiaux carénés;
– Les rotors multiples.

Les hélicoptères classiques 

L’hélicoptère est un drone à voilure tournante le plus connu et le mieux maitrisé. Il est formé d’un rotor principal et un rotor anti-couple de queue. Ce dernier peut être libre ou caréné dans un fenestron afin d’augmenter la protection et l’efficacité aérodynamique . La rotation du rotor principal assure la fonction de la sustentation, alors que le rotor de la queue joue un rôle d’anti-couple pour annuler le couple de réaction en lacet généré par la rotation du rotor principal.

Les rotors coaxiaux

Cette configuration est formée de deux rotors fixés sur le même axe et qui tournent à la même vitesse dans un sens opposé, ce système de rotation inversé du second rotor permet d’annuler l’effet de la réaction du couple du premier. Le second rotor permet également de rendre le flux d’air plus laminaire et plus rapide en sortie (Elamine, 2013), ces deux rotors contribuent à un mouvement de poussée vertical et leur différentiel de vitesse de rotation pilote l’orientation de l’angle de lacet .

La stabilité de la structure des drones à rotors coaxiaux en fait des candidats parfaits pour une utilisation dans le mode de l’aéromodélisme. Cet avantage est souvent altéré par une grande sensibilité au vent et par des nombreuses interactions aérodynamiques générées par le mouvement de rotation des pales. Ces deux éléments poussent les chercheurs à concevoir les plus petits de drones à rotors coaxiaux pour un usage en intérieur.

Les rotors coaxiaux carénés 

Dans cette structure, le drone à rotors coaxiaux est intégré dans une carène. Il est alors plus résistant aux chocs puisque les pales ne sont pas directement accessibles. Deux architectures techniques peuvent être distinguées. La première architecture regroupe les appareils à carène courte dont la hauteur est faible devant le diamètre de la carène. Ces véhicules possèdent en général une bonne stabilité en vol stationnaire, mais une aptitude limitée à la translation horizontale. une hélice secondaire a été rajoutée pour assurer le vol de translation et le rotor principal sert juste pour générer la force de poussée (principe de girodyne). Le véhicule reste pratiquement à plat lors du vol d’avancement, gardant par conséquent une traînée faible en phase de translation. (Pflimlin, 2006)  .

L’inconvénient de ces véhicules est leur faible tenue à la rafale de vent transverse et qui peut déstabiliser l’appareil en vol. Pour y remédier, on peut soit ajouter des ailes de stabilisation, soit placer la charge utile en hauteur pour rehausser le centre de gravité.

Les rotors multiples

Les drones à rotor multiples constituent une configuration aéromécanique très répandue. Ils possèdent généralement quatre rotors, mais il existe avec six et huit rotors. La simplicité mécanique de ce véhicule en fait une configuration très populaire pour la réalisation de plateformes expérimentales à faibles coûts (Gupte et al., 2012). Du point de vue fonctionnement, le sens de rotation des rotors est inversé deux à deux afin de compenser le couple de réaction. En effet, c’est la différence de portance qui détermine l’inclinaison du véhicule autour des angles de roulis et de tangage, et qui permettra donc le vol d’avancement. Ces drones sont particulièrement appropriés au vol stationnaire et à faibles vitesses. Ils sont cependant peu adaptés pour des vols de translation à grande vitesse ou pour des vols dans des conditions venteuses.