Voir aussi: temps de vol, Astuces de débutants(en allemand)

La théorie de la Poussée

Nous allons évoqué ici le thème le plus important concernant la maitrise du Mikrokopter

La puissance

• La puissance mécanique du moteur, P = régime * couple(formule complète avec des unités)

• La puissance électrique du moteur, P = tension * Intensité (du courant alternatif)

• La puissance électrique totale de l'ensemble de sustentation est P = tension batterie * Intensité d'alimentation des BL-Ctrl (courant continu)

pour mémoire

• Pour un Moteur BL

• La tension => régime

• L'intensité => couple

pourquoi avons-nous besoin de puissance pour planer ?

Parce que nous devons accélérer vers le bas une certaine masse d'air, pour recevoir la force nécessaire.(Wikipédia:Le cas des hélicoptères)

Les pertes électriques

Plus l'intensité du courant est élevé, plus les pertes électriques le sont. C'est principalement du à la résistance ohmique des moteurs (la perte est proportionnelle au carré de l'intensité : Perte = I² * R). NdT: Inversement (à puissance égale), Plus la tension est élevée, plus l'intensité serra faible. D'autre part, les pertes dans le BL-Ctrl sont plus faibles, parce qu'elles sont produites là principalement par les diodes (perte = I * 0,7V) D'autres pertes (résistance ohmique dans les câbles et la batterie) diminues lors d'une augmentation de tension.

Rendement électrique

Avec une batterie de 16V (Lipo4s), l'efficacité de la combinaison moteur/contrôleur est préférable à une batterie de 12V (Lipo3s).

A puissance identique, une alimentation en 16V nécessitant moins d'intensité, génèrera moins de pertes (P = U * I) Cela nécessite l'adaptation au 16v de l'ensemble Moteurs/hélices (voir ci-dessous)

Alimentation des BL-CTRL

Un BlCtrl peut délivrer plus de puissance, alimenté sous une tension plus élevée.

Exemple

Un BL-Ctrl suporte 20A en crête et 10A en continu.

• En 3s cela donne 240W en crête, 120W en continu.
• En 4s cela donne 320W en crête, 160W en continu.
• En 6s cela donne 480W en crête, 240W en continu.

Si vous vous souvenez

Plus d'intensité signifie des pertes plus élevées et plus de problèmes avec le compas magnétique.

Une tension plus élevée signifie moins d'intensité, moins de pertes et moins d'interférences magnétiques.

Les hélices

Il y a deux paramètres définissant une hélice : Diamètre et Pas.

Le "Pas" indique la distance théorique (sans glissement) dont l'hélice avancerait sur son axe lors d'une rotation de UN (1) tour.

pour mémoire

Pour une poussée égale, une hélice de faible diamètre, tournera plus vite avec un couple moindre, qu'une grande.

L'inertie

Dans notre application, le poids est particulièrement important (plus précisément: Le moment d'inertie) Pour nos MK les hélices à fort moment d'inertie ne conviennent pas, les moteurs doivent pouvoir modifier rapidement leur régime.

Les Moteurs

Ils convertissent Tension électrique * Intensité, en Régime * Couple.

Puissance Moteur

Traduit l'aptitude du moteur à convertir l'énergie en travail.

KVM/v

Vitesse (en tours par minute) par volt. C'est une des caractéristique majeure d'un moteur. Et elle peu varier considérablement d'un modèle/constructeur à l'autre.

Exemple: Si j'alimente un moteur 1000 KVM/v en 5V il tournera à 5000 RPM (Sans hélice). Si j'augmente la tension à 10V, il tournera à 10 000 RPM.

pour mémoire Plus l'hélice est grande plus KVM/v peut être bas. De même pour une tension élevée le KVM/v peut être bas.

force contre-électromotrice

Un moteur en marche, produit comme un générateur, une tension contre-électromotrice, s'opposant à la tension motrice. Si l'on alimente un moteur théorique (sans fortement, sans inertie) il va produire une tension contre-électromotrice, qui va s'opposer puis égaler la tension motrice, réduisant l'intensité à zéro, (NdT: et empêchant l'augmentation de vitesse à l'infini) Si le moteur est freiné (inertie , frottements) il produit moins de Tension contre-électromotrice et de ce fait l'intensité est d'autant plus élevée.

Dimension et poids

Un moteur plus grand peut être plus puissant qu'un petit: Il dispose de plus de place pour les aimants, le cuivre et le fer nécessaire à la performance.

Le bobinage moteur

Le nombre de tours d'enroulement autour d'un pôle est inversement proportionnel au KVM/v Pour un moteurs considérés, on peut s'attendre à ce qu'un taux élevé de remplissage (il y a plus de cuivre appliqué sur les pôles) ait un rendement plus élevé qu'un moteur avec un faible taux de remplissage. Si le fabricant utilise un fil de calibre plus important il pourra conservé un bon taux de remplissage tout en diminuant le KVM/v (La mise en parallèle de fils d'un calibre inférieur, à sensiblement le même effet)

BL-Ctrl

Le BL-Ctrl converti (suivant une "Modulation à largeur d'impulsion" PWM) la tension continue de la batterie en tension alternative nécessaire pour le moteur brushless.

Puissance modulable

Le BL-Ctrl "Découpe" en PWM (Pulse wide Modulation) la tension de la batterie, ce qui abaisse la tension moyenne aux bornes du bobinage. Cela permet de produire en fonction du KVM/v un couple et une vitesse de rotation dont dépendant principalement le choix de l'hélice !

Courant d'entrée <-> courant de sortie

Le courant d'entrée (DC) du contrôleur-BL est une mesure directe de la puissance efficace absorbée. P = Ubatt * I

Un peu plus pointu !:

En ne se basant que sur l'intensité d'entrée, il n'est pas possible d'extrapoler directement le courant interne au bobinage moteur; Il peut être bien plus élevé que l'intensité d'entrée du BL-Ctrl.

différentes causes à ceci:

La puissance d'entrée du contrôleur = Tension d'entré * Intensité d'entrée.

La puissance de sortie du contrôleur = tension de sortie * Intensité de sortie.

La tension de sortie est liée à la tension contre-électromotrice provenant du moteur (Fort KVM/v = faible tension contre-électromotrice)

La puissance de sortie est toujours = à la puissance d'entrée * par le rendement (proche de 1) du contrôleur.

Voici un exemple (simplifié)

Un BlCtrl envoi une trame PWM de 10%.

Le courant d'entré du Contrôleur est de 1A sous 10V. La Puissance est donc 10W.

Le moteur à un KVM/v trop élevé ou une hélice trop grande: la vitesse atteinte produit une tension contre-électromotrice qui "écrase" la tension interne à 1v.

Par conséquent l'intensité interne au bobinage sera de 10A, car le moteur doit absorber les 10W produit par le contrôleur (I = P / U )

En 1.2 Nous avons noté qu'une Intensité élevée, imposait des pertes élevées.

C'est la raison, pour laquelle les BL-Ctrl chauffent fortement en cas d'inadéquation moteur/hélice => l'intensité de sortie peut être éventuellement beaucoup trop élevée!

LiPo

Pour les Lipos, les caractéristiques suivantes sont importantes :

• Tension 3s = 3*4V = 12V chargée (11,1V en débit)
• Capacité en mAh. Une Lipo de 2200mAh offre 2,2A pendant une heure, ou 4,4A pour 30min

• Intensité Maximum in C. 2200/20C signifie 20 * 2,2A = 44A

• Poids

Test Moteur

Avec une petite construction on peut facilement tester des moteurs.

Composé de:

• Support moteur
• Balance (de cuisine) numérique
• Moteurs et hélices à essayer (diriger le souffle vers le haut)
• BL-Ctrl (Piloté par le "test moteur" de MKTools)
• pince ampèremètrique (sur tout les bons sites web…)
• Lipo

À présent, augmenter la vitesse de rotation par palier de 0,5A en notant la poussée en grammes. La compilation dans un fichier excel facilitera la représentation en graphique.

Interprétation des données

La méthode de calcul du temps de vol en fonction des caractéristiques est décrite dans le sujet temps de vol.

Ci-dessous des graphiques de caractéristiques moteurs:

Mesure de différent moteurs/hélices 16V (4s-Lipo)

Mesure de différent moteurs/hélices 24V (6s-Lipo)

Note: Les hélices utilisées ici sont probablement trop lourde pour offrir un bon contrôle a un MK.

Caractéristique: Intensité totale/charge utile

L'un des problèmes dans la comparaison des moteurs est qu'ils peuvent être de poids sensiblement différents.

Pour en tenir compte, ces courbes tiennent compte de la masse au décollage (qui est déduite de la poussée):

À observer:

• En bas àgauche (à 0A) La masse au décollage.
• Les écarts de consommation (y compris, à la charge utile échelle 0g)
• Débit-Lipo (échelle inférieure) en fonction de la charge
• Intensité BL-Ctrl (échelle supérieure) en fonction de la charge

Mesure de différents moteurs/hélices en 16V (4s Lipo)

Le "Bon" dimensionnement

Lorsque l'on souhaite approcher la meilleur combinaison possible Lipo+Moteur+Hélice, il faut tenir compte de:

• L'hélice doit être légère (Faible moment d'inertie)
• En haut sur les courbes: la combinaison doit offrir un bon rapport Poussée/Consommation.

• On doit disposer d'assez de "réserve"==> Au minimum: Poussée Maximum = 2 * poids au décollage (Mais 3 * est surement préférable)

• Au maximum des gaz, Ni la lipo, le contrôleur ou le moteur ne devrait être en surcharge.

Conclusion

La combinaison Moteur/hélice optimale consommera le moins possible en sustentation tout en permettant au minimum une poussée double du poids au décollage.

"Puissance raisonnable" signifie, que même à plein gaz, Lipo & Bl-ctrl ne sont pas en surcharge.

Sur un Quadro, disposant d'une Lipo 2200/20C, l'ensemble Moteur/hélice optimal ne devrait pas dépasser 11A à plein régime, tout en restant en dessous de 5A par moteur à la charge Maximum.

Exemples: Vous pouvez faire fonctionner un Roxxy 2827/34(35) avec soit:

Une hélice 12" alimentation 3S, soit, Une hélice 10" alimentation 4S.

Dans ce cas la combinaison 4S est plus efficace (tension plus élevée)


Impressum: Traduction française: MK-FR•info

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