Le cheminement qui vous est proposé dans ce dossier est mon choix personnel. 

Mais d'autres démarches et solutions sont possibles...

Pour choisir sa chaîne de motorisation, il faut déterminer le comportement du modèle que l'on souhaite piloter.

Un premier choix est déjà réalisé : vous avez construit ou acheté un modèle bien défini :

trainer pour le débutant, sport, voltige, racer...

Par rapport au modèle choisi, nous pouvons optimiser le domaine de vol et même améliorer les qualités de vol, selon nos aspirations.

Nous allons donc choisir la puissance maximale de notre chaîne.

 

Pour l'effectuer, plusieurs démarches sont concevables...

Il est inutile pour motoriser nos modèles, d'effectuer des calculs compliqués qui seront dans la pratique loin des attentes chiffrées.

Nous allons utiliser des ratios et des formules simplifiés, qui nous permettront de rester dans des plages fonctionnelles et beaucoup plus réalistes.

     a) il faut prévoir la masse (approximative) de l'avion en état de vol.

         Si vous n'avez aucune comparaison, vous pouvez considérer que la propulsion 

         (batterie, moteur, contrôleur, hélice), représente 1/4 de la masse 

         de la cellule réception installée ou 1/3 dans le cas d'un modèle surpuissant.

 

     b) nous allons évaluer la puissance nécessaire (P, en watt par Kg).

         Le moteur devra pouvoir fournir sur son arbre :

         _____________________________________________

         - Motoplaneur léger (foam) :            100 à 180 W/Kg

           (avion lent ou modèle de début)       

         _____________________________________________

         - Trainer :                                          150 à 250 W/Kg

         _____________________________________________    

         - Sport, Warbird, Multi :                     250 à 300 W/Kg

         _____________________________________________ 

         - Racer et 3 D :                                  300 à 450 W/Kg  

         _____________________________________________

         (choisir dans la plage de la valeur basse pour un avion "classique", médiane pour obtenir un avion "vif"                       et supérieure pour un avion "démonstratif".

 

         En général, je préfère "surmotoriser" légèrement un modèle :

         - s'il est bien construit et bien ventilé, il supportera la surcharge. Souvent, cela permet d'améliorer le domaine           de vol, d'avoir un avion vif à la demande et parfois de sortir de situations périlleuses !

 

         Ce choix n'est valable bien entendu que pour le vol à l'extérieur (en indoor, construire léger !).

 

         - certes, la charge alaire s'en trouve augmentée légèrement, mais dans notre région où le vent peut s'installer            pour longtemps, un poids supérieur du modèle permet d'améliorer la stabilité dans les bourrasques... et voler          plus souvent sans risque.

 

        Avec un avion plus lourd, l'atterrissage devient plus rapide, mais le vol est beaucoup  

        plus agréable... C'est un choix.

 

 Exemple :

Nous avons construit un beau Mustang et souhaitons un modèle puissant mais au vol réaliste :

- cellule renforcée carbone : 900 g

- motorisation supposée : 350 g

 

Masse estimée du Warbird : 1250 g

Puissance désirée : 300 W/Kg que la motorisation devra fournir à l'hélice

300 x 1,25 = 375 W

 

Remarque : nous verrons, lors du choix de l'hélice, que son rendement est parfois très faible (entre 0,5 et 0,7), elle sera une grande consommatrice de puissance... !

 

Avant de réaliser ce choix, nous allons décomposer les différents paramètres électriques de notre moteur.

 

Pour certains, un petit rappel peut être précieux :

- puissance consommée dans une portion de circuit en régime permanent :

Le moteur, alimenté par une tension Um, reçoit une Puissance Pu ; nous pouvons écrire :

Um = Ur + Uu                   Pm = Pr + Pu

- la tension d'entrée aux bornes du moteur est égale à la tension des pertes résistives + la tension électromotrice

- la puissance du générateur alimentant le moteur est égale à la puissance dissipée par effet Joule + la puissance fournie à l'arbre.

Paramètres fournis généralement par les constructeurs sérieux :

Nous prendrons pour nos exemples de calcul :

un moteur Axi 2814/12 Gold Line

Kv : 1390

Résistance interne : 53 mΩ

Rendement max : 81 %

Courant max 60 s : 35 A

Courant au rendement max :  15 à 25 A (> + 5 %)

Courant à vide : 1,8 A

Nous l'alimenterons sous Tension : 10 V - courant 25 A, pour simplifier les calculs.

 

Résistance interne   /   Internal Resistance - en ohm

R est une constante qui dépend des éléments constituant la fabrication du moteur.

Cette résistance dissipera de la puissance sous forme thermique et limitera celle fournie à l'arbre (diminution du régime moteur).

Nous pouvons écrire : Ur = R.I            Pr = R.I²

 

Exemple : pertes en tension Ur = R.I = 0,053 x 25 = 1,325 V

                Tension utile Uu = 8,657 V

                Puissance dissipée par effet Joule Pr = R.I² = 0,053 x 25² = 33,125 W

 

Constante KV   /    RPM/V - Constante électromotrice en tours minute par volt 

Cette valeur est très importante. Elle crée une relation entre la tension électromotrice avec le régime moteur.

N = Kv.Uu                    N : régime moteur en tours par minute

 

Pu =  N  . I

         Kv

 

- Le Kv est une constante qui dépend des éléments constituant la fabrication du moteur.

- Pour une tension définie, plus la valeur Kv sera grande, + le régime moteur sera important.

 

Exemple : La tension utile était de 8,675 V

                 Le régime moteur N = 1390 x 8,675 = 12.058 tours/mn

                 Puissance mécanique utile = 216 W

 

Courant au rendement max   /   Max Efficiency current

C'est la valeur en Intensité autour de laquelle il est souhaitable d'utiliser le moteur pour obtenir le meilleur rendement.

- En dessous de cette valeur, il vaut mieux choisir un moteur de gamme inférieure

- Au-dessus, nous obtenons plus de dissipation par effet Joule que de gain en puissance.

 

Courant à vide   /   No load Current

C'est le courant consommé par le moteur tournant à vide (non chargé par l'hélice).

Il est donné pour une tension nominale d'utilisation. La valeur étant souvent très faible, nous le négligerons dans le bilan de puissance transmise à l'arbre.

 

Tension nominale

Elle est donnée en générale en nombre d'éléments Lipo. C'est autour de ces valeurs qu'il est souhaitable d'utiliser le moteur pour bénéficier du meilleur rendement.

 

Rendement max   /   Max Efficiency - en %

C'est le rapport entre la puissance de sortie (disponible sur l'arbre et fournie à l'hélice) et la puissance d'entrée fournie au moteur.

 

η = Pu            exprimé en fonction de la puissance

      Pm

 

Exemple : Puissance entrée : 10 x 25 = 250 W

                Puissance perdue en joule : 0,053 x 25² = 33,125 W

                Puissance utile à l'arbre : 250 - 33,125 ≈ 217 W

                Rendement : 217 = 86 %

                                     250

 

η =  N  . I  / U.I    exprimé en fonction du régime

       Kv

 

Exemple : nous avions trouvé précédemment : Régime : 12.058 tr/mn

 

                Puissance utile à l'arbre : 12.058  x 25 = 217 W

                                                           1390

                Puissance entrée : 10 x 25 = 250 W

                Rendement : 217 = 86 %

                                     250

 

Le rendement que nous avons trouvé (86 %) ne tient pas compte du courant à vide.

Le fabricant nous indique un rendement sur son moteur de 81 %.

 

Remarque générale : Dans l'ensemble de nos exemples, tous les résultats proviennent de calculs théoriques qui sont souvent loin des valeurs réelles que peut fournir le matériel des constructeurs.

Dans la pratique, pour le choix de notre moteur, nous allons utiliser des valeurs corrigées plus proches de la réalité spécifique de notre modèle.        

 

Utilisation Pratique :

Nous allons choisir notre moteur en prenant les paramètres suivants :

U : le nombre d'éléments LIPO compatibles

En entrée, pour alimenter le moteur, nous prendrons : 

I : le courant instantané maximum (60 s)

η : le rendement de notre moteur

P/kg : la puissance par kilo, sélectionnée dans notre table suivant le modèle choisi

Exemple : pour notre warbird de 1250 g, nous avions défini précédemment que le moteur devait fournir à l'hélice une puissance de :

    300 W/Kg x 1,25 = 375 W

 

1) Si nous prenons un AXI 2820/10 utilisable en 3 Lipos avec un courant instantané de

42 A (60 s) et un rendement de 83 % :

 

(3 x 3,3) x 42 X 0,83 = 345 = 1150 g

               300               300

 

Suivant notre choix, il est utilisable pour un modèle de 1150 g et une puissance fournie à l'hélice de 345 W.

Nous voulions 375 W, nous allons donc choisir la gamme au-dessus.

 

2) Si nous prenons un AXI 2826/10 utilisable en 3 Lipos avec un courant instantané de

55 A (60 s) et un rendement de 83 % :

 

(3 x 3,3) x 55 X 0,83 = 451 = 1506 g

               300               300

 

Nous verrons que l'hélice va nous dégrader la puissance maxi, mais celle-ci ne sera que rarement utilisée, voire jamais.

Le vol s'effectuera tout au plus 3/4 de gaz : nous pouvons donc choisir l'un ou l'autre moteur.

 

Logiquement, avec ce choix, notre beau Mustang doit pouvoir monter à la verticale et faire des passages bas à très grande vitesse !

 

Comparons avec le thermique :

La puissance électrique de nos moteurs 345 W ou 451 W se situe dans la fourchette du          1/2 cheval en puissance mécanique :  

(375 W c'est la puissance d'un moteur thermique de classe 30, environ 5 cm3).

 

La puissance électrique est plus efficace à bas régime que celle du thermique.

Pour câbler les différents éléments de notre chaîne, nous devons choisir des câbles en fils de cuivre souples avec une gaine en silicone.

 

Les connecteurs, les câbles et les soudures doivent présenter une section suffisante pour ne pas offrir une résistance qui, par effet Joule, nous ferait perdre de la puissance.

POUR LA SUITE DE CE DOSSIER :

VOIR PAGE SUIVANTE (CONSTRUIRE LA CHAINE II).