mardi 8 octobre 2013

[TUTO] - Comment choisir ses hélices et ses moteurs

Une fois n'est pas coutume, je me suis plongé dans un sujet qu'il y a encore 24 heures me prenait la tête et je crois qu'après avoir torturé e-calc, lu de des forums en anglais, repris mes cours de physique, avalé à nouveau une boite de Doliprane, je peux dire que j'y vois plus clair.

Du coup, je vais partager avec vous le fruit de mes investigations et réflexions.

Le point de départ de la réflexion ne doit pas être : que choisir comme moteur ou comme hélice, mais quel type de vol je veux faire ?
1) Nerveux (accro, vitesse)
2) Polyvalent 
3) Stable (ballade, prise de vue, FPV, etc ...)

Une fois que le style est défini, on a la encore plusieurs options : 
1) se construire un Quadri pour chaque style de vol (mais faut avoir gagner au Loto), 
2) essayer d'avoir quelque chose de polyvalent
3) monter une machine à vol "unique"

Pour ma part, j'ai opté pour 2 machines différentes : une pour faire de l'accro et une pour faire de la ballade, prise de vues.

Et c'est là qu'on commence à paniquer parce qu'on se dit : je mets quoi comme moteur et comme hélices ?

Je vais donc poser ici quelques "bases" pour comprendre s'y retrouver :

Les Hélices :
Les hélices sont présentées avec 2 valeurs : la 1ère exprime la longueur de l'hélices (8", 9", 10", etc ...) et la 2ème valeur indique le "pas" de l'hélice (4 / 4,5 / 5 / etc ...)
==> Des configurations classiques pour les quadri vont de sont 8*5 et 10*5

La taille de l'hélice va conditionner la traction nécessaire pour faire décoller et voler le Quadri.
Grande Hélice = beaucoup de portance ==> vol stable mais a besoin de puissance pour faire 1 tour entier ==> il faut que le moteur puisse encaisser les Watts 
Petite Hélice = peu de portance ==> vol moins stable et à besoin de moins de puissance pour faire 1 tour entier
==> On va donc faire varier la taille de l'hélice en fonction de la portance (=poids à faire voler) dont on a besoin
==> Pour un quadri, la taille varie donc de 8" à 13" en fonction de la taille du chassis : sur 300 mm on peut monter à 9" max, sur 450 mm on peut monter du 12" max

Petit pas = plus grande traction à faible vitesse, mais vitesse maxi limitée
Grand pas = plus petite traction à faible vitesse, mais vitesse maxi élevée
==> on va donc faire varier la taille du pas en fonction de la vitesse que l'on veut atteindre
==> Pour un quadri on a souvent du 4,5 et ensuite on peut descendre à 3,5 (slow-fly) ou augmenter à 6 (speed)


Les moteurs :
La valeur retenue est le KV qui correspond au nombre de tours que peut faire le moteur en 1 minute et pour 1 volt.
Un moteur de 900 kv peut donc effectuer 900 tours max en 1 minute pour 1 volt, sachant que 1 élement de lipo (= 1S) donne 3,7 volts, on a donc une vitesse de rotation / minute (RPM ou tour/mn)
Accu 2S = 7,4 volts ==> 900 * 7,4 = 6 600 tours/minute
Accu 3S = 11,1 volts ==> 900 * 11,1 = 10 000 tours/minute
Accus 4S = 14,8 volts ==> 900 *  14,8 = 13 000 tours/minute
==> Plus la lipo a d'éléments et plus le moteur a la possibilité de tourner vite

On peut aussi raisonner dans l'autre sens, c'est à dire en partant du nombre de tours pour définir les KV (et donc la lipo nécessaire)

Il faut en général :
8 000 tours max pour du vol "stable" (prise de vue)
10 000 tours max pour du vol "normal" (polyvalent) 
12 000 tours max pour du vol "nerveux" (accro, vitesse) 

Donc si on veut voler avec une lipo 3S :
==> 8 000 tours / 11,1 volts = 720 KV
==> 10 000 tours / 11,1 volts = 900 KV
==> 12 000 tours / 11,1 volts = 1100 KV

Bon, on y voit déja un peut plus clair à ce stade là non ???? 

Tableau récapitulatif pour une lipo 3S
700 - 900 KV : vol prise de vues
900 - 1100 KV : vol polyvalent
1100 - 1400 KV : vol accro


Vous comprenez mieux pourquoi on dit : "ce n'est pas le KV qui dicte le vol, c'est le type de vol recherché qui conditionne le choix du KV" ? :-)

Maintenant que l'on comprends mieux les hélices et les moteurs, il va falloir associer les 2 en fonction du type de vol recherché.

On va partir avec 2 exemples pour essayer de comprendre
1) Je veux faire du vol ACCRO 
2) Je veux faire du vol PRISE DE VUES

1) Vol ACCRO
Comme nous l'avons vu, pour ce type de vol, il nous faut un moteur capable d'atteindre au moins 12 000 tours minutes, donc on va choisir un moteur de au minimum 1100 KV (avec une lipo 3S)

Pour choisir les hélices, on a besoin que le Quadri soit facile à bouger, qu'il n'y ait pas trop de portance (sinon il va être trop stable et donc difficile de faire des figures), il faut donc retenir des petites hélices (8") avec un pas "standard" de "5" (donc on a du 8*5)

2) Vol PRISE DE VUES
L'objectif est d'avoir une configuration stable (pour la vidéo) et on embarque du matériel (donc la traction est importante pour soulever le quadri) et on a vu qu'il ne faut pas trop de RPM.

Choix des hélices : on a besoin d'avoir de la portance car il y a du poids à faire voler et il faut que le quadri soit assez stable, donc on va retenir une grande hélice (10" ou 11") avec un petit pas (4 ou 4,5)

Choix des moteurs : on a moins besoin de puissance donc un moteur de 750 KV est suffisant

Combinaisons Hélices & Moteurs
Gros KV + Grande Hélices ==> Pas OK : ca pompe sur la batterie et fait chuter l'autonomie et on risque de cramer les moteurs
Gros KV + Petites Hélices ==> OK pour faire du vol Accro 
Petit KV + Grandes Hélices ==> OK pour faire du vol Stable
Petit KV + Petites Hélices ==> Pas OK : pas assez de portance, ca ne décolle pas


En résumé selon votre objectif de vol, vous optez pour une des 2 configurations

1) Gros KV <=> Vitesse <=> petites hélices <=> grand pas <=> moins d'autonomie <=> poussée horizontale <=> nervosité <=> quad léger
2) Petit KV <=> Traction <=> grandes hélices <=> petit pas <=> plus d'autonomie <=> poussée verticale <=> couple <=> quad lourd


Et ensuite, il faut faire des compromis, des sacrifices, et surtout des TESTS car ca peut fonctionner "sur le papier" et avoir un résultat un peu différent en réel

Pour comprendre tout cela, il y a e-calc : [url=http://www.ecalc.ch/xcoptercalc.htm?ecalc&lang=fr]http://www.ecalc.ch/xcoptercalc.htm?ecalc&lang=fr[/url]

J'ai fais des tests et voici quelques configurations qui fonctionnent bien pour un quadri de 1 kg en ordre de vol +lipo 3S de 2500 mAh (30C) + ESC de 20A et voici les résultats (par ordre décroissant d'autonomie)

1) RC Timer 2830-14 en 750 KV / 3S / 9*5  ==> 10,6 minutes en vol "mixte" pour 55 km/h
2) Tiger Motor (T-Motor) MT2212-16 en 750 KV / 4S / 8*5 ==> 10,5 minutes pour 72 km/h
3) T-Motor MT2216-11 en 900 KV / 3S / 8*5 ==> 9,3 minutes pour 69 km/h
4) RC Timer 2830-11 en 1000 KV / 3S / 8*5 ==> 7,4 minutes pour 73 km/h
5) T-Motor MT2208-18 en 1100 KV / 3S / 8*5 ==> 7 minutes pour 75 km/h

==> Avec une préférence pour les MT2216 en 900 KV et les 2830 en 1000 KV qui affichent 210 Watts de puissance max


Pour avoir PLUS D'AUTONOMIE :
Batterie plus importante (plus de mAh)
Baisser les KV des moteurs
Augmenter la taille des hélices

Pour avoir PLUS DE NERVOSITE/VITESSE :
Augmenter les KV
Baisser la taille des hélices
Augmenter le pas des hélices
Baisser le poids en ordre de vol
Augmenter les "C" des Lipos
Augmenter les "Watts" des moteurs

Pour avoir PLUS DE TRACTION :
Baisser les KV
Augmenter la taille des hélices
Baisser le pas des hélices