Motorisation Brushless Pour Avion Modèle réduit Février 2012 Propulsion électrique

Préliminaire : Les composants de la motorisation. Hélice Moteur Contrôleur Batterie * Extrait du catalogue ModelMotors

Choisir sa motorisation en 4 étapes. Principe de la méthode : Choisir la motorisation dont la puissance maximale (c.à.d "gaz à fond") correspond aux critères que l’on désire. 1ère étape : Mettre en chiffres les caractéristiques souhaitées pour l’avion. On détermine la puissance maximale demandée à la batterie. 2ème étape : Utiliser une feuille de calcul pour choisir Moteur, Hélice, Batterie. 3ème étape : Consulter sites et catalogues pour faire son choix. 4ème étape : Choisir le contrôleur d’après la tension et le courant maximum qu'il peut supporter.

1ère étape : Mettre en chiffres les caractéristiques souhaitées pour l’avion Prévoir le poids approximatif de l’avion fini : - en le comparant à un autre modèle qui lui ressemble - ou prendre la masse de l’avion sans motorisation et multiplier par 1,5. Savoir le type d’avion que l’on désire : - calme et sécurisant -sportif et dynamique -acrobatique et démonstratif La batterie devra fournir une puissance proportionnelle au poids de l’avion, selon le type d’avion que l’on construit. Les critères usuels sont sur le tableau suivant, dressé d’après l’expérience modéliste.

1ère étape : Puissance par Kilo (W/kg) Vitesse de vol standard (km/h) Le tableau indique l’ordre de grandeur de la vitesse de vol suivant le type d’avion Puissance par Kilo (W/kg) Vitesse de vol standard (km/h) Modèle / vol Sécurisant Dynamique Démonstratif Planeur 100 40 150 60 200 80 Avion 90 250 120 Avion pour vol 3D : plus de 300 W/kg La vitesse de vol intervient pour estimer le pas de l’hélice. La vitesse de vol standard est un ordre de grandeur. Pour des cas plus particulier elle peut être précisée en la comparant à la vitesse de décrochage de l’avion.

1ère étape : Si l’on veut affiner. Prévoir la vitesse de décrochage de l'avion : calculer la charge alaire de l'avion : Ca = Masse de l'avion fini / surface de l'aile. charge alaire de l'aile compensée par la pression dynamique due à la vitesse : Ca = ½ Cz µ v2 . µ est la masse volumique de l'air ≈ 1,2 kg/m3, v la vitesse de l'avion et Cz le coefficient de portance. Le décrochage intervient quand la vitesse est trop petite. Valeur de la vitesse de décrochage Vd en m/s, Ca en g/dm2 Czmax va de 0,8 à 1,environ.

1ère étape : D’après l’expérience modéliste : Pour une bonne performance La vitesse du modèle se compare à la vitesse de décrochage Vd : Modèle 3D, motoplaneur à très forte pente de montée. Motoplaneur, avion lent. Avion standard. Vitesse 1,5 à 1,9 fois Vd 1,7 à 2 fois Vd 2 à 2,5 fois Vd

1ère étape : Un exemple : Avion démonstratif Capable de faire aisément de la voltige. -Envergure : 130 cm, surface alaire : 30 dm². Masse totale prévue 1600 g Puissance désirée 250 W/kg La batterie devra fournir la puissance de 250*1,6 = 400 watts.

1ère étape : Un exemple : Vitesse retenue pour un avion standard :     Vitesse retenue pour un avion standard : 33,5 x 2,2 = 73,7 km/h. Remarque : C’est bien moins rapide que dans le tableau qui combine une équivalence puissance et vitesse. Le but de cet exemple vise une avion de voltige et non de vitesse.

2ème étape : Moteur, Hélice, Batterie. Utiliser une feuille de calcul pour choisir Moteur, Hélice, Batterie. Cette feuille de calcul utilise des formules usuelles qui caractérisent les moteurs et approximativement les propriétés aérodynamiques des hélices. Les grandeurs à entrer se présentent dans un cadre

2ème étape Critère de choix - Avion : Ce sont les chiffres de la première étape. Moteur : Vitesse de rotation à vide = Vbatt x Kv En raison des pertes du circuit électrique le moteur tourne moins vite : coefficient ralentisseur raisonnable : 0,85 Le coefficient de rendement tient compte des pertes du circuit complet . Ordre de grandeur : Faible puissance < 80 W , environ 0,65 à 0,7 Puissance moyenne < 1000 W, environ 0,7 à 0,8 Très forte puissance > 1000W, environ 0,8 à 0,85

2ème étape Critère de choix Le coefficient Kv est choisi par essais successifs d’après les résultats qui s’affichent. Ordre de grandeur pour commencer : - Petits modèles : Kv de 1500 à 1800 Modèles moyens : Kv de 900 à 1200 Modèles approchants 3 kg : 600 à 700 Gros modèles : 200 à 500

2ème étape Critère de choix Batterie : Nombre de LiPo : c’est le nombre d’éléments en série dans un pack, il est indiqué par les termes : 2S, 3S, 4S … La tension nominale d’un pack est : nombre de S x 3,7 volts. Capacité en mAh : c’est la quantité de charge emmagasiné dans la batterie. Plus elle est importante plus la durée de vol est importante, mais plus elle est lourde.

2ème étape Faire des essais jusqu’à être satisfait des résultats. Courant pas trop fort, pour ne pas trop chauffer Ce qu’il faut regarder : Temps de vol suffisant pour se faire plaisir. Hélice de taille raisonnable par rapport à la taille de l’avion

2ème étape Quelques ordres de grandeur Courant pas trop fort : - Petits modèles (en salle) : < 15 ampères Modèles moyens : 20 à 40 ampères Modèles autour de 3 kg : 40 à 60 ampères Gros modèles : 60 et beaucoup plus. Si le courant est trop fort augmenter le nom de S. Temps de vol: Taille de l’hélice : D’après son jugement personnel 1 / 3 du poids de l’avion pour décoller, 2 / 3 ou plus pour une voltige facile . Traction de l’hélice :

3ème étape Consulter sites et catalogues. Quelques indications : En général, actuellement, on devrait trouver : Une batterie dont le poids est inférieur au 1/4 du poids de l’avion. Un moteur dont le poids est de 1/10ème du poids de l’avion, ou moins.

3ème étape D’après l’exemple : Dans le catalogue de Models Motors: Kv voisin de la prévision Refaire la feuille de calcul avec kv = 860. On choisira l’hélice 10x6  ou 10x7 Courant possible nettement supérieur aux 28 Ampères demandés. Poids < 1,6kg/10 : satisfaisant. Petits modèles

3ème étape D’après l’exemple : Sur le site de Miniplanes : Très proche de la valeur désirée Vérifier que la batterie rentre bien à l’emplacement prévu 1 / 4 du poids de l’avion = 400g 334 < 400 : c’est bon. Hélices : par exemple, plusieurs sites proposent de hélices APC E(lectrique) 10x6 ou 10x7

4ème étape Choisir le contrôleur : Faire son choix en vérifiant : qu’il supporte au moins le nombre de S de la batterie. qu’il supporte largement le nombre d’ampères prévus. (une valeur de 30 à 40% en plus n’est pas déraisonnable. Initiales de : Battery Eliminator Circuit Et le BEC ! Il dispense de l’utilisation d’un batterie spécifique de réception. BEC linéaire ou LBEC : mauvais rendement, risque de surchauffe au-delà d’une batterie 3S. BEC à découpage ou SBEC ou UBEC ou … : Bon rendement, utilisable au-delà d’une batterie 3S. (Vérifier le nombre sur la notice). OPTO : pas de BEC , batterie de réception nécessaire, meilleure immunité envers les parasites électriques de la motorisation.

Pour les curieux : les formules de la table de calcul. Temps de vol = Capacité/Courant, + 30%, parce que la consommation diminue un peu en l’air, et le pilote peut parfois « réduire les gaz ». Puissance à l’hélice = Puissance de batterie x Rendement Courant = Puissance de batterie /(3,5 x nombre d’éléments) 3,5 volts = estimation tension LiPo sous fort courant. Vitesse moteur = Kv x Tension de batterie x Cr x (1 + Cr)/2 Cr = Coefficient réducteur, intervient 2 fois, assez arbitrairement, car il y a pertes dans les résistances (batterie, fils de liaison, contrôleur, bobines du moteur) et réduction apparente de Kv aux forts courants. Vent d’hélice = Vitesse / 0,8. La vitesse d’un avion normalement conçu avoisine les 80% du vent d’hélice.

Pour les curieux : les formules de la table de calcul. Pas de l’hélice = Vitesse du vent d’hélice/ Vitesse de rotation.    

C’est fini !!! Toutes ces valeurs peuvent être affinées par des logiciels sérieux : Motocalc par exemple……. Bons vols à tous.