LF 1

ULM ELECTRIQUE Louis FOURDAN 7 avril 2011 IUT-Ville d’Avray LF (46 diapos) 2

REGLEMENTATION ULM ULM = aéronef , FFPLUM (Fédération française) < 300 kg monoplace (330 kg si amphibie) < 450 kg biplace (495 kg si amphibie) < 315 kg monoplace avec parachute < 472.5 kg biplace avec parachute P max 45 kW mono P max 60 kW biplace V atterrissage à 65 km/h (vitesse de décrochage < 65 km/h) Charge alaire < 30 kg/m2 Puissance max continue LF 3

Catégories ULM Paramoteur (à pied ou chariot) classe 1 Pendulaire (delta) classe 2 Multi-axe classe 3 Autogyre (60 kW mono, 80 kW bi) classe 4 Aérostat ultra léger classe 5 < 2000 m3 (air chaud) < 900 m3 (hélium) LF 4

HISTORIQUE 1883 Gaston Tissandier : Dirigeable électrique …. 1979 Solar riser 1980 Gossamer Penguin (solaire) 1981 Solar challenger 1983 Solair 1 1990 Sun seeker 1992 Antares 20E 2006 Paramoteur électrique : Czaba Lemak 2007 e-Souricette et Electro Trike 2009 Pouchelec APEV 2009 e-Cri-cri (bimoteur) 2010 Luciole MC25E LF 5

Autonomie des batteries? Puissance pour voler ? Puissance pour décoller 10-12 kW … Puissance en vol de croisière 4 kW ….. Autonomie des batteries? Une heure 5-8 kWh Poids (Lithium) 50-80 kg LF 6

Hélice Traction statique 50-100 kgf Vitesse d’éjection (pas-pitch) 90-160 km/h Le produit est en gros proportionnel à la puissance Paramoteur 8-10 kW Pendulaire 10kW Planeur électrique 10-20 kW Avion électrique 10-40 kW Hélicoptère électrique ? LF 7

Usure des balais (pour les fortes puissances) Démarre facilement Moteurs à balais Usure des balais (pour les fortes puissances) Démarre facilement Contrôleurs existent (Alltrax) Marques : Lynch, Agni, LEM, Perm, NetGain LF 8

Moteurs brushless PM-BLDC Commutation par Mosfets Contrôleurs existent (Kelly, Sevcon ..) Marques : Parawatt, Flytec, Yuneec, Enstroj, Mars-Etek Excellent rendement Bonne densité 2 à 2.5 kW/kg LF 9

Moteurs à cage d’écureuil Moteurs dits à induction AC Excitation sinusoidale triphasée Contrôle vectoriel (amplitude-fréquence) Moteur utilisé par la voiture TESLA LF 10

OU UN PEU DE THÉORIE … FORCE DE LAPLACE (LORENTZ) INTERACTIONS MAGNÉTIQUES Rotor = aimants permanents Stator = Champ magnétique « tournant » par commutation de l’excitation des bobines, en général triphasée et par impulsions LF 11

FORCE DE LAPLACE (LORENTZ) http://www.univ-lemans.fr/enseignements/physique/02/electri/forcelaplace.html FORCE DE LAPLACE (LORENTZ) F = B I dL N B F I Main droite S Fendt LF 12 http://www.univ-lemans.fr/enseignements/physique/02/electri/forcelaplace.html

PM-BLDC Rotor interne : inrunners Rotor disque / flux magnétique axial Rotor externe : outrunners Rotor interne : inrunners Rotor disque / flux magnétique axial (Avec ou sans encoches - slotted or slotless) LF 13

AIMANTS Taille/forme : parallépipède Force .. N40, N45, N48, N50 Néodyme (NdFeB) Poudre frittée + protection Nickel ou Or Taille/forme : parallépipède Force .. N40, N45, N48, N50 Magnétisation dans l’épaisseur Gamme de température LF 19

Kv rpm/V coefficient de vitesse Rm ohm résistance phase-phase PARAMETRES DE BASE Kv rpm/V coefficient de vitesse Rm ohm résistance phase-phase Io A courant à vide (@ tension V) = pertes fer (Kt Nm/A) coefficient de couple Produit Kv Kt = CONSTANTE 15 LF

Point de fonctionnement (couple ou courant I) Tension V Puissance Eta max Vitesse rpm rendement courant I max Zone utile Couple résistant Nm blocage 16 LF

CONTROLEURS DE VITESSE Difficile à faire soi-même Prix de 600 à 1000 euros MGM-ComPro Schulze SLS Jeti LF 17

ESC PIC, ATMEL .. Mosfets Séquencement 6 switches A B C a b c S 5 V S consigne a b c S 5 V S Détection Position Rotor LF 18

Quelques moteurs brushless Mega Motors 12 kW Parawatt 16 kW Plettenberg 10 kW Flytec 10-14 kW LF 19

Lithium polymère (LiPo) Lithium fer (LiFePO4) BATTERIES Lithium polymère (LiPo) Lithium fer (LiFePO4) LF cellule 40 Ah Pack GBS 40Ah 20

Hélices Composant crucial pour l’ULM électrique Pas fixe ou pas variable ? (ou ajustable au sol) ? Diamètre Pas (en degrés ou en m) Surface de pale, corde Bipale ou tripale ? bois ou carbone ? un , deux ou trois pièces ? Helix, Duc, Arplast, Bolly, Warp drive, Electravia e-Prop ULX, Varlex, Peszke … Logiciel = Heliciel www.heliciel.com LF 21

Hélice pour paramoteur LF 22

Performances des hélices D diamètre P pas (pitch) rpm vitesse de rotation (rev. per minute) Traction statique Kt x (P/D) x D^4 x rpm^2 Vitesse de transparence K x P x rpm Puissance ~ produit traction statique x vitesse Kp x (P/D) x D^5 x rpm^3 LF 23

Fabrication, bricolage d’une hélice en bois … UN PEU DE THÉORIE … Fabrication, bricolage d’une hélice en bois … LF 24

Paramoteur électrique Parawatt Moteur Parawatt 12 kW Contrôleur Schulze Batteries LiPo Kokam 13S 48V 40Ah, poids 15 kg, 1.9 kWh Diamètre hélice 1.30 m, pas 6 deg Voile Nervures Kailash 29 m2 Poids 32 kg décollage à pied, mono Autonomie 30 minutes Concurrents : Yuneec, Flytec .. LF 25

Electro trike (pendulaire) chariot DTA Alizé aile Fuji 16 m2 moteur Electravia batteries Kokam 3 kWh hélice bois bipale LF http://www.e-trike.electravia.fr/ 26

3 Cri-cri électriques (bimoteurs) LF Jean-Luc SOULLIER, Hugues DUVAL, Green Cri-Cri 27

Souricette électrique (MB) Monoplace - bois & toile Envergure : 9 m Longueur : 7 m Masse à vide sans moteur : 115 kg Vitesse de croisière : 90 km/h Finesse : 13 Moteur brushed Lynch/Agni Batteries Kokam LF Electravia 28

Luciole électrique (MC30E) Monoplace - bois & toile Envergure : 6.9 m Vitesse de croisière : 150 km/h Moteur brushless Flytec HP13 Batteries LF Jean-Luc SOULLIER (LSA) 29

Yuneec E430 (2009) Twin seat Wing Span: 13.8 m Fuselage Length: 6.68 m Empty Weight: 178 kg + batteries Motor : 40 kW @ 2450 rpm Battery : Lithium Polymer Battery Weight (6 Packs): 72 kg LF 30

Yuneec (e-Spyder) Monoplace : envergure 9.14 m, longueur 5m (e-Sportstar) Surface alaire : 13.4 m2, allongement 6.25 V décrochage 38.6 km/h, croisière 80 km/h Moteur brushless 20 kW (66V) Batteries LiPo 60Ah 24 kg LF 31

Taurus Electro G2 Planeur biplace cote à cote envergure 14.97 m, longueur 7.27m Surface alaire : 12.33 m2, allongement 18.6 V décrochage 71 km/h Moteur pylone 42 kW Batteries Lithium LF 32

Antares 20E Planeur monoplace : envergure 20 m, longueur 7.4m Surface alaire : 12.6 m2, allongement 31.7 V décrochage 73 km/h @ 530 kg Moteur pylone 42 kW Batteries Lithium LF 33

Apis EA1 (Pylône) 77000 euros - Slovénie Envergure 14.97 m Poids à vide 215 kg Finesse à 150 km/h = 27 FES (Front Electric Sustainer) - Slovénie LF 34

Elektra-One (Calin GOLOGAN)- Allemagne Envergure 8.23 m 100 kg à vide + batteries 6kWh + pilote A volé le 23 mars 2011 (first flight) 30 minutes avec 3 kWh (50%) LF 35

Sonex (2010) Avion électrique: envergure 6.7 m, longueur 5.5m Surface alaire : 9.1 m2 V décrochage 74 km/h Moteur 54 kW Batteries Lithium LF 36

POUCHELEC Pou du ciel électrique monoplace (formule H. Mignet) Envergures 7.3m (Av) et 5.3m(Ar), corde 1.2m Surface alaire : 14.6 m2 V croisière 90 km/h Moteur brushed Agni 12 kW, réducteur à courroie Batteries Lithium Voir aussi « Electra Flea « (Nedo Lavorini , Italie) LF Daniel DALBY, Charles DONNEFORT 37

DEMOICHELLEC Monoplace : env. 8.3 m, long. 5.3m Surface alaire : 9.96 m2, aspect 8, incidence différentielle V décrochage 40 km/h @ 250 kg Batteries Lithium LF Daniel DALBY, Charles DONNEFORT 38

Dynabulle électrique Ballon à air chaud (Christian MULLER) motorisé électrique Moteur Parawatt 12 kW + cage orientable Batteries LiFePO4 16S 40Ah LF 39

ElectroPlume Dirigeable électrique , trois moteurs, trois hélices LF 40

Tableau de bord « électrique » LF 41

Futur Protoplane Ultra-E Entreprise française Biplace cote à cote, 450 kg Puissance estimée pour vol croisière à 160 km/h = 13 kW LF Bela NOGRADY 42

Bon à electrifier Bionic bat (human flight ~ 300-500 W ?) LF 43

Curiosité américaine ! LF Terrafugia e-Transition 44

DOCUMENTATION Challenges avion électrique (CAFE foundation) Internet, Wikipedia … Challenges avion électrique (CAFE foundation) Groupes / listes de discussion Vidéos (après la présentation par diaporama) LF 45

Avenir – rapport à la voiture électrique / batteries CONCLUSIONS Avenir – rapport à la voiture électrique / batteries DIY Travaux dans les universités et grandes écoles IUT Chartres (Bruno SOHIER), Demoichellec 02 IPSA Green (Ecole d’Ingénieurs Aéronautique et Spatial) Questions - débat LF FIN 46