CAPET 3ème Concours

Section : Sciences Industrielles de l’Ingénieur
Épreuve d'admissibilité
Option ingénierie mécanique

Support de l'épreuve : Drone gonflable

Contexte et présentation du sujet

L’utilisation des drones est aujourd’hui très répandue que ce soit pour des applications professionnelles ou ludiques. Afin d’élargir leur domaine d’application à des fonctions ou des environnements plus exigeants, la société DIODON basée à Toulouse a développé deux modèles innovants de drone gonflable étanche et tout-terrain. Le modèle HP30 (figures 1 et 2) est un micro-drone adapté aux missions de sécurité et d’inspection en environnement maritime ou lacustre. Il constitue le support de cette épreuve.

La composition du DIODON HP30 est décrite dans le diagramme de définition de blocs fourni en annexe. Sa structure est organisée autour d’un châssis en matériaux composites. La partie centrale de ce dernier, rigide du fait de sa forme en caisson, constitue un compartiment étanche destiné à abriter l’avionique embarquée : unité centrale, altimètre, GPS, baromètre et autopilote. Les deux extrémités du châssis, de formes demi-cylindriques, participent aux liaisons complètes avec les bras gonflables dont le maintien est assuré par bandes Velcro®. Outre leur fonction de flottabilité, ces bras servent également de support aux quatre moteurs électriques – alimentés par la batterie embarquée – actionnant les quatre hélices. Enfin la charge utile, modulable, est constituée le plus souvent d’une caméra stabilisée mécaniquement sur deux axes et offrant des capacités de prises de vue diurne et nocturne.

Les intérêts d’une structure gonflable sur un tel objet technique sont multiples :

• adaptation à l’environnement aqueux : le drone peut se poser sur l’eau, être brièvement immergé, redécoller à partir d’une surface fluide ;
• robustesse : la déformation réversible des bras gonflables constitue un atout majeur en cas de choc avec un obstacle ou le sol ;
• transportabilité : lorsque ses bras sont dégonflés, le drone peut être replié et glissé dans un simple sac à dos.

Dans cette étude, il est proposé :

• de caractériser, en termes de répartition et de niveau, la masse embarquée du drone pour assurer à la fois l’équilibrage et la flottabilité ;
• d’évaluer la poussée nécessaire en vol stationnaire ou en vol de croisière afin de sélectionner un type d’hélice adapté ;
• d’évaluer la puissance motrice nécessaire à l’obtention des performances de vitesse visées ;
• d’analyser l’influence de la principale innovation du drone – sa structure gonflable – sur sa rigidité, notamment dans des conditions météorologiques dégradées ;
• d’évaluer la capacité de la batterie nécessaire à l’obtention des performances d’autonomie visées.

Chacune des problématiques abordées est associée à un ou plusieurs critères du cahier des charges, lequel est synthétisé dans le diagramme des exigences fourni en annexe.