Les châssis de drones constituent la base structurelle des aéronefs sans pilote ; ils supportent les systèmes de propulsion, l’avionique, les batteries, les charges utiles et les systèmes d’atterrissage, tout en garantissant la géométrie nécessaire à un vol stable. Les châssis d’UAV comprennent des configurations de quadricoptères, d’hexacoptères, d’octocoptères, de modèles coaxiaux, pliables, à voilure fixe et hybrides VTOL.
Cette page présente des fabricants de châssis de drones et des fournisseurs de cellules d'UAV, destinés à des applications allant du vol en vue subjective (FPV) et de l'inspection à la cartographie, au transport de fret, à l'agriculture et à la recherche scientifique.
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Fabrication de composites sur mesure et production à cadence élevée par durcissement instantané pour les drones
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Le châssis d’un drone constitue la base structurelle d’un aéronef sans pilote; il supporte le système de propulsion, l’avionique, les batteries, les charges utiles et les équipements d’atterrissage, tout en conservant la géométrie nécessaire à un vol stable. La conception du châssis influe sur le poids, la rigidité, la durabilité, les vibrations, la résistance à la fatigue, la capacité de charge utile et la maintenance.
Le choix du châssis de drone approprié dépend de la configuration et de la mission. Un châssis destiné à un drone FPV compact privilégie la légèreté et l’agilité, tandis qu’un châssis destiné à un drone industriel ou à forte capacité de charge doit pouvoir supporter des systèmes de propulsion, des batteries et des charges utiles plus imposants. Les cellules à aile fixe et à décollage et atterrissage verticaux (VTOL) présentent des exigences différentes en matière d’aérodynamique, de structure et de résistance à la fatigue.
Kits de châssis pour drone Hexsoon EDU v2 de NW Blue
Le châssis d’unquadricoptèrecomporte quatre emplacements de moteur disposés autour d’un corps central. Cette architecture à faible nombre de pièces est courante dans les châssis de petits drones, les châssis de drones FPV, les appareils d’inspection et les plateformes de capteurs compactes.
Les châssis d’hexacoptères prennent en charge six moteurs, ce qui permet de répartir la poussée et les charges structurelles sur des points de propulsion supplémentaires. En fonction de la configuration de la propulsion et des commandes de vol, ils peuvent également offrir une plus grande tolérance en cas de défaillance d’un moteur ou d’une hélice. Ils sont souvent utilisés pour l’imagerie professionnelle, la cartographie et les drones industriels transportant des batteries ou des charges utiles plus volumineuses.
Un châssis d’octocoptère prend en charge huit moteurs pour les applications nécessitant une portance importante. La conception des châssis de drones octocoptères nécessite généralement des plaques centrales robustes, des supports de moteurs, des structures d’atterrissage et des dispositifs de distribution d’énergie capables de supporter des charges concentrées élevées.
Le châssis d’un drone coaxial place des paires de moteurs sur des bras communs, avec une hélice au-dessus de l’autre. Cela permet de réduire l’envergure du châssis, bien que l’interaction aérodynamique entre les hélices puisse affecter le rendement, tandis que les charges concentrées de poussée et de couple nécessitent une réflexion structurelle minutieuse.
La géométrie du multirotor influe sur l’espace disponible pour les composants, le centre de gravité, la répartition des charges et le dégagement des hélices. Les configurations en X sont courantes pour les quadricoptères à usage général, tandis que les châssis de type H et les modèles FPV apparentés peuvent offrir une surface de montage centrale supplémentaire.
Un châssis de drone pliable utilise des charnières, des bras amovibles ou des structures télescopiques pour réduire son encombrement une fois rangé. Les articulations d’un châssis de drone pliable doivent conserver leur alignement, leur rigidité et la sécurité de leur verrouillage malgré les déploiements répétés, les vibrations et le fonctionnement.
Le châssis utilisé sur un drone à voilure fixe répartit les charges entre le fuselage, les ailes, les longerons, les nervures, le revêtement et la queue. La conception des châssis de drones à voilure fixe met l’accent sur l’efficacité aérodynamique, la résistance à la flexion et à la torsion, la résistance au flambage et une faible masse structurelle.
Structures composites prêtes au vol, notamment des cellules de drones, par Fibreworks Composites
Les cellules de type « aile volante » et « aile intégrée » intègrent une grande partie de la structure dans la surface portante. L’emplacement des composants, des surfaces de contrôle, des antennes et des compartiments de charge utile doit s’adapter au volume aérodynamique disponible sans compromettre les chemins de charge structurels ni le centre de gravité.
Dans un VTOL, la cellule combine les équipements de sustentation verticale avec des structures optimisées pour le vol en ligne droite. La conception d’une cellule de drone hybride doit tenir compte des moteurs de sustentation, de la propulsion en croisière, des ailes, des charges d’atterrissage, ainsi que des forces aérodynamiques et structurelles générées pendant le vol de transition.
Les cellules de tiltrotors intègrent des ensembles de propulsion mobiles. Leurs structures doivent conserver leur alignement malgré des actionnements répétés, ce qui impose des exigences particulières aux pivots, aux articulations, aux supports de moteurs, aux actionneurs et aux renforts locaux.
Les matériaux des cellules sont sélectionnés en fonction de leur rigidité, de leur résistance mécanique, de leur poids, de leur résistance à la fatigue, de leur facilité de fabrication, de leur exposition aux conditions environnementales et de leur coût. Le tableau ci-dessous résume les options courantes pour les châssis de drones et la construction des cellules de drones en général.
| Matériau | Caractéristiques principales | Utilisations typiques |
| Composites en fibre de carbone | Rapport rigidité/poids élevé et propriétés adaptables en fonction de l’orientation | Bras, plaques, longerons, structures monocoques |
| Composites en fibre de verre | Bonne résistance mécanique et bonne isolation électrique | Carénages, coques, structures transparentes aux radiofréquences |
| Alliages d’aluminium | Usinables, durables et réparables | Supports, articulations, supports de moteur, châssis centraux |
| Titane | Haute résistance mécanique et résistance à la corrosion | Raccords soumis à de fortes contraintes et composants spécialisés |
| Polymères techniques | Légers et faciles à mouler ou à imprimer | Boîtiers, conduits, supports, structures secondaires |
| Composites en sandwich | Rigidité élevée des panneaux pour un poids réduit | Ailes, fuselages, coques légères |
Un châssis de drone en fibre de carbone est couramment utilisé lorsque la rigidité élevée et la légèreté sont des priorités. La construction de cellules d’UAV en matériaux composites peut également associer du carbone, du verre, des matériaux d’âme et des pièces métalliques locales afin de concilier les exigences structurelles, radiofréquence, environnementales et de fabrication.
La conception du châssis d’un drone doit tenir compte des systèmes qui y sont fixés, car une mauvaise intégration peut entraîner des problèmes de vibrations, de résonance, de température, d’équilibrage, de maintenance, de structure ou d’électromagnétisme.
Une planification intégrée permet d’éviter que le châssis du drone ne devienne plus lourd ou plus complexe que nécessaire à mesure que des systèmes sont ajoutés, tout en conservant des chemins de charge structurels adaptés et une bonne accessibilité.
L’usinage CNC est utilisé pour les pièces en aluminium, les plaques en carbone, les supports de moteur et les interfaces structurelles. Il permet d’obtenir des schémas de perçage précis et une géométrie reproductible pour les composants du châssis des drones, tant au stade du prototype que de la production.
Le moulage et le laminage de composites permettent de produire des coques, des longerons, des ailes et des structures monocoques légères. L’orientation des fibres peut être adaptée aux charges prévues, afin d’apporter rigidité et résistance là où cela est nécessaire, tandis que la mise en couche et le durcissement contrôlés contribuent à maintenir des propriétés structurelles homogènes.
Le moulage par injection convient aux pièces de châssis en polymère, aux capots, aux conduits et aux boîtiers produits en grandes séries. Il permet de regrouper plusieurs éléments en un seul composant, bien que l’investissement en outillage favorise généralement les séries de production plus importantes.
Un châssis de drone imprimé en 3D peut permettre le prototypage rapide, la réalisation de supports sur mesure, de conduits et de structures en petites séries. Un châssis de drone imprimable en 3D doit néanmoins tenir compte des propriétés directionnelles des matériaux, de la chaleur, des charges exercées par les fixations, de la fatigue, de l’adhérence entre les couches et des vibrations.
Les châssis de drones peuvent combiner des adhésifs, des boulons, des rivets, des inserts, des colliers de serrage et des assemblages composites collés. Les méthodes d’assemblage ont une incidence sur la réparabilité, le transfert de charge, le poids structurel, le comportement en fatigue et l’entretien sur le terrain dans le cadre de la conception globale de la cellule du drone.
Selon les missions, les priorités varient en matière de géométrie de la cellule, d’interfaces de charge utile, de protection environnementale, de durée de vie structurelle et de transportabilité.
Une conception axée sur les applications permet d’adapter la masse et la complexité de la cellule aux besoins de la mission, plutôt que d’ajouter des capacités superflues.
Le développement des cellules de drones continue de se concentrer sur la réduction du poids structurel, la simplification de l’assemblage, l’amélioration de l’efficacité structurelle et l’intégration d’un plus grand nombre de fonctions de l’aéronef dans un nombre réduit de composants.
Ces avancées élargissent la gamme d’architectures de châssis de drones légers disponibles pour les aéronefs sans pilote à usage commercial, industriel, de recherche et spécialisé.
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