Performances de vol de l'UAS

Les performances de vol d'un UAS définissent ses capacités opérationnelles et ses limitations. La connaissance précise de ces performances est essentielle pour :

• Planifier des missions en toute sécurité
• Respecter les limitations réglementaires
• Optimiser l'utilisation de l'appareil
• Anticiper les risques opérationnels

Classification par masse

Types de configurations

• Multirotors : Stabilité, vol stationnaire, mais autonomie limitée
• Voilure fixe : Grande autonomie, vitesse élevée, mais nécessité de zone de décollage/atterrissage
• Hybrides (VTOL) : Combinaison des avantages, mais complexité accrue
• Hélicoptères : Charge utile importante, maniabilité, mais maintenance exigeante

Les performances d'un UAS dépendent directement de la qualité et des caractéristiques de ses composants :

Moteurs

• Brushless : Efficacité élevée, longue durée de vie, performances optimales
• Brushed : Moins coûteux mais performances et durabilité limitées
• KV rating : Détermine la vitesse de rotation par volt appliqué

Hélices

• Diamètre et pas : Impact direct sur la poussée et l'efficacité
• Matériaux : Plastique, carbone, fibre de verre
• Nombre de pales : 2, 3 ou 4 pales selon l'usage

Contrôleurs (ESC)

Les ESC régulent la vitesse des moteurs. Leur capacité en ampères doit être adaptée à la consommation maximale des moteurs pour éviter toute surchauffe ou défaillance.

Propulsion électrique

Le système le plus répandu pour les UAS civils. Avantages :

• Silence relatif d'opération
• Faible maintenance
• Contrôle précis de la puissance
• Respect environnemental (pas d'émissions directes)

Limitations :

• Autonomie limitée par la capacité des batteries
• Temps de recharge important
• Performances réduites par temps froid

Propulsion thermique

Utilisée sur certains UAS professionnels de grande taille :

• Autonomie très supérieure
• Puissance élevée disponible
• Mais : bruit, vibrations, maintenance complexe

Définitions

Facteurs influençant l'endurance

• Capacité de la batterie : Mesurée en mAh ou Wh
• Consommation des moteurs : Dépend de la charge et du régime
• Masse totale : Drone + charge utile + batterie
• Conditions de vol : Vent, température, altitude
• Style de pilotage : Sportif vs économique
• État de la batterie : Les batteries vieillissent et perdent en capacité

Calcul pratique

Exemple : Batterie 5000mAh 4S (14.8V), consommation moyenne 150W
Endurance = (5000 × 14.8) / 150 × 60 = 29.6 minutes théoriques
Avec marge de sécurité 30% : ~20 minutes utilisables

Masse maximale au décollage (MTOW)

La MTOW est la masse maximale autorisée pour un vol en sécurité. Elle comprend :

• Masse à vide de l'appareil
• Masse de la batterie ou du carburant
• Masse de la charge utile (caméra, capteurs, etc.)
• Équipements additionnels

Centre de gravité (CG)

Le CG est le point d'équilibre de l'appareil. Sa position correcte est essentielle pour :

• Stabilité en vol
• Maniabilité optimale
• Efficacité énergétique
• Sécurité générale

Conséquences d'un CG mal positionné :

• CG trop avant : Drone piqueur, compensation permanente nécessaire, surconsommation
• CG trop arrière : Instabilité, risque de perte de contrôle, difficultés en tangage

Limitations réglementaires

Plafond opérationnel

Le plafond est l'altitude maximale que l'appareil peut atteindre. Il dépend de :

• Puissance des moteurs : Diminution avec l'altitude (air moins dense)
• Masse de l'appareil : Plus lourd = plafond plus bas
• Conditions atmosphériques : Température, pression, humidité
• Efficacité des hélices : Rendement réduit en altitude

Effets de l'altitude

• Réduction de la portance (air moins dense)
• Diminution des performances moteur
• Augmentation de la consommation énergétique
• Risque de perte de liaison radio
• Conditions météo plus sévères en altitude

Vitesses caractéristiques

• Vitesse de croisière : Vitesse optimale pour l'efficacité énergétique
• Vitesse maximale : En mode sport, consommation élevée
• Vitesse de montée : Capacité d'ascension verticale
• Vitesse de descente : Taux de descente contrôlé

Limitations de vent

Chaque UAS a une vitesse de vent maximale spécifiée par le constructeur. Au-delà :

• Difficulté de maintien en position
• Surconsommation énergétique
• Risque de dérive incontrôlée
• Précision des manœuvres réduite

Impact du vent sur les performances

• Vent de face : Réduit la vitesse sol et l'autonomie
• Vent arrière : Augmente la vitesse sol mais peut compliquer le retour
• Vent de travers : Nécessite une correction permanente
• Turbulences : Instabilité, risque pour la charge utile

Plage de température opérationnelle

Les UAS ont une plage de température spécifiée (généralement 0°C à +40°C). Hors de cette plage :

Précautions par temps froid

• Préchauffer les batteries avant le vol
• Réduire la durée des vols
• Surveiller attentivement le niveau de batterie
• Éviter les manœuvres brusques

Précautions par temps chaud

• Voler tôt le matin ou en fin de journée
• Laisser refroidir entre les vols
• Protéger l'appareil du soleil direct au sol
• Vérifier la température des composants

Protection contre l'eau

La plupart des UAS grand public ne sont pas étanches. Les niveaux de protection :

• IP33 : Protection contre pluie légère
• IP43/IP44 : Résistance aux éclaboussures
• IP54/IP55 : Résistance à la poussière et jets d'eau
• IP67/IP68 : Étanchéité complète (rares sur les UAS)

Effets de l'humidité

• Condensation dans les composants électroniques
• Corrosion des contacts et connecteurs
• Réduction de portée radio
• Formation de givre par temps froid humide

Brouillard et visibilité

Le brouillard réduit la visibilité et peut compromettre les opérations VLOS (Visual Line of Sight). Respecter les minima de visibilité réglementaires et ne jamais compter uniquement sur le retour vidéo.

Définition

La charge utile est la masse totale des équipements transportés en plus de la structure de base :

• Caméras et nacelles stabilisées
• Capteurs (thermiques, multispectraux, LiDAR)
• Systèmes de largage
• Équipements de communication additionnels
• Éclairages

Impact sur les performances

• Réduction de l'endurance et de l'autonomie
• Diminution des performances en montée
• Maniabilité affectée
• Risque de dépassement MTOW
• Modification du centre de gravité

Calcul de la charge utile disponible

Exemple :
MTOW : 4000g
Drone : 1800g
Batterie : 600g
Charge utile disponible : 1600g

Définition

L'enveloppe de vol est l'ensemble des combinaisons de paramètres dans lesquelles l'UAS peut opérer en toute sécurité :

• Vitesses minimale et maximale
• Altitude minimale et plafond
• Températures opérationnelles
• Limites de vent
• Facteurs de charge (G)

Limitations structurelles

Les structures des UAS ont des limites :

• Facteur de charge maximal : G maximum supportés (souvent 2-4G pour multirotors)
• Vitesse ne jamais dépasser (VNE) : Risque de rupture structurelle
• Contraintes dynamiques : Rafales, manœuvres brusques

Vieillissement des batteries

Les batteries LiPo perdent en capacité avec le temps et les cycles de charge :

• Réduction de 20-30% après 200-300 cycles
• Augmentation de la résistance interne
• Risque de gonflement et de défaillance
• Performances réduites en fin de vie

Usure mécanique

• Usure des roulements moteurs
• Déformation des hélices
• Jeu dans les articulations
• Corrosion des contacts électriques

Conditions environnementales

• UV : dégradation des plastiques et composites
• Humidité : corrosion, oxydation
• Sel (zone côtière) : corrosion accélérée
• Poussière : infiltration dans les mécanismes

Prévention

• Maintenance régulière selon le carnet constructeur
• Remplacement préventif des consommables
• Stockage approprié (batteries, appareil)
• Nettoyage après chaque mission
• Inspection pré-vol systématique

Planification d'une mission

Avant chaque vol, calculer :

Exemple de calcul complet

Points de contrôle en vol

• Surveiller en permanence le niveau de batterie
• Déclencher le RTH (Return To Home) à 30-40% de batterie
• Adapter le plan si conditions se dégradent
• Avoir toujours un point de repli (atterrissage alternatif)