Que ce soit le Thalès UAS100, le Wingtra Gen2, le SkyEye Tango, ou bien d’autres encore, les drones VTOL (Vertical Take-Off and Landing UAV) représentent une avancée technologique majeure dans le domaine des aéronefs sans pilote. Elle conjugue une capacité de vol rapide et lointain et une flexibilité opérationnelle inégalée offerte par leur aptitude au décollage et à l’atterrissage vertical. Particulièrement précieux dans les domaines tels que la défense ou le maritime, leur efficacité n’en demeure pas moins perfectible et leur ratio prestation/coût ne demande qu’à être amélioré. De plus, par leur grande vitesse et leur voilure quasi-fixe, ils cadrent parfaitement avec le potentiel du vol en formation que présente l’essaim de drones et sa promesse d’économie d’énergie et de gain en performance. L’aérodynamique constitue ainsi un des premiers facteurs d’importance dans le développement et l’optimisation de ces appareils.
Endurance et Performance du drone VTOL
Une base de voilure fixe
L’architecture spécifique du drone, où l’aménagement du poste de pilotage n’existe plus, nécessite souvent dans le cas du VTOL un traitement particulier de l’empennage et des dérives afin de minimiser les interactions avec le sillage des propulseurs verticaux implantés en amont mais aussi avec celle de la propulsion qui, dans bien des cas, se trouve à l’extrémité arrière d’un fuselage court.
Une propulsion multiple
Que la source d’énergie soit hydrocarbure, chimique, hydrogène, solaire, ou un hybride de tout cela, la motorisation d’un drone VTOL se distingue par la nécessité d’assurer deux propulsions distinctes : celle du vol horizontal et celle du vol vertical. Pour la première, la variété des rayons d’actions et la vitesse visée amèneront au choix qui iront de la simple hélice au moteur à réaction. Pour la seconde, l’emploi de deux paires de rotors sera l’architecture la plus commune.
Un long rayon d’action, des vitesses et charges variables
Souvent destinés à assurer des missions longues et lointaines, les drones VTOL présentent des capacités de projection allant typiquement de 50 à 300 kilomètres, et ceci à des vitesses de croisière pouvant varier de 50km/h jusqu’à 350km/h et parfois même plus. Du fait de la nécessité technico-économique de concevoir des drones multi-missions et multisectoriel, les VTOL sont aujourd’hui développés avec une grande modularité d’emport pour tout type de charges.
Evolution en Essaim des drones VTOL
Une aptitude aux vols en formation
Sous réserve de la capacité de gestion des autopilotes, ces drones VTOL présentent de réelles dispositions pour le vol en essaim. Ceci s’explique notamment par leur vitesse de déplacement relativement élevée ainsi que par des géométries à voilure fixe qui vont générer des sillages intéressants caractérisés par des incidences ascendantes favorables aux drones suiveurs. Parmi les configurations possibles nous retrouverons ici les formations de type « vol en V » illustrées dans la nature par les oiseaux migrateurs.
Une optimisation des interactions aérodynamiques
L’incidence ascendante apporte une sustentation naturelle dont bénéficie la portance. Ainsi pour une même masse le travail aérodynamique demandé à la structure et aux moteurs se trouve réduit. De plus les décollements sur le fuselage de l’appareil ont également de bonnes chances d’être réduits. En conséquence l’efficacité énergétique des drones se trouvent grandement améliorés dès lors qu’ils se trouvent dans une position optimisée au sein de l’essaim.
Une bonne efficacité en maîtrisant les coûts
Rappelons que l’essaim ne nécessite qu’un minima de deux drones pour exister, et bien que cette configuration soit légère, elle apporte déjà des gains conséquents en économie d’énergie de déplacement. Notons également que ces gains sont redistribuables de manière homogène si une stratégie de rotation se met en place. Ainsi la maîtrise le coût de production et d’opération d’un drone VTOL n’est pas seulement intrinsèque à l’appareil et à son développement car elle peut aussi se faire via la fonctionnalité du vol en essaim qui augmentera de façon importante l’efficience de la mission.
Applications et croissance des drones VTOL
Avec des performances favorables aux domaines de la défense, dans la logistique, dans le secteur de la surveillance notamment maritime, les drones VTOL représentent une part significative du marché actuel et futur des drones. Celui-ci présente une croissance mondiale estimée entre 20 et 25% jusqu’en 2030 pour y atteindre une valeur entre 4,5 et 5 milliards de dollars. Dominé par les petits appareils de moins de 25kg qui représenteront presque la moitié de ce marché, ils n’en demeurent pas moins que tout optimisation de leur performance aéro-énergétique, notamment via la capacité à voler en essaim, constituera un avantage compétitif de premier ordre pour s’imposer.
