Compte rendu de la journée “ Essais de drones, essais avec drones ” du 14 mars 2018 au Plessis-Robinson

Cette journée était consacrée aux drones dans les essais, recouvrant les thèmes différents d’essais de drones d’un côté, et de l’autre de leur utilisation comme moyen d’essais. La conférence a été hébergée par MBDA sur le site de Plessis-Robinson. Elle a réuni 22 participants des sociétés Airbus (Defence and Space, Helicopters, Operations), Alliantech, Ariane Group (Airbus Safran Launchers), ATCOM, DGAC, DGA-EV, La Mesure sur Mesure, MBDA, PCB, Prodera, Safran Aircraft Engines, Sopemea  et Zodiac Data Systems.

 

 

Christophe Soutif décrit les projets dans le domaine des drones qu’il a pu suivre durant sa carrière chez Sagem puis Airbus. Les débuts des drones remontent pour lui aux années 1990, pendant lesquelles les plateformes servaient par exemple dans les missions d’attaque antiradar. Peu de drones étaient disponibles à l’époque, les premiers clients ont été l’armée de terre avec des plateformes nommées Crécerelle et Sperwer, déclinées ensuite en différentes versions, aussi pour les clients à l’export.

 

 

Les produits drone chez Airbus se situent dans une gamme de poids de 10 à plus de 500 kg. Les développements en cours ou futurs couvrent des poids de 1000 à plus de 7000 kg, jusqu’à l’Euro Hawk qui, par ailleurs, est actuellement le seul drone à avoir été livré par la voie des airs. Le projet Male 2020 prévoit une coopération européenne entre Airbus, Dassault Aviation et Leonardo, et vise à fournir un drone volant à moyenne altitude et de grande autonomie qui devrait permettre de se défaire de la dépendance américaine. Par ailleurs, des démonstrateurs sont utilisés chez Airbus comme plateformes de validation technologique, aussi d’emport,  et couvrent des poids de 10 à 3250 kg :on y retrouve notamment les projets Sagitta, des véhicules OPV (Optionally Piloted Vehicle) et Barracuda.

 

 

 

La problématique des essais de drones couvre trois domaines distincts : l’instrumentation embarquée, les  autorisations de vol ainsi que les sites d’essais.

 

L’instrumentation embarquée doit satisfaire à plusieurs compromis. En effet, les volumes et énergies disponibles à bord sont limités, alors que la mission de l’instrumentation consiste à acquérir un maximum de données pour les enregistrer et/ou les transmettre vers les stations au sol. Enfin, les contraintes environnementales et d’endurance sont celles d’un aéronef (chocs, vibrations) et demandent donc des constructions robustes. Pour les drones de petite taille, visant des budgets / coûts limités, la difficulté réside dans la fiabilité des matériels utilisés, généralement COTS (Commercial Off-The-Shelf) : ceux-ci demandent à être validés au préalable lors d’essais au sol exhaustifs. Par exemple, des tests en soufflerie, de qualification mécanique statique et thermique, de flutter, d’endurance, etc. sont à prévoir selon les qualifications des matériels et systèmes employés.

 

Les problématiques des autorisations de vols se situent notamment dans la difficulté des démarches. Les vols industriels d’essais sont à diriger sous les restrictions de vol à vue (800 m de portée, 150 m d’altitude-sol), qui sont les mêmes pour le grand public, à l’exception des vols réalisés sur sites militaires ou étatiques.

 

Pour une application militaire pour le client français, à tester sur terrain militaire, l’autorisation de vol est délivrée par le pôle ASA (Architecture et techniques des Systèmes Aériens) de la DGA. Pour des applications civiles ou des applications militaires non destinées au client français, le pole ASA ne peut être mandaté : l’autorisation est à fournir par la DGAC après création d’une ZRT (Zone Réglementée Temporaire).

 

Selon le type de drone et de vols prévus, un référentiel de certification peut accompagner ces démarches. À titre d’exemple, ce référentiel  fut basé sur la JAR-VLA (Joint Aviation Requirements - Very Light Aeroplanes) puis sur le code USAR STANAG 4671 (UAV System Airworthiness Requirements-Standardization Agreement) pour Crécerelle/Sperwer. L’expérience montre que les démarches visant à obtenir une autorisation de vol pour un drone certifié peuvent durer de 3 à 6 mois.

 

La disponibilité des sites d’essai est par ailleurs limitée, les sites étant peu nombreux en France voire en Europe. Quelle que soit la taille des drones, la garantie de non sortie de zone est à respecter pour tous les aéronefs, lents comme rapides.  En conséquence, la validation des systèmes volants se fait de plus en plus à petite échelle ou par briques, en faisant appel à des bancs d’essais volants pour tester par exemples les équipements de mission, à la fois sur voilure fixe et tournante.

 

Enfin, la qualification des personnels est de plus en plus exigeante.

 

 

 

La mission des drones chez Airbus Operations consiste au support des essais en vol, principalement pour offrir des moyens vidéo. La problématique rencontrée n’est pas de type technique mais plutôt réglementaire, car les opérations visées sont sur aéroport, donc à côté d’aéronefs.

 

Les opérations en France ont lieu grâce à un accord avec la DGAC pour le site de Toulouse. À l’étranger, comme par exemple récemment lors d’une campagne d’essais en Espagne, l’obtention d’autorisation peut être bien plus compliquée. Une réglementation européenne future facilitera les démarches.

 

Quelques exemples d’utilisation sont décrits, avec notamment les essais flooded runway sur la base d’Istres. Les drones en tant que moyens d’essais offrent de nouvelles prises de vue, inédites auparavant, notamment au-dessus de la piscine, et aussi plus près de l’avion d’essai. Les essais maximum energy rejected take off ont pu par ailleurs être sécurisés grâce aux drones, qui permettaient une surveillance de l’appareil lors de l’essai sans mettre en péril les personnels au sol, gardés à distance de l’appareil pendant la phase sensible de refroidissement des freins.

 

D’autres applications des drones consistent à remplacer les nacelles d’inspection des fuselages ou les ballons de sondage météo sur site d’essai, demandant dans ce cas une opération exceptionnelle des drones jusqu’à une altitude de 1000 m.

 

 

 

La présentation décrit l’évolution récente des architectures des installations d’essais chez Airbus Helicopters, nécessaire pour faire face aux spécificités de démonstrateurs de drone.

 

Les installations d’essais chez Airbus Helicopters se déclinent ainsi en différentes tailles, selon les types d’essais et donc selon principalement le nombre de paramètres analogiques. Les cycles et coûts sont proportionnels à la taille de ces installations. Afin d’appréhender les essais de façon industrielle, les installations doivent satisfaire à des impératifs de standardisation, modularité, flexibilité et maintenabilité, tout en étant réutilisables à moindre effort sur différents porteurs successifs.

 

Les composants classiques d’une installation sont les capteurs, dont un GPS de grande précision, des systèmes d’acquisition notamment pour paramètres sur axes tournants, l’enregistreur de données à grande bande passante, l’enregistreur d’accident pour une partie des paramètres, la télémesure et les différents outils de visualisation et d’analyse des données à bord. L’architecture traditionnelle repose sur la technologie Ethernet pour transférer la plupart des données, tout en intégrant des passerelles PCM (Pulse-Code-Modulation) pour l’enregistreur d’accident et la télémesure.

 

Afin de réduire le poids, le volume et les demandes énergétiques de l’installation d’essai sur un démonstrateur de drone, différentes modifications de l’architecture sont mises en place. La double utilisation des équipements est notamment recherchée, permettant par exemple d’intégrer un module d’enregistrement dans le système d’acquisition afin de supprimer l’enregistreur de données, moyennant l’utilisation de nouveaux modules d’acquisition à grande bande passante. Les passerelles PCM sont remplacées par la technologie IP, et les systèmes tournants intègrent une transmission sans fil. Visant une durée de mission réduite, le système d’énergie intègre une batterie propre à l’installation d’essai. Tous ces exemples de modifications ne se font pas sans adaptation des outils de mise en place des systèmes, mais aussi des logiques de leur utilisation.

Intervention de MBDA

 

L’utilisation des drones chez MBDA vise à remplacer des porteurs civils pour prises de vue, à servir de cible aérienne à bas coût, mais offre aussi de nouvelles capacités comme la réalisation de relais vidéo/télémesure sur champs de tir.

 

Des mini drones du commerce, liés à des matériels à bas coûts pour les contrôleurs sont à utiliser, dans une organisation de type écosystème. Les types de drones utilisés sont ainsi variés, pour des emports de 0 à 22 kg, permettant d’embarquer du matériel de prise d’image de qualité, sous des structures en bois offrant un excellent rapport poids/robustesse. 

 

Un guidage simplifié du drone peut être rendu possible en boucle fermée grâce au développement d’une télécommande répondant automatiquement à la position et à l’attitude du drone. L’exemple du futur drone Plastron permettra par ailleurs le portage d’une chaufferette, qui servira de cible pour l’illuminateur IR.

 

Une autre application permet le test de portée de télémesure Wifi pour le départ de missile depuis un hélicoptère, en embarquant le matériel à tester et en simulant grâce à 2 drones s’éloignant l’un de l’autre, les vitesses relatives d’éloignement.