Un quadrirotor est un appareil volant comportant 4 rotors pour sa sustentation. Les 4 rotors sont généralement placés aux extrémités d’une croix.

On peut aussi placer les rotors aux extrémités d’une structure en forme de H, mais le principe de base consiste à placer les 4 rotors aux 4 coins d’un carré, sur un même plan horizontal.

Il existe plusieurs solutions pour contrer et contrôler le mouvement de lacet :

— Les 4 hélices tournent dans le même sens.L’inclinaison d’au moins un rotor est controlée par un servo, et les autres rotors sont légèrement inclinés pour contrer le mouvement de lacet. Cette solution a été adoptée par certains concepteurs de solutions personnelles, mais est plus compliquée à mettre en oeuvre et moins performante. Un avantage est de pouvoir monter quatre hélices identiques. Un autre avantage, c’est qu’on n’est pas restreint à un nombre pair de rotors. Je ne développerai pas d’avantages cette solution que je ne connais pas.

Stationnaire

— 2 hélices tournent dans un sens, et deux autres dans l’autre. Ceci implique que deux hélices sont en pas direct et deux en pas inverse. Il est nécessaire que chaque couple d’hélice tournant dans le même sens soit placé aux extrémités opposées d’une branche de la croix.

De part sa nature, l’appareil est totalement instable : autant essayer de faire tenir une assiette ( sans la faire tourner ) au bout d’un manche à balai... Pour que l’appareil soit stable, il faut donc un système qui soit capable de contrer toute variation d’inclinaison sans attendre un ordre du pilote : les réflexes humains sont 10 fois trop lents.

Et pour faire varier l’inclinaison de l’appareil, il faut donc pouvoir modifier la poussée indépendemment et rapidement sur chaque rotor.

Comme les hélices doivent procurer une propulsion devant varier rapidement dans le temps, on se retrouve avec la même question que pour les hélicoptères : pas fixe ou pas variable ?

Toutefois, à l’inverse des hélicoptères où le pas variable est plus répandu, le quadrirotor se prête mieux au pas fixe : les moteurs électriques procurent de nos jours toute la puissance souhaitée et les hélices restent petites et légères par rapport à la taille de l’appareil, ce qui lui procure une bonne réactivité. Mais il n’est pas impossible d’imaginer un gros quadrirotor équipé d’un unique moteur thermique et de 4 hélices à pas variable.

Toutefois, nous allons continuer ici avec le modèle à pas fixe, 2 hélices rotatives et 2 hélices contrarotatives.

Voici comment se contrôle ce type de quadrirotor :

— La montée s’obtient en augmentant le régime des quatre rotors.
— La descente s’obtient en diminuant le régime des rotors. La descente est toujours plus délicate car le compromis entre la demande du pilote de descendre et le maintient de la stabilité de l’appareil est plus difficile à obtenir.
 
  —Un virage à gauche sur l’axe de lacet se fait en augmentant la vitesse du couple d’hélice rotatif, et en diminuant la vitesse du couple contrarotatif.
 
 
 
 
 
— Le roulis et le tangage s’obtiennent en augmentant la vitesse d’une hélice, tout en diminuant la vitesse de l’autre hélice du même couple.
 
 
 
 
 
  Il faut donc employer un système de détection électronique ou électromécanique des variations d’assiette :
— Un gyroscope mécanique peut détecter les variations de roulis et de tangage par rapport à l’horizontale.
— Deux gyroscopes piezo-electriques orientés à 90° peuvent détecter les variations de roulis et de tangage.Ils ne détecteront que le mouvement, mais pas la position absolue.
— D’autres systemes peuvent être mis en oeuvre. Par exemple : détection d’horizon par capteur infrarouges.

Les informations concernant l’assiette sont ensuite mixées avec les ordres du pilotes, puis l’information est transmise aux moteurs.

Le pilote commande donc son quadrirotor de la même façon qu’un hélicoptère à pas fixe : par le contrôle des voies gaz/lacet/roulis/tangage.

L’appareil n’a pas de distinction physique permettant de situer un nez ou une queue. L’avant de l’appareil est donc attribué de façon arbitraire et repéré par un signe distinctif ( bras de croix peint en rouge,etc..). Sur certains modèles, on peut même choisir par programme quel coté physique de l’appareil sera "l’avant".

On comprendra donc que tout le savoir-faire du quadrirotor se concentre sur la platine électronique de contrôle : c’est là que se fera la différence entre une machine stable et comme vissée en l’air, avec une machine qui oscille, et réagit abruptement et avec retard aux perturbations athmosphériques.

Evidemment, les moteurs et les hélices doivent être capables d’un minimum de performances :

Plus la poussée totale de l’appareil sera forte par rapport à son poids et plus il y aura de la réserve de puissance sur chaque rotor, donc plus l’appareil aura de puissance pour se stabiliser et sera moins sensibles aux perturbations : il pourra voler par vent léger, ou même par vent fort pour les plus performants.

Sksbir.

Il existe peu de modèles de Quadri pour l’instant en 2008. Mais le moins cher reste le X-UFO de Silverlit.

Voir : Cet article !

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