calculateur de chaîne de propulsion électrique à ma façon ...

article revu en janvier 2026 - corrections/ajouts/précisions

Au fil de mes différentes réalisations j'ai testé un certain nombre de calculateurs de propulsion électrique. L'objectif étant de choisir les différents éléments de la chaîne de propulsion, c'est à dire la pack, le moteur et l'hélice.

Au fil du temps je me suis rendu compte en comparant les valeurs mesurées et les résultats des différents calculateurs que les données sont souvent très approximées. Plusieurs raison à cela, j'en retiendrai deux : 

• les données moteur sont rarement juste. Le Kv réel du moteur peut être différent de la valeur annoncée (j'ai vu des écarts jusqu'à 10%), la résistance interne du moteur indiquée est erronée et si elle ne l'est pas celle du contrôleur n'est pas prise en compte, et le courant à vide est généralement indiqué à une vitesse de rotation du moteur qui n'a rien à voir avec les vitesses pour lesquelles on va étudier son fonctionnement.
• les données concernant les hélices, ou plutôt les équations permettant de calculer la puissance à l'axe, rendent compte d'une manière assez imparfaite de la puissance à l'axe pour une vitesse de rotation donnée.

J'en suis venu à utiliser de plus en plus souvent Drivecalc, qui repose sur de vraies mesures de moteur et d'hélices. Par contre je trouve que Drivecal, si il est bien adapté pour évaluer ce que donnera un moteur donné, avec une hélice et une tension d'alimentation données, n'est pas facile d'emploi quand on recherche quelle hélice va nous fournir les prestations souhaitées (pour un moteur et une tension d'alimentation donnés. Il faut en effet procéder par itérations, en faisant tourner le logiciel avec différentes hélices les unes après les autres.

Par prestations souhaitées j'entends la puissance consommée et la vitesse. Pourquoi cela ? 

• Vitesse parce que c'est un éléments essentiel du cahier des charges : il faut qu'elle soit suffisante pour voler en sécurité (au moins deux fois la vitesse de décrochage) mais pas trop importante (enfin adaptée au modèle : mon baron ne vole pas à la même vitesse que mon spitfire et si j'avais un racer ce ne serait pas pareil non plus). Notons que c'est sur la vitesse statique que va reposer mon calcul, mais ça c'est comme tous les calculateurs que je connais (enfin presque tous).
• Puissance absorbée, parce que il y des "règles du doigt mouillé" qui donnent la puissance absorbée qu'il faut en fonction du style de vol qu'on recherche. Ces règles sont fausses dans l'absolu (ce n'est pas la puissance absorbée du moteur qui compte mais la puissance à l'arbre) mais en gros ça ne marche pas si mal. Les valeurs qui me servent de référence sont : 100 watts/kg pour un park flyer qui fait des ronds en l'air, 150 watts/kg pour un vol tranquille avec quelques loopings mais pas de figures verticales, un peu plus de 200 watts/kg pour une voltige souple mais sans surplus de puissance (en particulier dans le taux de montée et les figures verticales) et un peu plus de 250 watts/kg pour une voltige avec de la réserve et pouvoir monter à la verticale .. pas indéfiniment certes mais confortablement.

Là dessus je me suis construit une petite feuille Excel qui permet :

• de calculer les constantes d'un moteur en notre possession (Kv, Ri, Io - ou Po fonction de la vitesse de rotation)
• de donner la liste des hélices qui vont fournir, pour une tension fixée, les performances de vol recherchées (données sous forme de Vpitch mini et maxi, fourchette dans laquelle doit se trouver le rapport puissance consommée sur masse du modèle - bien entendu pleins gaz)
• en indiquant pour chaque hélice quelle seront la vitesse de rotation du moteur, l'intensité consommée, la traction statique, le rendement, etc ...

Le calcul peut se faire à partir des constantes calculées sur un de mes moteurs, ou de données moteur théoriques. Les données hélice (constantes liant la puissance consommée et la traction statique à la vitesse de rotation) sont issues de la base Drivecalc, de mes propres mesures, ou même recalculées à partir des formules de Boucher (dans ce dernier cas bien entendu la précision est moins bonne, mais mieux vaut ça que rien ...)

Ci dessous un exemple de calcul pour mon baron. Il s'agit de la dernière version de la feuille de calcul, qui a évolué et s'est complexifiée au fil des années. Les détails sont difficiles à lire mais ce qui compte c'est le principe.

Le tableau en haut à gauche permet de calculer les données d'un moteur que l'on a en sa possession. Le calcul repose sur la mesure et il est simple :

• La relation puissance consommée à vide fonction de la vitesse est calculée à partir des mesures de Io sous différentes tensions.
• Kv et Ri sont calculées par régression linéaire à partir des mesures de U, I et N. On part de la relation : 

N = Kv (U - I * Ri) et on divise par U des deux cotés, ce qui donne : N/U = Kv - I/U * Ri

Donc N/U = a + b * I/U : c'est l'équation d'une droite et on peut calculer a et b par régression linéaire à partir des différents points de mesure.

Dans les colonnes de droites se trouvent les paramètres liés au cahier des charges (type d'hélice, tension, vitesse de décrochage de l'avion, performances souhaitées). On peut soit effectuer la recherche des hélices permettant d'atteindre les performances souhaitées, soit calculer les performances obtenues avec une hélice donnée. Le calcul s'effectue en résolvant pour toutes les hélices dans la base (à l'aide de la fonction "valeur cible" de Excel) l'équation globale du second degré liant la vitesse de rotation avec tous les paramètres. Il suffit alors de ne sélectionner que les solutions satisfaisant aux critères de puissance consommée et Vpitch. Une macro assure la réalisation de tout ce calcul.

Et enfin en bas de la feuille se trouvent les résultats. Plusieurs hélices sont suggérées, on pourra faire son choix dans la liste, en privilégiant l'un ou l'autre des critères (Vpitch, Intensité, traction statique).

A titre de vérification, nous pouvons comparer le résultat de la mesure et du calcul pour une hélise de 13x10. Pour cela j'ai fixé la tension pour le calcul à la valeur utilisée pour la mesure (11.14 volts)

• lors de la mesure "plein gaz 2", j'obtiens une vitesse de rotation de 6285 tours/mn sous une intensité de 39,6 ampères.
• dans la partie basse, qui donne la liste des hélices satisfaisant aux conditions souhaitées, 2 hélices 13x10 apparaissent, parce qu'il y a 2 hélices de ce type enregistrées dans Drivecalc (le calcul se fait à partir des constantes moteur calculées et des constantes de l'hélice se trouvant dans la base de données) . Nous lisons respectivement 6379 tours/mn et 36.2 ampères pour une des hélices, et pour l'autre 6402 tours/mn tours/mn et 35,3 ampères.

2% environ d'erreur sur la vitesse de rotation, c'est plutot satisfaisant. Certes les écarts entre mesure et calcul sont plus élevées quand on regarde l'intensité parce que celle ci est une fonction puissance de la vitesse de rotation.

Avec une hélice 13x10 que j'ai moi même passée au banc (qui n'apparait pas dans ce tableau) je trouve 6211 tours/mn et 42,7 ampères : 1,2% d'écart en vitesse de rotation et 7,8 % d'écart en intensité par rapport à la mesure.

La précision du résultat de la simulation certes n'est pas parfaite, mais elle peut être considéré comme le meilleur que l'on puisse avoir avec un simulateur, puisque ici le calcul repose sur des données réelles moteur et hélice. Sachant que le simulateur permet de définit une chaîne de propulsion globalement satisfaisante, qui devra être affinée en vol en particulier en jouant sur la taille et le type d'hélice.