Le système vole – le pilote commande

L’objectif déclaré de l’entreprise e-volo de Karlsruhe est de construire les aéronefs de sport les plus sûrs au monde. Issu de ce programme, le tout nouvel aéronef à décollage vertical, le Volocopter, est facile à piloter et à zéro émission carbone De plus, contrairement aux hélicoptères classiques, pour le premier hélicoptère à propulsion électrique, les interventions mécaniques sont réduites au minimum. Ainsi l’aéronef bi place de classe ULM (en Allemagne) nécessite une maintenance extrêmement faible. La conception, incluant la redondance complète de tous les composants électroniques permet une poursuite du vol en toute sécurité et un atterrissage en toute sécurité, y compris en cas de panne de plusieurs éléments Le Volocopter est entièrement et exclusivement contrôlé avec un Joystick. Aussi, contrairement à tout autre aéronef, sa manipulation (prise en main) est extrêmement facile. La société de Karlsruhe obtient zéro émission en utilisant des sources d’énergie renouvelables via des batteries interchangeables. En option, une solution hybride (dotée d’un générateur électrique auxiliaire) est possible.


Futur développements – une plate-forme modulaire pour systèmes aériens pilotés et sans pilote


La sécurité, les commandes de vol et la motorisation révolutionnaires du Volocopter serviront dans le futur de plateforme pour d’autres aéronefs. C’est la plateforme idéale pour des aéronefs à décollage vertical, ainsi que pour des drones „heavy duty“. La conception du système de commandes de vol du Volocopter permet des opérations en mode «pilote à bord», «télépiloté à distance» ou même «en mission totalement autonome». Ainsi les applications les plus diverses seront possibles dans le futur. Des modules volants peuvent être développés dans différentes gammes de taille. En fonction des besoins, la source d’énergie pourra être purement électrique ou bien hybride. Dans les années à venir, selon la demande, la ligne de produits pourra systématiquement être élargie aux systèmes avec pilote et sans pilote.


Sécurité


Le pivot central de la sécurité du Volocopter est la redondance complète de ses composants. Tous les sous-systèmes de sécurité sont implémentés en plusieurs exemplaires et se monitorent mutuellement ; en cas de défaillance d’un composant, ses tâches sont prises en charge immédiatement par les autres. Par exemple, même en cas de panne de plusieurs moteurs, le Volocopter peut continuer à voler et atterrir de manière sûre. Avant le vol, le contrôle de sécurité du bon fonctionnement de tous les composants du système se fait automatiquement en appuyant sur un bouton, qui vérifie la disponibilité opérationnelle. Par turbulences, le pilote n’a pas à intervenir, car les turbulences sont automatiquement compensées par l’appareil. Le système réagit en une fraction de seconde, beaucoup plus rapidement que le pilote. Même si le pilote devait perdre l’orientation spatiale, le système fournit une solution. En appuyant sur un bouton d’urgence, le Volocopter reste en l’air, se stabilise et descend doucement vers le sol. En outre le Volocopter est équipé d’un parachute de secours, permettant le retour au sol de l’appareil complet en cas d’urgence.


Entretien réduit


Sur les hélicoptères conventionnels, les mécanismes d’entrainement et de commandes complexes rendent la mécanique très compliquée, c’est pourquoi la maintenance est extrêmement coûteuse. Sur le Volocopter en revanche, les commandes de vol sont effectuées sans aucune pièce mécanique, ce qui induit très peu d’entretien. Les roulements des moteurs électriques et des rotors s’usent très peu en fonctionnement, par conséquent leur entretien est réduit au minimum. Ainsi, en terme de consommation de carburant, entretien et maintenance, le Volocopter est beaucoup plus économique qu’un hélicoptère conventionnel.


Facile à piloter


Jusqu’à présent, la maîtrise d’un aéronef nécessite beaucoup de compétences de pilotage pour surveiller et gérer l’attitude. Au contraire, piloter un Volocopter, aéronef à décollage vertical et atterrissage vertical est très facile pour le pilote, car il vole par lui-même, parceque les capteurs surveillent les paramètres du vol. C’est à dire que le pilote donne, au moyen d’un Joystick, la consigne, (par exemple : aller vers l’avant, à droite, à gauche, vers le haut, vers le bas) et c’est l’électronique qui établit les paramètres pour le vol souhaité. C’est le contrôleur d‘attidude qui maintient alors le Volocopter stable dans l'air. Ainsi, contrairement à tout autre aéronef, la prise en main et le pilotage sont enfantins.

Le pilote n’a pas à gérer l’incidence, les vitesses minimales, le décrochage, la modification du centrage en fonction du carburant, le régime rotor, le réglage du pas et de nombreux autres aspects qui sont si sophistiqués dans le vol classique, car il lui suffit de donner la direction. Au dessus de la cabine, une armature en forme d’anneau porte 18 moteurs électriques qui assurent la sustentation et servent à contrôler l‘assiette. Chacun d’eux entraine son propre rotor. Les rotors génèrent la portance et permettent d’assurer le contrôle du vol, par changement de vitesse différentiel entre les rotors. Contrairement à l’hélicoptère conventionnel, les rotors du Volocopter ne nécessitent pas de réglage du pas. Le contrôle d’assiette et la commande de déplacement sont assurés par plusieurs ordinateurs de bord indépendants et se surveillant mutuellement, qui règlent la vitesse de rotation de chaque moteur. A terme, un propulseur optionnel pourra permettre un vol encore plus rapide.


Aviation verte


Concernant l’évolution de la mobilité, la tendance va clairement vers des technologies respectueuses de l’environnement : à commencer par la voiture, en passant par les vélos électriques, jusqu’au Volocopter. e-volo est la première société à développer un hélicoptère de grande série à propulsion électrique. Il est considérablement plus silencieux et diminue la pollution sonore. La société de Karlsruhe obtient zéro émission en utilisant des sources d’énergie renouvelables via des batteries interchangeables. Actuellement l’autonomie de vol réalisable sur batterie est d’environ 20 minutes, qui passera à une heure ou plus dans un proche avenir. Pour atteindre au plus tôt une autonomie de plusieurs heures de vol, une version du Volocopter biplace sera développée en configuration hybride. Cette version sera dotée d’un moteur auxiliaire à combustion interne entrainant un générateur qui fournit la puissance électrique aux batteries et moteurs. D’autres technologies en cours de mise au point, comme par exemple la pile à combustible haut rendement, pourront également être considérées à l’avenir.


Le Volocopter:

  • est sûr
  • vole comme un hélicoptère
  • est extrêmement simple à piloter
  • devient en Allemagne une classe d’aviation en propre
  • est à motorisation électrique
  • tire son énergie de batteries ou d’un dispositif Hybride
  • est silencieux
  • nécessite peu d‘entretien
  • a un coût d’exploitation extrêmement bas
  • vole jusqu’à une vitesse de 100 km/h
  • poids: Ulm
  • est biplace
  • sert de plateforme pour d’autres véhicules aériens pilotés et sans pilote
  • est doté d`un parachute de secours


Description technique du Volocopter


Le Volocopter, léger grâce à sa structure composite fibres, permet, en plus du vol en croisière, le décollage et l’atterrissage vertical ainsi que le vol stationnaire. La motorisation du Volocopter VC200 est entièrement électrique. Les 18 moteurs électriques sont alimentés par deux batteries indépendantes. A la masse de décollage de 450kg, le VC200 nécessite une puissance d’environ 45 kW pour se sustenter, dépendant de la pression atmosphérique et de la température. Le Volocopter atteint un degré de fiabilité élevé grâce à la redondance. Ce principe, implémenté dans le VC200 au niveau pièces et sous-sytème procure la sécurité du vol. La sustentation est obtenue par plus de rotors bipales indépendants que nécessaires pour soulever son poids. Contrairement à l‘hélicoptère, les pales sont à pas fixe. La pousséée est donc déterminée par la vitesse de rotation des rotors individuels.

Une combinaison appropriée des différentiels de poussée entre les différents rotors assure le contrôle de l’assiette en tangage, roulis et lacet, la puissance générale commande le mouvement ascendant (vers le haut, vers le bas), et, le pas des rotors étant fixe, la composante de translation est induite par l’assiette courante du Volocopter. En combinant l’assiette et la puissance générale, le Volocopter peut se déplacer dans les 6 degrés de liberté (rotation et translation), et de manière induite, dans le plan horizontal ("avant / arrière“, "droite / gauche“) (comme un drone multicoptère). Un système multi-rotor à pas fixe n’est pas naturellement stable, c’est le système contrôleur de vol multi-redondant du Volocopter qui lui procure une attitude très précise et une stabilité bien meilleure que les aéronefs conventionnels. Le Volocopter suit exactement les consignes du pilote et compense de manière largement indépendante les influences externes. Cela soulage le pilote qui peut ainsi piloter le Volocopter en toute sécurité, même dans des conditions ambiantes difficiles.

Le système de contrôle/commande de vol se compose de plusieurs unités totalement indépendantes. Chaque unité comprend un ensemble complet de capteurs, incluant capsule barométrique, gyroscopes, accéléromètres et magnétomètres pour les 3 axes. Chaque unité a la possibilité de contrôler entièrement le VC200. Le Volocopter est entièrement contrôlé d’une seule main avec un joystick. Le pilote contrôle tous les axes via la rotation et les déplacements du joystick. La commande montée / descente est contrôlée via un bouton au niveau du pouce. Pour atterrir, le pilote actionne à fond la commande de descente. Le contrôleur de vol ralentit automatiquement le taux de descente à l’approche du sol et le Volocopter atterrit doucement.

 

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