Un drone haute altitude et à très longue autonomie

par Optimal Aircraft design

ADS-Solar-powered UAV
Parmis les derniers développements de Optimal Aircraft Design, ce drone de haute altitude et grande autonomie, alimenté par l’énergie solaire et capable de voler pendant un an de manière continue.
Ce drone de grande efficacité peut voler un an au dessus de zone de grande latitude à haute altitude.

Un vol continu n’est pas possible partout…

Figure 1 – Zone de vol continu (en rouge)

Le vol continu n’est pas possible partout. La Figure 1 est caractéristique d’un avion à l’énergie solaire donné. Dans la zone 1, la disponibilité est supérieure à 40% et le vol n’est pas possible entre le jour 277 (4 Octobre) et le jour 77 (18 Mars) en raison du manque de soleil.

Dans la zone 6, la disponibilité est supérieure à 90% et le vol ne sera pas possible entre le jour 349 (15 Décembre) et le jour 8 (8 Janvier) pour les mêmes raisons.

Dans la zone 7 vol continu est possible.

Afin d’augmenter la taille de la zone 7, il est essentiel d’optimiser le rendement global de l’ensemble de l’avion et de la propulsion en particulier.

Le rendement global tient compte de l’efficacité des différents composants:

• La taille et l’aérodynamisme de l’avion (poids, configuration générale, …)
• Les cellules solaires
• Le MPPT (Maximum Power Point Tracker)
• Le contrôleur
• La boîte de vitesses, le moteur et l’hélice
• Le processus de charge / décharge

L’objectif est d’avoir la ZONE 7 aussi grande que possible au-dessus de la plupart des régions stratégiques du globe.

Afin d’augmenter la taille de la zone 7, il est essentiel d’optimiser le rendement global de l’ensemble de l’avion et de la propulsion en particulier.

Comment augmenter l’efficience globale ?

1. La configuration générale du drone ADS-énergie solaire sera définie en vue d’améliorer l’efficacité de chaque composant.
Par exemple, pour un avion donné, chaque amélioration de 10% sur le coefficient de traînée de portance nulle, sur l’efficacité du moteur et de la cellule solaire, améliore la latitude maximale possible pour le vol en continu (soit une disponibilité de 100%) de 4° (ce qui étend la zone d’environ 400 km plus au nord)

2. La quantité de cellules solaires et de leur emplacement sur le drone ADS-énergie solaire sont également très importants. La figure de gauche montre la quantité d’énergie qu’il est possible de capturer avec un panneau horizontal en fonction de la période de l’année et l’endroit sur la terre (latitude). La figure de droite montre la quantité d’énergie qu’il est possible de capturer avec un panneau vertical qui suit le soleil.

3. Le drone ADS-énergie solaire sera consacré à sa mission. Sa taille (et le poids) varient selon la charge utile (jusqu’à 30 kg). C’est pourquoi il est nécessaire de réfléchir à une famille d’avions.

4. Ce drone ADS-énergie solaire opérera à haute altitude (20.000m) au-dessus des nuages, hors des plafonds opérationnels normaux de l’aviation et à une altitude où la turbulence et la vitesse du vent sont minimum.

Avantages:

Les principaux avantages par rapport aux satellites d’imagerie terrestre:

• Faible coût d’une couverture locale continue.
• Possibilité de rester à la cible et à suivre la cible
• Rapidement déployable
• Possibilité de mettre à jour l’électronique embarquée pendant la durée de vie du drone

Les principaux avantages par rapport aux ballons:

• Flexibilité de pouvoir repositionner à volonté.

Les principaux avantages par rapport aux UAV classique:

• Pas de limite dans la plage de fonctionnement
• Pas d’entretien, pas de carburant brûlé (pour un moteur 2-temps, la consommation de carburant serait de: 12 166 litres/kW/an)
• Pas de sensibilité à des conditions météorologiques défavorables qui affecte les capacités de surveillance de drones courants