L’avenir de la propulsion électrique dans les drones

Les véhicules aériens sans équipage (UAV) (également appelés sans équipage) deviennent de plus en plus populaires chaque année et, par conséquent, la demande de systèmes de propulsion électriques l'est également. Les fabricants et les développeurs ont besoin de composants fiables pour assurer à leurs unités une locomotion et une mobilité aérienne adéquates. 

De plus, les moteurs électriques sont désormais incontournables dans l’industrie. Les drones équipés de moteurs conventionnels sont soit trop chers, soit trop lourds, ou les deux, ce qui fait des appareils alimentés par batterie la norme, en particulier dans les segments des micro, petites et moyennes tailles. Même là où les moteurs à combustion sont nécessaires, les options hybrides contribuent à l’omniprésence de l’énergie électrique.

Cependant, les systèmes de propulsion électrique ont récemment subi de nouvelles modifications. Les fabricants créent des systèmes toujours plus avancés qui offrent une efficacité, des performances et une durabilité encore plus grandes, permettant des applications de drones plus pratiques. Il s’agit notamment de l’agriculture de précision, de l’inspection des infrastructures, des opérations de recherche et de sauvetage et de la surveillance environnementale, pour n’en citer que quelques-uns.

Comment la propulsion électrique des drones a évolué

De nombreux commentateurs pensent que les moteurs électriques sont essentiellement un fil de cuivre enroulé qui crée un mouvement de rotation lorsque le courant le traverse. Et bien sûr, c’est vrai : c’est précisément ainsi que fonctionnent les systèmes. 

Cependant, les améliorations apportées à la propulsion par moteur électrique au fil des années ont été palpables. Les conceptions ne sont pas statiques mais évoluent continuellement pour refléter les nouvelles connaissances et pratiques. 

Par exemple, les premiers moteurs électriques avaient une faible puissance de sortie en raison de la conception à balais où les balais de charbon établissaient un contact électrique avec le communicateur rotatif, permettant au courant de circuler à travers les enroulements. 

En revanche, la plupart des applications modernes utilisent des moteurs électriques sans balais dotés de signaux électroniques pour contrôler la polarité du champ magnétique. Ceux-ci éliminent le besoin de brosses physiques pour communiquer le courant, ce qui conduit à des unités plus durables. 

La demande de moteurs électriques a également considérablement augmenté ces dernières années, car les applications pour les groupes motopropulseurs légers explosent. Auparavant, vous aviez suscité l'intérêt des développeurs de trains miniatures et des départements d'électronique des écoles. Cependant, les secteurs de la défense, de la logistique, de la surveillance et des services commerciaux veulent tous ces moteurs désormais. 

Principales avancées dans les systèmes de propulsion électrique des drones

Alors, quelles sont les avancées qui se produisent actuellement et pourquoi devraient-elles nous enthousiasmer ?

Rapports puissance/poids plus élevés

L’un des principaux développements concerne l’amélioration constante du rapport puissance/poids. Les moteurs électriques sont de plus en plus performants et plus faciles à décoller du sol. 

Par exemple, le moteur sans balais Sparrow Series APM30 Kv300, disponible chez ePropelled, peut produire plus de 380 W de puissance mais ne pèse que 125 g, soit à peu près le même poids qu'un grand sac de Doritos. 

De plus, il est petit, mesurant seulement 41,8 mm de diamètre tout en produisant une poussée de 2,2 kg grâce à ses matériaux hautes performances. 

Les composants essentiels et la conception sont similaires aux itérations précédentes – comme les aimants, les enroulements et les roulements – mais l'unité est de qualité supérieure. En tant que tel, il dure plus longtemps, ce qui le rend plus adapté aux applications industrielles. 

Meilleur refroidissement et gestion thermique

Les moteurs électriques bénéficient également d’un refroidissement et d’une gestion thermique supérieurs. Les fabricants mettent en œuvre des matériaux avancés ayant fait leurs preuves dans ces applications. 

Par exemple, le moteur sans balais Sparrow Series APM80 Kv230 est doté d'aimants permanents et de roulements pour une durée de vie plus longue. Cette construction robuste lui permet de fonctionner pendant de longues périodes dans des environnements difficiles, tout en conservant des performances à long terme. 

Ces changements surviennent plus rapidement que ne le pensaient de nombreux commentateurs du secteur. Les systèmes de propulsion électrique deviennent des foyers de progrès et d’expérimentation en science des matériaux. 

Efficacité optimisée

Les fabricants s’attaquent également aux problèmes d’efficacité des moteurs électriques. Les ingénieurs repensent les conceptions à partir des principes premiers, se demandant si des changements fondamentaux pourraient produire de meilleures unités. 

Une approche a consisté à améliorer la configuration des pôles magnétiques. Les fabricants étudient des moyens d'augmenter le nombre de pôles (afin de réduire le colmatage) et d'utiliser des réseaux Halbach, qui améliorent le champ magnétique adjacent d'un côté tout en annulant l'autre. 

L'optimisation du rapport entre les pôles et les emplacements du stator fait partie de ce processus. Les ingénieurs pensent que l’amélioration de ces dispositions peut accroître l’efficacité en réduisant considérablement les ondulations de couple. 

Enfin, l’équilibrage dynamique joue un rôle dans l’optimisation de l’efficacité. Ces systèmes permettent aux drones de maintenir leur poussée même lors d’un changement de direction sans perte d’énergie significative. 

Gestion supérieure de la batterie

Les systèmes de propulsion électrique des drones connaissent également des progrès dans la gestion des batteries. Les ingénieurs explorent des méthodes spécifiques aux applications pour améliorer l’efficacité tout en réduisant les pertes de chaleur. 

Des batteries à plus haute densité énergétique (comme le lithium-soufre et les batteries à semi-conducteurs) sont à l’étude. Ceux-ci peuvent théoriquement dépasser la densité énergétique du lithium-ion conventionnel, ouvrant ainsi la voie à de nouveaux niveaux d’efficacité. 

Cependant, le moteur lui-même fait également l’objet d’améliorations. Par exemple, beaucoup disposent désormais de systèmes intelligents de gestion de batterie qui optimisent la répartition de l’énergie entre les enroulements. 

Certains disposent également de systèmes adaptatifs d’allocation de puissance, permettant des changements en temps réel de l’énergie atteignant le moteur en fonction de la dynamique de vol. Les entreprises explorent des systèmes intelligents pour réduire la consommation d’énergie lorsque cela n’est pas nécessaire en cours de vol. 

La descente régénérative est également testée. Ces systèmes permettent aux moteurs de propulsion électrique de charger leurs batteries lorsque le drone ou le drone perd de l'altitude. 

Durabilité améliorée

Enfin, nous voyons des ingénieurs développer des systèmes de propulsion électrique et donner la priorité à une durabilité améliorée. De nouveaux matériaux et concepts arrivent sur le marché, permettant aux drones de résister à des conditions difficiles. 

Par exemple, les moteurs Sparrow sont équipés de moteurs classés Ingress Protection (IP) qui résistent à la poussière, à l'eau et à d'autres intrusions, permettant aux unités de durer plus longtemps. Même les conditions météorologiques difficiles et poussiéreuses n’affectent pas le fonctionnement. 

Avantages des systèmes de propulsion électrique modernes pour drones

Les avantages de l’utilisation de systèmes de propulsion électrique modernes pour drones sont nombreux. Ces unités sont beaucoup plus puissantes et performantes que leurs homologues d’il y a quelques années à peine. Voici trois des principaux avantages : 

Temps de vol plus longs. Des moteurs plus légers signifient que les drones peuvent rester dans les airs plus longtemps. Ces durées opérationnelles plus longues ouvrent de nouvelles opportunités aux opérateurs de drones. Cela signifie que les drones peuvent passer plus de temps à inspecter et à observer, et moins de temps à se recharger. 

• Réduction du bruit. Les unités sans balais avancées d'aujourd'hui sont silencieuses, ce qui permet à la majeure partie de l'énergie de la batterie d'être consacrée à un travail utile (c'est-à-dire maintenir l'engin en l'air). 

• Rentabilité. Faire fonctionner un moteur électrique efficace, comme celui de Sparrow, rend les drones volants moins chers à long terme. Ils ne nécessitent tout simplement pas autant de charge. 

De plus, et suite à une demande croissante dans un large éventail de secteurs commerciaux, les nouveaux moteurs électriques offrent une empreinte carbone plus faible. 

L’avenir des systèmes de propulsion électrique des drones

L’avenir de la propulsion électrique des drones s’annonce encore plus excitant. Même si les développements actuels sont impressionnants, ils ne sont rien en comparaison de ce qui pourrait se produire.

Technologies de batterie avancées

La technologie avancée des batteries est un domaine de recherche passionnant. Les corriger pourrait conduire à d’énormes améliorations des temps de vol. 

Les batteries à semi-conducteurs sont peut-être actuellement les plus prometteuses. Ceux-ci sont plus légers et plus sûrs que les batteries Li-ion conventionnelles et capables de fonctionner à des températures plus élevées. 

Le lithium-soufre (Li-S) est encore plus prometteur. Ces batteries ont une densité énergétique cinq fois supérieure à celle du lithium-ion, ce qui révolutionnerait l’endurance des drones. Le soufre est abondant dans la croûte terrestre, ce qui en fait le matériau idéal si les chercheurs parviennent à perfectionner la technologie. 

Les piles à combustible à hydrogène sont une possibilité, offrant des temps de vol plus longs que les batteries (maintenant les drones dans les airs pendant des heures), et non quelques minutes. Cependant, ils peuvent augmenter le poids du système, réduisant ainsi son utilité et son caractère pratique. 

Moteurs à flux axial

Un autre domaine de recherche concerne les moteurs à flux axial. Ce sont des modèles à haut rendement et à forte puissance, offrant beaucoup de couple dans un design compact. 

L’objectif de ces moteurs est de libérer de l’espace sur les drones pour transporter plus de charge utile. Moins les moteurs occupent d’espace, plus il y a de place pour les opérations. 

Enroulements de nanotubes de carbone

L’industrie pourrait également assister à l’avenir au développement d’enroulements à base de nanotubes de carbone. Ceux-ci sont fabriqués en enveloppant des feuilles de graphène dans des tubes au niveau moléculaire, permettant une conception supérieure. 

Les enroulements de nanotubes de carbone sont intéressants car ils sont plus légers et plus conducteurs que le cuivre conventionnel. Par conséquent, ils pourraient offrir un meilleur rapport puissance/poids que les systèmes existants tout en utilisant un matériau bon marché et abondant (le carbone). Les ajouter aux moteurs électriques pourrait améliorer davantage leurs champs magnétiques, leur permettant de fonctionner avec une consommation d’énergie inférieure. 

Moteurs supraconducteurs

Les moteurs supraconducteurs sont une autre possibilité. Ceux-ci utiliseraient des matériaux et des aimants spéciaux pour réduire davantage la friction et augmenter l’efficacité. 

Les physiciens connaissent la supraconductivité depuis longtemps, mais y parvenir à température ambiante était un défi. Cependant, des matériaux spéciaux pourraient convertir près de 100 % de l’énergie électrique entrante en force mécanique, réduisant ainsi la sollicitation inutile des batteries si les scientifiques pouvaient les découvrir et les produire à grande échelle. 

Systèmes contrôlés par l'IA

Les systèmes de moteurs contrôlés par l’IA sont également une possibilité. Celles-ci s’appuieraient vraisemblablement sur les puces de gestion adaptative de l’énergie existantes, ajoutant une couche supplémentaire d’apprentissage automatique au mélange. Cette intelligence accrue conduirait probablement à de meilleures décisions globales en matière de gestion de l’énergie, qui profiteraient à la fois à l’unité et à son propriétaire. 

Transfert d'énergie sans fil

Enfin, il pourrait être possible d’utiliser des méthodes de chargement par micro-ondes ou par laser en cours de vol pour propulser les drones. Ces systèmes pourraient maintenir les drones dans les airs plus longtemps, leur permettant ainsi d’effectuer des travaux critiques avant de retourner à la base. 

Cette opération continue sans atterrissage est utile pour les applications de surveillance dans l'armée. Le transfert d’énergie sans fil donnerait plus de temps aux opérateurs pour effectuer leur travail. 

La surveillance pourrait également s’effectuer en continu sans atterrissage, réduisant ainsi la nécessité d’une rotation complexe des drones. Chaque unité aurait son « port de tir », où elle pourrait surveiller la situation et faire rapport à la base. Des recherches sont en cours dans ce domaine, mais des recherches plus approfondies sur la sécurité sont également nécessaires.

En fin de compte, l’avenir de la propulsion électrique est passionnant et ePropelled sera à l’avant-garde. Nos systèmes offrent des conceptions durables et légères pour maintenir les appareils en vol plus longtemps et notre engagement envers l'innovation garantit que nous sommes à l'épreuve du temps dans l'industrie dynamique et importante des drones.