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11 avril 2010 7 11 /04 /avril /2010 17:32

Cet article est un de ceux qui sont le plus lus sur mon blog et j'avoue que je me demande un peu pourquoi .... Il a été écrit comme une application pratique des différents calculs que j'avais pu faire autour de la propulsion électrique, mais je crains qu'ils ne donnent pas beaucoup de pistes d'application pratique à part pour ceux qui souhaiteraint tenter de réaliser un record de durée en vol d'hélicoptère électrique.

Je crains donc que la plupart des lecteurs n'y trouvent pas les informations qu'ils recherchent. Ceci étant, bonne lecture aux curieux qui iront jusqu'au bout de cet article.

 

 

La question de l'autonomie en hélico est souvent posée. Comment la calculer, comment l'augmenter, quelles sont les variables à prendre en compte. Nous allons nous placer dans le cas simple du vol stationnaire pour donner quelques éléments de réponse.

 

Tout d'abord comment calculer l'autonomie ?

 

- supposons que le modèle est équipé d'une batterie de capacité C

- l'intensité consommée en stationnaire (mesurée en sortie de pack) est égale à I

- On utilise 80 % de la capacité du pack (pour le préserver) soit 0,8 * C

 

Alors le temps de vol en secondes est égal à (0,8 * C / I ) * 60

 

Exemple : sur mon Eco8 j'utilise un pack 3S de 4350 mA et je consomme 16 ampères en stationnaire. L'autonomie est donc (0,8 * 4350 / 16) * 60 = 13 minutes

 

Améliorer l'autonomie :

 

Compte tenu du calcul ci-dessus, le moyen qui vient immédiatement à l'esprit pour augmenter l'autonomie consiste à augmenter la capacité du pack. Mais ce n'est pas le seul et on peut aussi essayer de jouer sur le deuxième paramètre et diminuer l'intensité en vol.

 

- augmenter la capacité du pack. Effectivement cela semble être la voie la plus simple. Mais attention si on augmente la capacité du pack on augmente le poids et donc on va avoir besoin de plus de puissance pour tenir en l'air (voir plus bas). Par exemple si je remplace ma batterie de 4350 mA par un pack de 5000 mA, je passe de 352 à 396 grammes. Le bilan sera :

 

- gain de (5000 / 4350 -1) *13 = 2 minutes environ

- perte d'environ 30 secondes dû à l'accroissement du poids

 

--> bilan gain de 1 minute 30, passage à 14 minutes 30 secondes

 

Seules limitations : la place disponible, et aussi dans le cas ou on augmenterait beaucoup la capacité (donc le poids) le dimensionnement du moteur et du controleur puisqu'il va falloir plus de puissance pour tenir en l'air.

 

- Diminuer le poids de l'appareil. En effet la puissance nécessaire au maintien en vol stationnaire est approximativement proportionnelle à la masse de l'hélico. Si je reprends mon Eco8 qui pèse 1kg 400 et qui consomme 16 ampères en 3S, donc sous 10.5 volts environ, la puissance consommée est de 170 Watts ce qui correspond à 120 watts/kg. On retrouve cette valeur sur beaucoup d'hélicos, sachant que la puissance consommée dépend énormément de la vitesse de rotation. On peut donc estimer que si je gagne 100 grammes sur le poids de mon Eco8 je vais consommer 12 watts de moins, donc 1.15 ampère en moins. Mon autonomie devient :

 

(0,8 * 4350 / 14,85) * 60 --> 14 minutes de vol. Ce qui fait un gain de une minute.

 

Le seul problème c'est de gagner 100 grammes ... Gagner du poids était possible quand on volait en accus NiCd, on pouvait passer en NimH. Et de NimH on pouvait passer en lipos. Mais maintenant que pratiquement tout le monde utilise des lipos, les gains possibles (à capacité identique)  sont faibles. Si on veut faire un record d'autonomie on peut alléger au maximum le modèle : moteur léger (mais attention il faut pouvoir dissiper la chaleur), équipent radio poids plume, etc ...

  

- diminuer la vitesse de rotation du moteur :

 

La puissance consommée dépend énormément de la vitesse de rotation rotor. Abaisser la vitesse rotor (en volant à pas plus élevé) permet donc de diminuer énormément l'intensité. Sur mon Eco8 par exemple, la puissance que j'ai indiqué plus haut correspond à une vitesse rotor de 1600 tours/mn. Si j'abaisse cette vitesse  à 1200 tours/mn je vais passer à une consommation de 13 ampères environ.  Temps de vol :

 

( 0,8 * 3500 / 13 ) * 60 = 16 minutes.

 

Contrepartie : un hélicoptère moins vif, moins agréable à piloter, moins réactif. Au passage on note que la puissance consommée est dans ces conditions de l'ordre de 100 watts/kg dans ces conditions.

 

- Augmenter la tension :

 

Si on augmente la tension, à puissance consommée égale l'intensité en sortie de pack va diminuer dans la même proportion. Donc, si je passe de 3S à 4S, soit une augmentation de 25% de la tension, je vais diminuer l'intensité de 25%. En même temps j'aurais augmenté le poids du pack de 25% (en restant à iso capacité de pack). Le calcul serait le même que celui fait plus haut.

 

Conséquence d'une augmentation de tension, le moteur va tourner plus vite. Donc on va mettre moins de gaz si on reste à vitesse de rotation identique. Ou mieux diminuer la taille du pignon pour retrouver la même vitesse de rotation du rotor.  Attention quand même, si on double la tension il va falloir à peu près diminuer par deux la taille du pignon. Ce ne sera pas forcément possible, peut être faudra-t'il changer de moteur et en prendre un avec un Kv plus faible.

 

La diminution de la taille du pignon présente un avantage sur le fait de diminuer les gaz. Si je diminue les gaz j'abaisse la tension dans le bobinage et donc je reviens à la même intensité que lorsque j'étais en 3S. Si je diminue la taille du pignon le moteur va tourner plus rapidement (pour avoir la même vitesse rotor), et donc je met plus de gaz, et donc la tension dans le bobinage est plus élevée. Mais comme la puissance consommée est la même que avec les 3S  du début (puisque la vitesse rotor est la même et qu'on est dans les deux cas en stationnaire), l'intensité dans le moteur va être plus faible (rappel : P = U*I). Donc, les pertes dans le moteurs liées à l'effet Joule ( pertes par échauffement du bobinage : puissance perdue = Ri * I² avec Ri résistance interne du moteur) vont baisser. Et de ce fait le rendement du moteur va être meilleur, et donc l'autonomie va augmenter.

 

- mettre le pignon le plus petit possible et les gaz à 100% :

 

C'est une conséquence de ce qui précède : petit pignon et gaz à 100% nous donnent une tension maximum dans le moteur (en gros la tension sortie de pack) et donc une intensité minimum. Ce qui permet de réduire les pertes par échauffement du bobinage moteur.

 

- mettre un moteur avec un meilleur rendement :

 

Solution difficile à appliquer. En fait il est très difficile de connaitre le rendement exact d'un moteur, les données constructeur étant souvent manquantes ou fausses. Par ailleurs à partir du moment ou on a choisi le Kv et la masse du moteur les rendements sont plus ou moins équivalents. Par prudence on pourra éviter les moteurs vraiment trop low cost (aimants de piètre qualité, etc ...) et privilégier des moteurs avec Io faible (car on va fonctionner à faible intensité, donc le Io va faire perdre plus de puissance que l'échauffement du bobinage).

 

- Pour résumer, plusieurs solutions qui peuvent se combiner :

- augmenter la capacité du pack (simple même si pas optimum)

- augmenter la tension du pack (en diminuant le nombre de dents du pignon)

- avoir la vitesse de rotation rotor la plus faible possible, avec 100% de gaz et le pignon le plus petit possible.

- alléger au maximum l'hélico (sachant que avec des lipos la perte d'autonomie liée à l'augmentation de masse est plus faible que le gain d'autonomie lié à l'augmentation de tension)

 

Le plus naturel et simple c'est bien entendu de jouer sur la capacité du pack. La description des autres solutions est surtout là pour faire réfléchir au fonctionnement de la chaine de propulsion. Mais ce n'est pas entièrement théorique, j'ai connus des pilotes qui avaient une très bonne autonomie sur Eco8 en ayant mis un pack de tension importante et très faible capacité, un petit pignon, une vitesse de rotation faible, et un moteur léger (possible car comme on diminue l'intensité on peux utiliser un moteur plus petit).

 

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commentaires

Bruno 07/04/2017 22:47

Merci pour ce blog. Je rebondis sur la diminution du régime moteur. Il y a un moment ou l'hélico va décrocher même au pas maxi. J'ai lu qqpart (mais je ne sais plus où) que le rendement maximum pour une pale en vol stationnaire était un pas entre 5 et 6°. Si celà est vrai il faudrait donc définir le régime qui permet, avec un pas de 6° de tenir un stationnaire, cad de soulever le poids de l'hélico (plus une petite marge !).

hal 08/04/2017 14:35

Oui effectivement même à pas maximum si on réduit trop les tours il y a un moment ou l'hélico ne va plus tenir en l'air. Pour ce qui est du pas optimum en terme de puissance (celui auquel la consommation est la plus faible), effectivement il faudrait creuser. On pourrait aussi étudier le profil de pales (et l'allongement, la corde, etc ..) ayant le meilleur rendement. Sachant que ce qui compte c'est le rendement complet de la chaine de propulsion. Il ya un joli champs d'investigation pour celui qui voudrait battre des records de durée en vol d'hélicoptère modèle réduit.

Techni-Contact 29/04/2016 13:02

Bonjour,
Merci bien de partager avec nous toutes ces informations si précieuses.
Sincèrement, je me demandais toujours est ce que c'est possible, concrètement d'augmenter l'autonomie des batteries d'un hélicoptère puisqu'elles ont toujours tendance à s'épuiser rapidement.

Hal 29/04/2016 21:42

Comme je l'ai écrit en début d'article, son but est avant tout d'appliquer les formules qui ont été présentées dans d'autres articles sur le blog. Ces recettes fonctionnent, à l'époque de l'Eco 8 un des membres de Hell Eco avait vraiment une autonomie qui sortait du commun. Bon, le vol devait être pépère et se limiter à stationnaire +

François mallet 15/03/2014 17:41

Bonjour, super clair ton blog, je me suis gâté avec l'achat d'un blade 500 bnf, je vole un peu avec mais je reste très près du sol de peur de le briser. Cette crainte est un frein énorme pour progresser... Alors en fait,mon rêve est de posséder le fuselage de Bell 222 qui va avec, mon trip a moi est le vol réaliste (pépère) mais il est conçu et réglé pour le vol 3D .....bien trop vite pour moi. J'ai acheté des pales asymétriques, mais comment et ou baisser la vitesse du moteur a 2600 rpm ???? Sachant que ma télécommande est une DX6i . Devenant "mou" et peu réactif ,je pourrais pratiquer avec moins de stress et progresser tranquillement vers des paramètres un peu plus"speeds" voila.en attendant j'ai acheté un blade nano cpx pour me pratiquer a voler de coté et de face mais ,habitant au Québec,d'ou je vous salut ,le climat froid et la neige m'empêchent de sortir :-( . Qui pourrait m'expliquer ou régler ma dx6i pour la vitesse moteur et quoi faire ? MERCIIIIIIIIIII

Nitrotek 06/11/2012 12:45

merci pour ce partage. cette publication, est très utile pour moi. parce que je veux vraiment savoir ce que la façon d'augmenter l'autonomie d'un hélicoptère. vous avez décrit les principales
étapes, dans le présent article. qui est aussi utile pour ceux qui veulent savoir l'autonomie d'un hélicoptère.

Regards Colin hanks.

hal 07/11/2012 22:35



Merci Colins. Cet article est un de ceux qui est le plus lu sur mon blog. J'ai essayé de faire partager les constats que j'ai fait sur mon Eco 8 qui était mon premier hélico électrique et avec
lequel je me suis amusé à faire un certain nombre de mesures. Certes la solution la plus simple consiste à augmenter la capacité du pack mais je trouve sympa de donner aussi les autres pistes.


Au passage : quand les brushless sont apparus les pilotes ont été surpris, l'augmentation d'autonomie n'était pas énorme. En fait cela vient je pense du fait que avec un moteur brushless on avait
une vitesse de rotation du rotor plus rapide (parce que le moteur le permettait) et donc on pêrdait le gain apporté par le meilleur rendement du moteur.



Jonathan 30/12/2010 21:51


Exemple : sur mon Eco8 j'utilise un pack 3S de 4350 mA et je consomme 16 ampères en stationnaire. L'autonomie est donc (0,8 * 4350 / 16) * 60 = 13 minutes

Bonjour. J'aurais une question. Comment avez vous fait pour connaitre le nombre d'ampère consommé ?
Pour mon cas, c'est pour un véhicule rc fonctionnant avec des panneaux solaires. D'après vous, il faut connaitre l'amperage consommé en stationnaire ou en marche ?

Bonne soirée et bonne fêtes


hal 01/01/2011 09:37



Il existe plusieurs moyens pour connaitre l'intensité consommée. Une première solution consiste à utiliser une pince ampéremétrique (fonctionnant en courant continu, attention, les moins
chères ne fonctionne qu'en alternatif),mais çane donne que l'intensité. Mieux àmon avis, les wattmètres, petit boitier que l'on branche en série sur le circuit électrique, qui donne sur un écran
la tension et l'intensité (ainsi que la puissance électrique). Par exemple ça : http://www.topmodel.fr/product-detail-14714-watt-meter . Le problème c'est qu'on peut faire de la mesure au sol mais pas en vol.


Pour ma part j'utilise une version évoluée de wattmètre, qui permet en plus de faire de l'acquisition de données en fonctionnement.J'ai un datalogger Eagletree, qui permet d'enregistrer tension,
intensité, vitesse rotation moteur, température, etc ... http://www.eagletreesystems.com/MicroPower/micro.htm . On peut
aussi visualiser en direct les informations sur un petit écran, ou encore sur un PC.


Connaitre l'ampérage en stationnaire ou en marche ... il me faudrait plus de détails (en particulier quel type de véhicule) mais à mon avis dans tous lescas ce qui est intéressant c'est la
consommation en marche.