Dragonfly Pictures invente une nouvelle classe de drones multirotor

Les systèmes de communication et de surveillance en vol stationnaire évoluent grâce aux modules BCM haute tension (HV) de Vicor.

Huit modules BCM HV Vicor sont utilisés pour alimenter les huit rotors indépendants de l'UMAR de DPI, avec la possibilité de partager l'énergie entre les rotors à des fins de redondance.

Les drones à voilure fixe sont capables de traverser l'espace aérien rapidement, mais ils ne sont pas adaptés aux applications nécessitant un vol stationnaire, ce qui est particulièrement important pour les applications de surveillance et de communication aériennes semi-permanentes.

Les premières expériences réalisées avec des dirigeables captifs sans pilote ont mis en évidence un problème fondamental, à savoir l’incapacité de tels aéronefs à rester stationnaire par vent fort. Une nouvelle approche était nécessaire, et Dragonfly Pictures Inc. (DPI) a développé une nouvelle classe de drones, le drone captif à vol stationnaire.

Contrairement aux drones multirotor à batterie qui nécessitent un changement de batterie toutes les 20 minutes, les drones captifs sont alimentés par un câble électrique relié à une station de base. Cela leur permet de rester en l'air pendant des heures, voire des jours. Les drones multirotor captifs DPI sont conçus pour suivre des plateformes hôtes mobiles, notamment des navires, des petits bateaux, des camions ou d'autres véhicules de surface ou de terrain, sans aucun équipage à bord.

Ils offrent plusieurs avantages par rapport aux drones à voilure fixe, notamment grâce à leurs capacités de décollage et d'atterrissage vertical. Aucune piste, catapulte de lancement ni équipement de récupération n’est nécessaire. Contrairement à un dirigeable, ils sont capables de maintenir une position stationnaire, même par gros temps ou lorsque la vitesse du vent change brusquement.

Testés de manière approfondie dans des conditions d'exploitation réelles, ces drones captifs sont en cours de qualification par la marine américaine en haute mer, pour des applications de renseignement, de surveillance et de reconnaissance (ISR), de communication et de vidéo.

Surmonter les défis extrêmes de la conception

Le drone UMAR (Unmanned Multirotor Aerial Relay ou drone multirotor relais aérien) de DPI, de classe militaire/industrielle, résiste à la pluie, à la neige, à la poussière et à la chaleur et il est spécialement optimisé pour les environnements marins salins.

Les drones UMAR sont particulièrement intéressants car ils peuvent assurer plus de 400 heures de service ininterrompu, jusqu'à une altitude de 500 pieds (environ 150 m) grâce au flux d'énergie acheminé en permanence par leur câble. Mais d'importants problèmes de conception sont liés à l'architecture captive. L'énergie doit être fournie au drone multirotor par le navire hôte avec une tension extrêmement élevée et un courant faible pour permettre l'utilisation du câble le plus fin et le plus léger possible, pour conserver au drone une mobilité maximale et lui permettre d'emporter une charge utile plus importante.

Fonctionnant à des niveaux de puissance de 8 à 10 kW, les drones UMAR sont extrêmement puissants et robustes, ce qui leur permet de rester en position stationnaire même en cas de tempêtes violentes. La difficulté est souvent aggravée en cas de gros temps puisque le positionnement du navire hôte se trouve lui-même affecté. Les drones doivent alors disposer de la puissance et de l'agilité nécessaires pour accélérer les rotors contrôlant la portance et le lacet, en rafales plus ou moins longues selon les besoins, afin de maintenir l'altitude, l'assiette et l'orientation avec un temps de réponse instantané.

A bord du drone multirotor, la conversion haute tension doit être réalisée dans le volume le plus faible et avec le poids le plus faible possible. Les huit rotors indépendants des UMAR nécessitent des circuits imprimés sophistiqués et interconnectés. Par conséquent, tout gain de place au niveau des composants de puissance est le bienvenu pour accueillir d'autres composants à valeur ajoutée.

« Grâce aux modules de puissance Vicor, nous avons pu réduire le poids de tous les composants à bord du drone et augmenter son altitude et sa vitesse, tout en transportant la charge utile nécessaire à la mission, » a déclaré Joe Pawelczyk, Vice-Président Opérations de DPI.  « Personne ne peut vraiment rivaliser avec Vicor en termes de densité de puissance, ce qui fait que nous pouvons atteindre des niveaux hors-pair de manœuvrabilité, de performance et de contrôle du vol stationnaire, grâce à leurs composants. Cela permet aux drones captifs DPI de soulever davantage, et de voler plus haut et plus vite. »



Déployés en tant qu'antennes relais RF aéroportées, les drones UMAR étendent la ligne de visée radio du navire de 8 à 30 miles nautiques (15 à 55 km).

Architecture optimisée pour la densité de puissance

Pour relever ce formidable défi énergétique, DPI s'appuie sur les modules Vicor bas profil BCM^® VIA haute tension (HV) pour son UMAR, qui profite ainsi d'une conversion à haut rendement (98%) avec seulement 2% de pertes pour convertir du 800 V en 50 V. La compacité et la polyvalence de montage des BCM HV se sont avérées particulièrement précieuses pour obtenir un système embarqué à forte densité de puissance et également très léger.

Huit modules Vicor HV BCM4414 sont disposés en parallèles pour alimenter les huit rotors indépendants de l'UMAR de DPI, avec la possibilité de partager l'énergie entre les rotors à des fins de redondance. La signature EMI intrinsèquement faible avec peu d'harmoniques haute fréquence, combinée au filtrage EMI intégré des modules Vicor BCM HV, a permis de minimiser le bruit EMI malgré une taille et un poids inférieur à ceux des convertisseurs DC-DC classiques. Sans filtrage, ce bruit pourrait compromettre les communications RF entre le drone et les navires hôtes, ou ne pas respecter les normes EMI.

En plus de ses déploiements actuels dans le cadre de tests avec la marine américaine, la technologie DPI est en cours d'évaluation par plusieurs agences gouvernementales, par des entrepreneurs, et par d'autres entités, et elle se révèle très prometteuse pour d'autres applications comme les interventions de premiers secours en cas de catastrophe ou la surveillance de zones étendues (événements publics, sécurité des stades, etc.).

www.vicorpower.com

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