PPE Sciences de l’ingénieur 2015-2016 Drone Parrot 2.0 1 1

Sommaire: Introduction Recherche Théorique Simulation Test réel Comparaison Conclusion 2 2

I) INTRODUCTION Drone Parrot 2.0 3 3

Qu’est ce qu’ un drone ? Un drone est un aéronef télécommandé, c’est-à-dire sans pilote à bord et qui a une électronique et une caméra embarqué. 4 4

Cahier des charges Quel est l’enjeu de notre project ? Lors de manifestations qui rassemblent une grande foule (match de foot, marathon,…), il est important de pourvoir assurer la sécurité des participants. Cette sécurité passe par la surveillance en temps réel et surtout au plus près des participants. Cette surveillance doit pouvoir s'adapter rapidement au type de manifestation sans la perturber et surtout ne pas mettre en danger les personnes présentes. 5 5

Problématique : L'utilisation d'une surveillance aérienne peut-elle assurer de manière sûre la sécurité d'un rassemblement important de personnes? Cette surveillance fait-elle courir un risque aux participants de ce rassemblement? 6 6

maximum maximum maximum maximum FONCTIONS DE SERVICE CRITERES NIVEAUX FLEXIBILITE FP1 Permettre à un utilisateur de surveiller une foule sureté de la surveillance distance de la commande : 150 mètres maximale maxi f0 f2 FC1 Ne pas mettre la foule en danger altitude mini du survol: 5m altitude minimum du survol: 50m .+/- 10% +/- 10% f1 f1 FC2 Etre facilement pilotable par l'utilisateur utilisation d'une tablette, d'un smarphone, I pode obligatoire f0 FC3 Connaitre en permanence la position du drone localisation visuelle : distance 150m géolocalisation : sur écran maxi f1 f0 FC4 Avoir une grande autonomie temps de vol : 12min temps de recharge : 1h30 mini maxi FC5 Etre stable en vol assiette : 10° roulis : de +10° à-10° tangage :de +10° à-10° vitesse du vent: : 15 km/h maximum maximum maximum maximum f0 f0 f0 f0 FC6 Avoir des performances de vol acceptables vitesse en montée : 2 m/s vitesse en déplacement : 18 km/h Vitesse de rotation sur lui même : 350°/s   7 7

Diagramme bête a cornes : Drone Utilisateur (agent de surveillance) La surveillance d'une foule Pouvoir surveiller une foule en temps réel avec une réactivité importante et dans la plus grande sécurité des personnes présentes. 8

(agent de surveillance) Diagramme pieuvre : FC2 FC1 Drone Utilisateur (agent de surveillance) autonomie foule à surveiller FP1 FC4 FC3 localisation Stabilité FC5 9 6

Réglementation : 10 Ne pas survoler de personnes Ne pas faire voler le drone à une altitude supérieure à 150m Ne jamais perdre son drone de vue Ne pas faire voler son drone dans une agglomération Ne pas faire voler son drone à proximité d’un aérodrome Ne pas faire voler son drone à proximité d’un site sensible (caserne militaire, centrale nucléaire, …) Ne pas faire voler son drone de nuit Respecter la vie privée des personnes Respecter le droit à l’image 10

II) Recherche théorique sur le drone Drone Parrot 2.0 11 1

Comment fonctionne une drone ? 12

Sens des hélices : 13

Mouvement de roulis et de tangage Modifier la position du drone : Mouvement lacet Mouvement de roulis et de tangage 14

Performance attendu par de constructeur : La vitesse de déplacement linéaire maximum est de 5 m/s ou 18 km/h. La vitesse de déplacement verticale est de 2 m/s. La vitesse de rotation maximum est de 350° par seconde. La vitesse de l’hélice peut varier entre 1350 tr/min et 5400 tr/min. Nous devons donc vérifier ces valeurs a l’aide de Calcul, de simulation et test sur le modèle réel. 15

Recherche des formules a utilisés : Force de traction d’une hélice et du drone: T: La force de traction du drone (en Newton) ρ: La masse volumique de l’air (en kg.m-3) n: la vitesse des hélices (en tr.s^-1) D: diamètre de l’hélice (en m) 16

Equation de mouvement sur l’axe z : Tout d’abord il faut déterminer l’accélération sur l’axe z, il faut utiliser la 2eme Loi de Newton: Système : drone Référentiel : terrestre dit galiléen. 17

𝑎(𝑡)= 𝑇−𝑃 𝑚 𝑣(𝑡)= 𝑇−𝑃 𝑚 𝑡+𝑣(0) 𝑧 𝑡 = 1 2 𝑇−𝑃 𝑚 𝑡²+𝑣 0 𝑡+𝑧(0) 𝐹 𝑒𝑥𝑡=𝑚 .𝑎 𝑃 + 𝑇 =𝑚. 𝑎 𝑇−𝑃=𝑚.𝑎z 𝑎𝑧= 𝑇−𝑃 𝑚 𝑎(𝑡)= 𝑇−𝑃 𝑚 𝑣(𝑡)= 𝑇−𝑃 𝑚 𝑡+𝑣(0) 𝑧 𝑡 = 1 2 𝑇−𝑃 𝑚 𝑡²+𝑣 0 𝑡+𝑧(0) 18

𝑎 =𝑐𝑠𝑡 𝑣 =𝑎.𝑡+𝑣0 𝑥 𝑡 = 1 2 .𝑎.𝑡²+𝑣0.𝑡+𝑥0 Equation de la trajectoire du drone sur l’axe x : 𝑎 =𝑐𝑠𝑡 𝑣 =𝑎.𝑡+𝑣0 𝑥 𝑡 = 1 2 .𝑎.𝑡²+𝑣0.𝑡+𝑥0 19

Equation de la capacités de la capacités de charge : Pour calculer la capacités de charge il faut appliqués la 2eme loi de Newton avec 3 Forces : P le poids du drone, T la force de traction du drone, et F une force inconnue que l’on cherche: 20

∑ 𝐹 𝑒𝑥𝑡=0 𝐹=−(𝑚.−𝑛 𝜌. 𝑁 2 . 𝐷 4 .𝐶𝑡 ) 𝑃 + 𝑇 + 𝐹 =0 𝑇−𝐹−𝑃=0 𝐹=𝑃−𝑇 Appliquons la 2eme loi de Newton: Système : [Drone + poids F] Référentiel : Terrestre dit galiléen. ∑ 𝐹 𝑒𝑥𝑡=0 𝑃 + 𝑇 + 𝐹 =0 𝑇−𝐹−𝑃=0 𝐹=𝑃−𝑇 𝐹=−(𝑚.−𝑛 𝜌. 𝑁 2 . 𝐷 4 .𝐶𝑡 ) 21

𝐹=−(𝑚.−𝑛 𝜌. 𝑁 2 . 𝐷 4 .𝐶𝑡 ) Avec : F : Force que peut soulever le drone. (en N) m : Masse du drone (en kg) n : nombre d’hélice du drone. ρ : Masse volumique de l’air. (en kg.m-3) N : Vitesse des hélices (en tr/s) D : Diamètres des hélices (en m) 22

III) Modélisation Drone Parrot 2.0 23 1

IV)Essaie Réel et expérimentation Drone Parrot 2.0 24 1

Calcul du coefficient de traction 25

𝐶𝑡= 𝑇 𝜌.𝑁².𝐷^4 26 D’où : Avec : T= Force de traction (en N)   Avec : T= Force de traction (en N) Ct=Coefficient de traction ρ = Masse volumique de l’air (en kg/m3) N=vitesse de l’hélice (en tr/s) D= diamètre de l’hélice (en m)    26

Valeur mesurer 𝐶𝑡= 1,1 1,225∗ 73,2 2 ∗ 0,19 4 𝐶𝑡=0.137 En effectuent les mesures : Vitesse des hélices = 4392 tr/min Valeur de la balance = 260 g -> 2,6 N Soit le drone soulève 1,1 N (car 3,8-2,6=1,1) 𝐶𝑡= 1,1 1,225∗ 73,2 2 ∗ 0,19 4 𝐶𝑡=0.137 27

2. Détermination de la vitesse sur l’axe x maximum 28

Avec un classeur excel nous avons calculer la vitesse moyenne du drone : 1,855 m/s 29

3. Détermination de la vitesse sur l’axe z 30

Avec un classeur excel nous avons calculer la vitesse moyenne du drone : 5,268 m/s 31

3. Vitesse de rotation maximum 32

On mesure le temps de rotation du drone : On fait faire 10 tours au drone et on mesure le temps. 12,3 secondes 10 tours 1,23 secondes 1 tours 1 tour 0,813 tr/s 360° 292,68 dg/s 33

V)Comparaison Drone Parrot 2.0 35 1

1. Vitesse maximum sur l’axe z Attendu : 2 m/s 2,972 m/s Simulé 1,855 m/s Réel : 7,25% 60% 37,6% 35

2. Vitesse sur l’axe x 5% 36 Attendu : 18 km/h 5,268 m/s  18,9648 km /h Réel: 5% 36

3. Vitesse de rotation Attendu : 350°/s 292,98°/s Réel : 16,2% 37

Conclusion 38