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17 janvier 2015 6 17 /01 /janvier /2015 12:33

ADAPTATION MOTEUR/ACCU/PIGNON

Version 2 – mise à jour novembre 2006

 

Cet article est la copie de celui qui avait été publié sur le site Hell Eco, aujourd'hui disparu. Je le publie sur mon blog, suite à une question qui m'a été posée par un lecteur souhaitant avoir des informations sur le pignon à utiliser avec son moteur Helios 34. Après tout, si ça peut servir à quelques uns ... et puis c'est vintage.

 

Le but de cet article est de vous aider à choisir la bonne configuration moteur/pignon/accus. Il est décomposé en trois parties :

 

  1. Tableau des définitions moteur/accu/pignon/contrôleur des membres du site Hell Eco, pour ceux qui ne veulent pas se prendre la tête, «copier » une solution qui marche c’est sympa, non ?
  2. Abaques permettant de déterminer le bon pignon, pour un moteur et un accu donné. Ceci permettra de choisir le pignon adapté si on a une configuration qui n’est pas utilisée par un autre membre.
  3. Approche théorique, formules de calcul, etc .. Pour les curieux.

 

Nota : le choix du pignon n'est pas une science exacte, et dépend de pas mal de paramètres dont en particulier les goûts personnels de chacun. Il n'est pas non plus critique pour le vol du modèle, et un hélico qui vole avec un pignon de 11, volera également avec un pignon de 12 ou de 13 avec une courbe de gaz adaptée (attention quand même à ne pas faire n'importe quoi …).

 

Introduction : moteur, accus, que choisir ?

 

L’article n’est pas directement consacré à ce sujet, mais voici quelques règles de bases :

 

  • Brushed ou Brushless :

 

Si on relit les anciens posts sur le site Hell-eco, on voit que début 2005 le conseil était généralement de commencer avec un moteur à balais, le brushless étant encore considéré comme un luxe. Fin 2006, le brushless est pratiquement plébiscité, et rares sont ceux qui commencent avec un moteur à balais. La solution «brushed » fonctionne, elle permet effectivement de faire son apprentissage, mais le brushless est nettement supérieur en performance et durée de vie. Donc, à moins d’abandonner l’hélico après quelques vols (ca arrive !),autant choisir directement un brushless. D’autant que le surcoût n’est pas énorme.

 

  • Quelles caractéristiques doit avoir le moteur ?

Deux caractéristiques sont à prendre en compte : le Kv (vitesse de rotation pour 1 volt en tours/mn/volt) et la capacité du moteur à dissiper la chaleur (parce que quand le moteur est en fonctionnement, il chauffe, et s’il chauffe trop il peut être détérioré).

 

  • Choix du Kv : en gros, il faut que le moteur puisse faire tourner le rotor à une vitesse de l’ordre de 1500 tours/minute. Pour cela, trois éléments essentiellement sont à prendre en compte : le Kv, la tension de l’accu et le pignon moteur. Sachant que les moteurs ont des axes de 3,17 mm ou 5mm, et que les pignons standard vont de 10 à 17 dents en 3,17 mm et de 13 à 24 dents en 5 mm.

 

Pour ne pas avoir à se prendre la tête, on peut suivre la règle suivante :

 

  1. si le moteur a un axe de 3,17 mm, choisir un Kv compris entre 2000 et 2500 tours/minute/volt
  2. si le moteur a un axe de 5 mm, choisir un Kv compris entre 1500 et 2000 tours/minute/volt

 

Je ne conseille pas de prendre des Kv supérieurs à ceux conseillés ci-dessus. Vous pourrez remarquer que pas mal de pilotes utilise des Heli8 qui ont un Kv de 3000,ou même des Hélios 34, qui ont un Kv de 3430. Ok, mais ce n’est pas top. En particulier, et sauf pour ceux qui ont un bon niveau de pilotage et font tourner le rotor à plus de 1600 tours/mn, il faut avoir une courbe de gaz avec des taux de gaz faibles, ce qui n’est pas idéal. En effet, les taux de régulation (écart entre le régime régulé et le régime maximum atteignable, qui n’a la plupart du temps rien à voir avec les valeurs que l’on programme sur la radio) ne doit pas descendre en dessous 60 % ou 70% selon les contrôleurs.

 

Prendre des Kv inférieurs à 1500 t/mn/v est possible mais imposera de voler en 10 éléments NiCd ou 4 Lipo pour que le rotor tourne suffisamment vite, et ceci avec des pignons de taille importante (papy86 a même usiné lui-même un pignon de 25 dents)

 

  • La capacité de refroidissement : là, je vais citer la règle donnée par Toshiyasu Morita dans «the electric helicopter beginner’s guide ». La capacité de refroidissement est plus ou moins liée à la masse du moteur, et une bonne base de travail consiste à considérer qu’un moteur pesant 10 à 15% du poids du modèle dissipera généralement correctement la chaleur. Donc, pour un Eco 8 qui pèse dans les 1600 grammes, ça nous donne un moteur pesant entre 160 et 240 grammes.

 

  • Les accus : sans rentrer dans les détails, les configurations les plus courantes sont en 8 éléments, 10 éléments (pour les NiMH et NiCd) et 3S (lipos). On voit également apparaître des technologies comme les Emoli, sur lesquelles on a peu de recul.

 

Quelle technologie choisir ? . On retiendra que les NiCd ont la réputation d’être peu fragiles et faciles d’entretien. Les NiMH donnent une meilleure autonomie à poids égal mais supportent moins les mauvais traitements que les NiCd. Et les Lipo offrent une capacité nettement plus importante, avec toutefois un coût encore élevé et des contraintes d’utilisation et de recharge (chargeur spécifique, équilibreur, contrôleur adapté).

 

  • Le contrôleur : je ne vais pas non plus rentrer dans les détails. On admet généralement qu’un contrôleur pouvant donner 40 ampères en continu convient à l’Eco8. Plus, ça ne fait pas de mal mais ça ne sert pas à grand chose. Moins, c’est certainement possible mais attention à ne pas descendre trop bas (35 A), un contrôleur qui coupe pour surintensité ou surchauffe et c’est le crash.

 

BEC ou non ? Opto ou non ? Là encore, il y a du pour et du contre, et ce n’est pas le but de cet article de rentrer dans les détails.

 

1  ère partie : tableau des configurations des membres de Hell-Eco

 

Ben oui, pas la peine de réinventer ce qui existe déjà. Pour un même moteur, et un niveau de pilotage équivalent, le plus simple reste encore de choisir une solution éprouvée qui donne déjà satisfaction. Dans le tableau ci-dessous, j’ai regroupé les configurations d’un certain nombre de membres du forum. On peut trouver plusieurs définitions pour un même membre parce qu’il a plusieurs hélicos. Ou encore parce qu’il a changé de moteur ou de type d’accus. J’ai d’ailleurs séparé le tableau en deux parties : dans la première les définitions relevées lors de la première édition du dossier en mai 2006, et dans la deuxième les définitions relevées en octobre 2006. Je n’ai fait figurer que des configurations «qui marchent », c’est pour cela que certains pilotes qui débutent avec une nouvelle configuration ne sont pas cités.

 

Il manque certaines valeurs de Kv. Si quelqu’un dispose de l’information, je suis intéressé. De même bien entendu que pour toute remarque concernant les indications données (erreurs, complément d’information, ajout d’une configuration, etc …).

 

 

Article vintage .... Configuration moteur/accu/pignon pour Eco 8
Article vintage .... Configuration moteur/accu/pignon pour Eco 8
 

2 ème partie : Abaque

 

Comment ça marche ? simple, vous choisissez le type de pack (les différentes courbes) et le Kv (axe horizontal), et vous lisez la taille du pignon sur l’axe vertical. Les courbes sont tracées pour une vitesse rotor de 1400 tours/mn.

 

Je n’ai pas tracé d’abaque pour un moteur à charbons, on pourra utiliser celle des moteurs brushless et augmenter de 20% la taille du pignon.

 

Ok, mais 1400 tours/mn c’est un régime relativement lent, idéal pour commencer et faire du stationnaire par temps calme, mais un peu faible pour commencer à translater et avoir de la réponse dans le vent. Pour déterminer le pignon pour une vitesse de rotation différente, voici une deuxième abaque. Le calcul se fait alors en deux étapes :

 

  1. Utilisation de la première abaque pour déterminer la taille du pignon qu’il faudrait utiliser si on souhaite tourner à 1400 tours/mn au stationnaire.
  2. Calcul du pignon pour une vitesse différente, à l’aide de l’abaque ci-dessous.

 

Article vintage .... Configuration moteur/accu/pignon pour Eco 8
Article vintage .... Configuration moteur/accu/pignon pour Eco 8

3 ème partie : un peu de théorie

 

Comment ça tient en l’air ?

 

  • L’hélicoptère tient en l’air grâce à la force verticale exercée par la rotation des pales du rotor principal. Cette force verticale dépend à la fois de la vitesse de rotation (elle augmente quand la vitesse augmente) et du pas des pales (selon une loi plus complexe liée en particulier au profil des pales, mais en gros ça augmente quand le pas augmente).
  • Les pales exercent également une force de résistance à la rotation du rotor. Tout comme la force verticale, cette force dépend de la vitesse de rotation et du pas. La puissance fournie par le moteur sert à vaincre cette résistance.
  • Donc, pour monter : je pousse le manche de pas/gaz, la vitesse du rotor augmente ainsi que le pas des pales. Et par conséquence la force verticale. Mais aussi la force de résistance. On remarque au passage que l’on peut également décoller à pas constant (enfin, positif, ni trop élevé ni trop faible, dans les 6°) en augmentant la vitesse de rotation ou encore à vitesse de rotation constante (là encore, pas n’importe quoi : dans les 1350 tours/mn) en augmentant le pas.

 

Lien entre tension et intensité dans le moteur et vitesse de rotation rotor :

 

  • La vitesse de rotation du « moteur idéal » est proportionnelle à la tension qui traverse le bobinage. Si la constante du moteur est Kv et que la tension d’alimentation est U, la vitesse de rotation N est :

N = U * Kv

  • Seul petit problème, le moteur n’est jamais idéal et une partie de la tension à ses bornes part en chaleur dans le bobinage et ne sert donc pas à faire tourner le moteur. Si la résistance interne du moteur est Ri et l’intensité qui traverse le moteur est I, la chute de tension est égale à I * Ri. Il reste donc pour faire tourner le moteur une tension Um :

Um = (U – I * Ri)

Et la vitesse de rotation du moteur est :

N = (U – I * Ri) * Kv

La résistance interne d’un moteur brushless est généralement inférieure à 0,03 Ohm. Pour un moteur à charbons elle est de l’ordre de 0,08 Ohm à 0,1 Ohm. Les pertes vont donc être plus élevées sur un moteur à charbon que sur un brushless : pour une même tension en sortie de pack, on va perdre dans le bobinage 1 volt de plus environ avec un moteur à charbons, au stationnaire.

Sachant que le pignon principal a 180 dents, et si « pignon » est le nombre de dents du pignon moteur, nous en déduisons la vitesse du rotor :

Nrotor = (pignon / 180) * (U – I * Ri) * Kv

 

Et si on secoue un peu cette équation on trouve la formule donnant le type de pignon à utiliser :

Pignon = (180 * Nrotor) / (Kv * ( U – I * Ri))

 

  • Je sens que certains se demandent comment varie l’intensité. Et bien, elle est proportionnelle à la force résistante que doit vaincre le moteur pour faire tourner le rotor : plus cette force est importante, plus l’intensité est élevée. A un régime rotor donné, cette force augmente avec le pas du rotor principal.

 

Quand je pousse le manche de pas en avant, étant donné que le pas augmente l’intensité augmente également. Donc, le nombre de tours rotor va avoir tendance à diminuer parce que le tension Um diminue (voir la formule plus haut). Et donc la vitesse de rotation du rotor va baisser. C’est pour cela que l’on a une courbe de gaz qui fait augmenter les « gaz » (c’est à dire en fait la tension aux bornes du moteur, régulée par l’intermédiaire du variateur/contrôleur) quand on augmente le pas : cela permet de garder une vitesse de rotation rotor constante ou presque quand on augmente le pas.

 

Choisir le pignon par le calcul : rien de plus simple maintenant :

 

Il suffits d'appliquer la formule .... Dans la réalité ce n'est pas si simple car on voit qu'il faut disposer de 5 valeurs : Nrotor, Kv, Ri, I et U

 

  • Nrotor : un Eco 8 vole correctement (pour un pilotage cool) de 1300 tours/mn à 1600 tours/mn. En dessous de 1300 ça ne suffit plus et au dessus de 1600 l’hélico est plus adapté à des pilotes expérimentés qu’à des débutants (attention, risque des satelliser les pales au dessus de 1700 tours/mn). Il suffit de mettre dans la formule le régime désiré, 1400 tours/Mn me semblant être une valeur raisonnable pour l’apprentissage.

 

  • Kv et Ri : ces valeurs sont données par les constructeurs de moteur. On les trouve sur les notices, sur Internet, dans le littérature, etc …. Attention, les valeurs données par les constructeurs ne sont pas toujours exactes mais faut bien faire avec ce que l’on a. En particulier pour les moteurs brushless, il faut parfois multiplier par 2 la valeur donnée par le constructeur (lié au montage interne du moteur et au fait qu’il y a plusieurs bobinages). Bien entendu aucune information n’est donnée dans la notice.

 

  • I : ça se complique un peu car l’intensité au stationnaire dépend du type de moteur utilisé et du nombre d’éléments composant le pack d’accus, mais aussi du type de pales ou de poids de l’hélico. Pour simplifier je propose de prendre 18 ampères qui est une valeur moyenne. On pourrait vouloir affiner en fonction du nombre d'éléments, du type de moteur mais cela influe peu sur le résultat final

 

  • U : la tension sortie de pack dépend de l’intensité débitée, mais aussi du type d’accumulateur utilisé et de sa capacité. De plus, il faut aussi prendre en compte que l’on ne va pas être « plein gaz » (plein volts) au stationnaire : il faut bien conserver la possibilité de mettre plus de gaz (de volts) quand on va augmenter le pas.

 

  • Pour ce qui est de ce pourcentage des gaz au stationnaire, je pense qu'une valeur de 90% permet d'avoir suffisamment de réserve pour que la vitesse du rotor ne chute pas quand on augmente le pas. (nota : j’avais mis 85% dans la version précédente du dossier, mais après réflexion je pense que 90% est plus adapté).

 

  • Sur mes packs (GP3300) j’ai mesuré que quand l’intensité est de l’ordre de 16 ampères on a une tension de 1,15 volt par élément. C’est confirmé par les Datasheet GP.
Article vintage .... Configuration moteur/accu/pignon pour Eco 8
  • Pour des sanyo RC2400, selon la Datasheet la tension semble être à peu près la même que pour les NiMH, soit environ 1,15 volts.
Article vintage .... Configuration moteur/accu/pignon pour Eco 8

 

  • Pour des Lipo, je n'ai aucune expérience personnelle. Pour info, plus bas un document extrait du site Kokam qui donne les courbes de décharge de leurs éléments SLPB11043140H, d'une capacité de 4,8 Ah. Sur un Eco 8 on serait entre 3C et 4C en stationnaire. La tension semble varier fortement entre le début et la fin de la décharge, passant de 3,8 volts à 3,3 volts. Je pense que l'on peut retenir une valeur moyenne de 3,5 volts. Pour d'autres type d'accus, ou d'autres marques, se reporter aux données constructeur ou faire un essai (décharge dans 3 ampoules de voitures, 40 + 45 watts, en reliant en série les filaments code et phares : l'intensité sera en gros celle consommée par un Eco8 en stationnaire).

 

Article vintage .... Configuration moteur/accu/pignon pour Eco 8

Application à ma configuration : Mega 22/20/3 avec un Kv de 1850, Ti = 0,028 Ohms, pack de 10 éléments, vitesse de rotation 1400 tours/mn :

 

Pignon = (180 * 1400) / (1850 * (10 * 1,15 * 0,9 – 18 * 0,028) = 13,83, soit 14 dents.

 


Epilogue

 

Voilou …. J’espère que vous avez trouvé dans les pages qui précède certaines des réponses aux questions que vous vous posiez. Si vous avez des questions supplémentaires, ou de commentaires, n’hésitez pas à passer un post sur le site. Et bon vols.

 

 

Hal – novembre 2006

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  • Pour des sanyo RC2400, selon la Datasheet la tension semble être à peu près la même que pour les NiMH, soit environ 1,15 volt (graphique de gauche)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  • Pour des Lipo, je n'ai aucune expérience personnelle. Pour info, à gauche un document extrait du site Kokam qui donne les courbes de décharge de leurs éléments SLPB11043140H, d'une capacité de 4,8 Ah. Sur un Eco 8 on serait entre 3C et 4C en stationnaire. La tension semble varier fortement entre le début et la fin de la décharge, passant de 3,8 volts à 3,3 volts. Je pense que l'on peut retenir une valeur moyenne de 3,5 volts. Pour d'autres type d'accus, ou d'autres marques, se reporter aux données constructeur ou faire un essai (décharge dans 3 ampoules de voitures, 40 + 45 watts, en reliant en série les filaments code et phares : l'intensité sera en gros celle consommée par un Eco8 en stationnaire).

 

 

 

 

 

 

Application à ma configuration : Mega 22/20/3 avec un Kv de 1850, Ti = 0,028 Ohms, pack de 10 éléments, vitesse de rotation 1400 tours/mn :

 

Pignon = (180 * 1400) / (1850 * (10 * 1,15 * 0,9 – 18 * 0,028) = 13,83, soit 14 dents.

 

 


Epilogue

 

Voilou …. J’espère que vous avez trouvé dans les pages qui précède certaines des réponses aux questions que vous vous posiez. Si vous avez des questions supplémentaires, ou de commentaires, n’hésitez pas à passer un post sur le site. Et bon vols.

 

 

Hal – nove

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  • Pour des Lipo, je n'ai aucune expérience personnelle. Pour info, à gauche un document extrait du site Kokam qui donne les courbes de décharge de leurs éléments SLPB11043140H, d'une capacité de 4,8 Ah. Sur un Eco 8 on serait entre 3C et 4C en stationnaire. La tension semble varier fortement entre le début et la fin de la décharge, passant de 3,8 volts à 3,3 volts. Je pense que l'on peut retenir une valeur moyenne de 3,5 volts. Pour d'autres type d'accus, ou d'autres marques, se reporter aux données constructeur ou faire un essai (décharge dans 3 ampoules de voitures, 40 + 45 watts, en reliant en série les filaments code et phares : l'intensité sera en gros celle consommée par un Eco8 en stationnaire).

 

 

 

 

 

 

Application à ma configuration : Mega 22/20/3 avec un Kv de 1850, Ti = 0,028 Ohms, pack de 10 éléments, vitesse de rotation 1400 tours/mn :

 

Pignon = (180 * 1400) / (1850 * (10 * 1,15 * 0,9 – 18 * 0,028) = 13,83, soit 14 dents.

 

 


Epilogue

 

Voilou …. J’espère que vous avez trouvé dans les pages qui précède certaines des réponses aux questions que vous vous posiez. Si vous avez des questions supplémentaires, ou de commentaires, n’hésitez pas à passer un post sur le site. Et bon vols.

 

 

Hal – novembre 2006

mbre 2006

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Published by hal - dans Helicos CP
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commentaires

Avionic78 21/01/2015 07:41

Merci pour toutes ces explication. Pour parfaire la mise au point y'a t'il des préconisations particulières au niveau des courbes de gaz et de pas pour obtenir un vol stable de l'eco 8, une fois les paramètres moteur/pignon/accu définis ?

hal 22/01/2015 09:28

En fait les réglages dépend du style de vol recherché. Si on recherche la stabilité pour des vols coulés (pas de recherche de voltige), je préconiserai environ 1400-1500 tours/mn avec 6° de pas manche au centre. -2° de pas manche au ventre et +9° manche poussé. Courbe de gaz personellement je suis en régulation donc pas de courbe de gaz, ceci étant je préconiserai de la régler de manière à avoir une vitesse rotor à peu près constante quel que soit le pas. Après, ça s'ajuste en vol....

KCF 20/01/2015 14:04

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