Lors de l'achat de drones de lutte contre les incendies équipés de systèmes de largage de charge utile, comment dois-je tester la précision du largage ?

Nous voyons souvent des clients avoir du mal à atteindre leurs objectifs parce qu'ils se fient aux spécifications plutôt qu'à la validation sur le terrain. Voir une charge utile manquer une cible de dix pieds lors d'une démonstration est un cauchemar que nous aidons nos partenaires à éviter.

Pour tester efficacement la précision des largages, établissez une référence en utilisant des largages stationnaires en vol stationnaire au-dessus d'une zone cible marquée de 6,5 pieds. Progressez vers des tests de vol dynamiques à différentes vitesses, mesurez la déviation en anneaux concentriques et vérifiez l'alignement des caméras de ciblage avec le mécanisme de libération physique pour assurer une précision dans le monde réel.

Voici le protocole de test détaillé que nous utilisons pour valider nos systèmes avant qu'ils ne quittent l'usine.

Quelles altitudes et vitesses de vol spécifiques dois-je utiliser pour évaluer la précision du largage ?

Notre équipe de tests en vol à Xi'an passe des centaines d'heures à enregistrer des données de largage à différentes hauteurs pour créer des tableaux balistiques fiables. Sans ces données, même le meilleur matériel échouera en cas d'urgence.

Effectuez des tests de vol stationnaire initiaux à 10 mètres, 30 mètres et 50 mètres pour documenter la dispersion des impacts. Ensuite, évaluez la précision en vol avant en larguant des charges utiles à des vitesses de 5 m/s et 10 m/s, en calculant le décalage balistique nécessaire pour une approche de type bombardier.

Lorsque nous évaluons la précision d'un nouveau modèle de drone de lutte contre l'incendie drone de lutte contre les incendies ¹, nous ne nous contentons pas de le faire voler et d'appuyer sur un bouton. Nous suivons une matrice stricte d'altitudes et de vitesses. Ceci est essentiel car la physique d'un objet en chute libre change radicalement en fonction de votre altitude et de votre vitesse.

Le point de référence du vol stationnaire statique

Vous devriez commencer par le test "Vol stationnaire statique". C'est la base la plus simple. Nous recommandons d'installer une zone cible au sol avec des anneaux concentriques. Chaque anneau doit représenter une distance par rapport au centre (par exemple, 0,5 mètre, 1 mètre, 2 mètres).

• Basse altitude (10 mètres) : À cette hauteur, vous testez le mécanisme de libération lui-même. Le crochet s'ouvre-t-il instantanément ? Y a-t-il un délai ? Cependant, soyez prudent. Si le drone est trop bas, le souffle des hélices (prop wash) peut dévier souffle descendant de l'hélice ² la charge utile de sa trajectoire immédiatement après le largage. C'est un problème courant avec les charges utiles plus légères comme les boules de poudre sèche.
• Altitude moyenne (30 mètres) : C'est une hauteur opérationnelle standard pour de nombreux scénarios d'incendie. Elle maintient le drone en sécurité par rapport à la plupart des flammes, mais est suffisamment proche pour la précision.
• Haute altitude (50 mètres et plus) : À cette hauteur, le cisaillement du vent devient un facteur majeur. cisaillements de vent ³ Même par temps calme, les courants d'air sont différents à 50 mètres qu'au niveau du sol. Vous devez voir dans quelle mesure la charge utile dérive naturellement.

L'approche Bombardier (Vol dynamique)

Lors d'un incendie réel, il est souvent impossible de planer directement au-dessus des flammes. La chaleur intense peut faire fondre les composants en plastique ou endommager la batterie. Par conséquent, vos pilotes devront souvent larguer la charge utile pendant que le drone avance. C'est ce que nous appelons l'approche "Bombardier".

Tester cela nécessite de calculer la projection avant. Si vous volez à 5 mètres par seconde (m/s) et larguez depuis 30 mètres, la charge utile n'atterrira pas directement sous le point de largage. Elle conservera cet élan vers l'avant. élan vers l'avant ⁴

Nous conseillons à nos clients d'effectuer des vols d'essai à des vitesses progressives. Commencez à des vitesses lentes (3 m/s) et passez à des vitesses opérationnelles plus rapides (10 m/s). Vous devez mesurer la distance entre le point de largage (où se trouvait le drone lorsque le crochet s'est ouvert) et le point d'impact. Ces données aident les pilotes à comprendre le "temps d'avance" dont ils ont besoin lorsqu'ils visent un incendie.

Matrice du protocole de test

Pour vous aider à organiser vos tests, nous utilisons un tableau similaire à celui-ci dans notre contrôle qualité interne :

En remplissant un tableau comme celui-ci lors de vos tests d'acceptation, vous vous assurez que le drone fonctionne de manière fiable dans tous les scénarios opérationnels probables.

Comment puis-je vérifier que les caméras et capteurs de ciblage embarqués sont correctement calibrés pour le largage ?

Nous ajustons chaque nacelle et chaque superposition FPV avant l'expédition aux États-Unis, car nous savons qu'une visée désalignée entraîne un échec. Une caméra décalée d'un seul degré provoque des erreurs massives à haute altitude.

Vérifiez l'étalonnage en alignant le réticule FPV à l'écran avec le crochet physique à l'aide d'un fil à plomb. Testez le télémètre laser par rapport à des distances connues et mesurez la latence entre l'entrée et l'action entre la gâchette de la télécommande et l'activation du servomoteur.

La caméra est l'œil du pilote. Si l""œil" ne regarde pas exactement là où la "main" (le crochet de largage) vise, la mission échouera. Nous voyons de nombreux drones moins chers où la caméra est montée sur le nez, mais le système de largage est sur le ventre. Cela crée une erreur de parallaxe qui augmente avec l'altitude.

Le problème de parallaxe

L'erreur de parallaxe se produit lorsque l'angle de vision ne correspond pas à l'angle de largage. Erreur de parallaxe ⁵ Pour tester cela, vous avez besoin d'un fil à plomb, une simple ficelle avec un poids au bout.

1. Maintenez le drone en vol stationnaire à basse altitude (environ 5 mètres).
2. Accrochez un fil à plomb au crochet de largage physique de manière à ce qu'il touche le centre de votre cible au sol.
3. Regardez l'écran de la télécommande. Le réticule numérique à l'écran s'aligne-t-il exactement avec la cible au sol ?
4. Si le réticule est centré à l'écran mais que le fil à plomb est décentré, l'angle de votre caméra est incorrect. Vous devez ajuster le tangage de la nacelle de la caméra ou les paramètres de superposition logicielle. nacelle de caméra ⁶

Vérification du télémètre laser

Les baromètres standard ne sont pas assez précis pour la lutte contre les incendies. La fumée et la chaleur modifient la pression de l'air, ce qui perturbe les capteurs d'altitude du drone. C'est pourquoi nous équipons nos unités SkyRover de télémètres laser ou radar.

Vous devez tester ce capteur par rapport à une mesure connue. Placez le drone à une hauteur mesurée de 20 mètres. Vérifiez l'affichage à l'écran (OSD). Indique-t-il 20 mètres ? S'il indique 18 mètres ou 22 mètres, vos calculs de largage seront erronés. Une erreur de 10% dans la lecture d'altitude peut entraîner un écart important lors du calcul de la trajectoire.

Latence d'entrée (lag)

Un autre problème caché est le " lag d'entrée ". Il s'agit du délai entre le moment où vous appuyez sur le bouton " Lâcher " sur la télécommande et le moment où le servomoteur ouvre réellement le crochet.

En vol stationnaire statique, le lag n'a pas beaucoup d'importance. Mais si le drone vole à 10 mètres par seconde, un délai de 0,5 seconde signifie que le drone parcourt 5 mètres avant que la charge utile ne soit larguée. C'est une erreur énorme.

Vous pouvez tester cela en enregistrant le drone avec une caméra haute vitesse (ou un smartphone en mode ralenti). Appuyez sur la gâchette et filmez le crochet. Examinez les images pour mesurer les images entre l'appui sur le bouton et l'ouverture du crochet. Si le lag est constant, vous pouvez former les pilotes à compenser. S'il est incohérent, le système est peu fiable.

Liste de contrôle de calibration

Utilisez cette simple liste de contrôle pour vérifier votre système de ciblage :

Comment évaluer la capacité du drone à maintenir sa stabilité lors du changement soudain de poids d'un largage ?

Lors de nos premières phases de R&D, nous avons vu un prototype se renverser après avoir largué une lourde boule extinctrice. C'est un spectacle terrifiant, et c'est exactement ce que nous testons pour assurer la sécurité du pilote.

Évaluez la stabilité en mesurant le temps de réponse du contrôleur de vol à une perte de poids soudaine. Le drone doit retrouver son centre de gravité et son altitude de vol stationnaire en quelques secondes sans osciller ni dériver de plus de 1 mètre horizontalement.

Lorsqu'un drone lâche une charge utile, la physique change instantanément. Les moteurs tournent à plein régime pour soulever le poids supplémentaire. Au moment où ce poids disparaît, le drone a trop de poussée. Il va monter en flèche.

Simultanément, le Centre de Gravité (CG) se déplace. Centre de Gravité (CG) ⁷ Si la charge utile était légèrement en avant ou en arrière, le drone piquera ou roulera agressivement lorsque le poids disparaîtra.

Test de l'effet "saut"

La première chose à tester est le saut vertical. Chargez le drone à sa capacité maximale (par exemple, 20 kg pour nos plus grands modèles). Maintenez un vol stationnaire à une altitude sûre. Déclenchez le largage.

Un bon contrôleur de vol détectera immédiatement le pic d'accélération contrôleur de vol ⁸ et réduira la puissance des moteurs. Vous devriez voir le drone monter légèrement – peut-être 1 à 2 mètres – puis se stabiliser à nouveau en vol stationnaire.

Si le drone monte de 10 mètres, le réglage du contrôleur de vol (gains PID) est trop lent. Gains PID ⁹ C'est dangereux car le drone pourrait heurter des obstacles au-dessus, comme des branches d'arbres ou des lignes électriques.

Test de charge asymétrique

De nombreux drones de lutte contre l'incendie modernes transportent plusieurs charges utiles. Par exemple, un support de quatre boules extinctrices. Que se passe-t-il si vous n'en larguez qu'une ?

Le drone est maintenant déséquilibré. Il est plus lourd du côté gauche que du côté droit. Nous testons rigoureusement ce scénario "asymétrique".

1. Chargez le drone avec un poids inégal.
2. Maintenez en vol stationnaire et relâchez un objet.
3. Observez les bras du drone. Un côté s'affaisse-t-il ? Commence-t-il à dériver sur le côté ?
4. Le contrôleur de vol devrait combattre automatiquement ce déséquilibre. Les moteurs du côté lourd devraient tourner plus vite pour compenser.

Évaluation du temps de récupération

Vous devez quantifier la "stabilité" du drone. Nous recherchons le "Temps de récupération". C'est le temps qu'il faut au drone pour cesser de bouger après la chute.

• Excellent : < 1 seconde. Le drone tressaille à peine.
• Acceptable : 1-3 secondes. Le drone vacille mais se corrige rapidement.
• Dangereux : > 3 secondes ou oscillation continue. Le drone entre dans un "oscillation de la mort" ou dérive.

Si vous achetez un drone à charge utile lourde, demandez au fournisseur sa drone à charge utile lourde ¹⁰ "classification "Charge déséquilibrée maximale". Cela vous indique la différence de poids que les moteurs peuvent supporter entre les côtés gauche et droit.

Analyse du journal de données de stabilité

Dois-je tester la précision du largage dans différentes conditions de vent pour assurer la fiabilité dans le monde réel ?

Nous exportons de nombreuses unités vers les régions côtières des États-Unis et d'Europe où les vents sont imprévisibles. Si un drone ne peut viser correctement que dans un entrepôt calme, il est inutile pour un feu de forêt en extérieur.

Testez par vents de travers et vents arrière jusqu'à 12 m/s pour déterminer la vitesse maximale de vent opérationnelle efficace. De plus, simulez les courants ascendants thermiques pour tenir compte de la résistance verticale de l'air trouvée au-dessus des feux actifs, qui modifie la trajectoire de largage.

Le vent est l'ennemi de la précision. Une boule extinctrice de 10 kg a une grande surface. Une forte rafale de vent la fera dévier de sa trajectoire dès qu'elle quittera le crochet.

Vent de travers vs Vent arrière

Vous devez tester différents angles de vent.

• Vent arrière : Si le vent est derrière le drone, la charge utile ira plus loin que prévu. Vous devez viser "court"."
• Vent de face : Le vent repousse la charge utile. Vous devez viser "long"."
• Vent de travers : C'est le plus difficile. La charge utile dérive latéralement. Le pilote doit "dériver" le drone (voler en biais) pour compenser.

Nous recommandons de tester par vent de 5 à 8 m/s, ou d'utiliser de grands ventilateurs industriels si vous testez à l'intérieur (bien que l'extérieur soit préférable). Mesurez la distance à laquelle la charge utile dérive de la cible par rapport à votre référence par temps calme.

Le facteur de courant ascendant thermique

C'est quelque chose que la plupart des acheteurs oublient. Les incendies créent de la chaleur. La chaleur fait monter l'air. Cet air montant (courant ascendant) pousse contre la charge utile qui tombe.

Dans un véritable incendie, une chute par gravité est plus lente que la normale en raison de cette résistance. Cela signifie que la charge utile reste plus longtemps en l'air, donnant au vent plus de temps pour la faire dévier de sa trajectoire.

Bien que vous ne puissiez pas créer en toute sécurité un incendie massif pour les tests, vous pouvez ajuster vos calculs. Si vous larguez au-dessus d'une zone chaude, attendez-vous à ce que la charge utile atterrisse "long" (dépassement) ou dérive davantage. Nous conseillons à nos clients de voler légèrement plus bas pour minimiser le temps que la charge utile passe dans le courant ascendant, à condition que cela soit sans danger pour le drone.

Établir une limite de vent

Chaque drone a une "vitesse maximale de vent en vol", mais il existe également une "vitesse maximale de vent pour une chute efficace"."

• Vitesse du vent en vol : Le drone peut voler sans s'écraser (par exemple, 15 m/s).
• Vitesse du vent de largage : Le drone peut larguer une charge utile avec précision (par exemple, 8 m/s).

Vous devez trouver le deuxième nombre. Si le vent est de 12 m/s, le drone peut peut-être voler, mais la charge utile manquera la cible de 20 mètres. Dans ce cas, vous ne devez pas larguer la charge utile. Vous gaspillez des ressources.

Tableau de correction du vent

Voici un guide simplifié sur la façon dont nous classons les effets du vent pour nos pilotes :

Conclusion

Tester la précision des largages ne consiste pas seulement à atteindre une cible ; il s'agit de vérifier la sécurité et la fiabilité de l'ensemble du système. En testant rigoureusement les variables d'altitude, l'alignement de la calibration, la récupération de la stabilité et la résistance au vent, vous vous assurez que votre équipement fonctionne lorsque des vies sont en jeu. Nous encourageons tous nos partenaires à valider ces métriques pour maximiser leur investissement.

Notes de bas de page

1. La NFPA établit des normes pour l'utilisation d'aéronefs sans pilote dans les services d'incendie. ︎

2. La NASA fournit des rapports techniques sur l'aérodynamique et les effets du souffle descendant des rotors. ︎

3. Définition officielle et informations de sécurité concernant le cisaillement du vent par la NOAA. ︎

4. Ressource éducative expliquant la physique de l'élan en mouvement. ︎

5. Aperçu général du phénomène optique affectant la précision du ciblage. ︎

6. Principal fabricant de nacelles spécialisées pour drones industriels. ︎

7. Manuel officiel de la FAA couvrant les principes de poids et de centrage des aéronefs. ︎

8. Une norme open-source pour les logiciels de pilote automatique de drones utilisés dans les systèmes industriels. ︎

9. Explication du mécanisme de boucle de contrôle utilisé pour la stabilité des drones. ︎

10. Page produit d'un drone de livraison lourd de premier plan utilisé dans l'industrie. ︎