Motorisation 101

Un article de Jean-Philippe

Vous projetez l’acquisition d’un modèle ARF (almost Ready to Fly) ou la construction un scratchbuild et vous vous posez toujours la même question, quelle est la meilleure motorisation pour mon avion? Vous pouvez lire et relire les groupes de discussion, vous trouverez toujours des critiques pour chacune des configurations proposées.

Je vous propose une démarche structurée permettant d’évaluer la motorisation se rapprochant le plus des performances recherchées. Il est important de noter que cette approche repose que sur mon expérience dans l’aéromodélisme basé sur le gros bon sens et sur une évaluation approximative des performances du modèle.

Note : L’auteur ne peut-être tenu responsable, en totalité ou en partie, des échecs de la démarche.

Pour les besoins de l’exercice, nous prendrons un avion réel: le FT Mustang.

Envergure alaire: 40 pouces
Surface alaire: 240 pouces²
Poids: 16 oz

Surface alaire

Envergure de l’aile (longueur) multipliée par la corde (largeur) de l’aile.
40 pouces X 6 pouces = 240 pouces² de surface alaire.
Pour la surface en pied carré, nous divisons 240 par 144 = 1.66 pied²

Charge alaire

La masse de l’avion est de 16 oz.
Si l’on additionne la masse de la pile 7 oz, la masse totale de l’avion sera de 23oz.
Pour obtenir la charge alaire, nous divisons la masse par la surface alaire en pieds carrés.
23 oz divisées par 1.66p2 = 13.85 oz/pied²



Vitesse de décrochage approximée

Il est possible de calculer la vitesse théorique de décrochage basé sur la charge alaire. certain qu’il y a nombreux facteurs affectant la vitesse de décrochage réel.
La formule est simple, racine carré de la charge alaire multipliée par 3.7.
Racines carrées de 13.85 * 3.7 = 13.76 mph.

Plage de vol

La plage de vol est définie par la vitesse inférieure (décrochage) et la vitesse limite lors du vol rectiligne en palier. Selon le type de modèle, un parkflyer ou un avion rapide tel un pylon racer, le ratio optimal est situé dans une plage de 2 à 3 fois la vitesse de décrochage.
La vitesse supérieure est calculée comme suit:
Vitesse de décrochage multiplié par le ratio.
13.76 * 3 = 41 mph.
Cette vitesse est importante, car elle nous indique quel devra être l’ordre de grandeur de la vitesse du déplacement d’air produit par l’hélice à plein régime. Il ne faut pas s’y méprendre, il ne s’agit pas ici de la vitesse de votre avion, mais bien du déplacement d’air produit par l’hélice. La vitesse réelle sera inférieure principalement à cause de la trainé générée par l'avion.

Choix de potentiel (tension de la batterie)

Il est venu le temps de prendre la décision quant au nombre de cellules utilisées dans votre nouveau modèle. Règle générale, les avions d'un poids inférieur à 16oz, utilisent des piles lipo 2s ou 3s alors que les avions de 32oz-48oz, des 3 s ou des 4 s, etc.
Cela étant dit, regardez ce que vous avez sous la main.
Question de vous guider un peu, je vous suggère la règle du pouce suivante: la pile devrait représenter approximativement 25 % de la masse totale de l’avion. Si votre avion a une masse de 16 oz, la masse de la pile devrait être d’environ 4 oz. Pour les besoins de l’exercice, allons-y avez une pile 3s.
Une pile LiPo chargé indique un potentiel de 4.2 volts par cellule, mais la valeur du potentiel diminue tout au long du vol. On considère, pour le besoin des calculs, que le potentiel d’une cellule LiPo est en moyenne de 3.7volts.

Performance

Un point important: vos attentes. Est-ce que vous désirez avoir un avion acrobatique, faire du vol 3D ou un avion d’entrainement docile?
Ce que vous devez déterminer est le ratio poids/poussée, qui est, généralement, de l’ordre de .75 @ 3.

Certains diront que je parle du ratio watt/poids. Ce que vous mesurez avec un wattmètre entre la pile et le moteur mesure la puissance fournie au moteur et non la puissance appliquée à l’avion en vol. La puissance à l'arbre est partiellement perdu par le ESC, l'hélice, le câblage et le moteur même. Alors la puissance rendue disponible au vol peut être jusqu'à la moitié de celle disponible à la sortie de la batterie.

Pour les besoins de l’exercice, nous choisirons un ratio de 1.5.
La poussée produite par l’hélice devra être de 23oz * 1.5 = 34 oz.

L’hélice

L’hélice sur un avion est comme les pneus d’une voiture, il y a des proportions à respecter en fonction de la taille de l’avion. Première règle de base, l’hélice ne devrait pas dépasser 25 % de la longueur de l’aile.
Pourquoi me direz-vous? Je n’ai pas la réponse, mais des hypothèses; plus l’hélice est grande, plus l’effet de couple se fera sentir. La seconde hypothèse, plus la dimension de l’hélice est importante, plus de puissance requise sera élevée, plus lourd sera la motorisation.

Sur cette prémisse, l’hélice de notre avion devrait avoir 25 % de 40 pouces = 10 pouces.
Y a-t-il d’autres contraintes? Posez-vous les questions suivantes:
Est-ce que la distance entre le fuselage et l’hélice est suffisante?
Si l’avion a un train d’atterrissage, est-ce que la distance entre le sol et l’arbre du moteur est respectée?

Dans notre cas, prenons l’hypothèse suivante, la distance entre l’arbre du moteur et le sol est de 5 pouces. Il est recommandé d’avoir entre a 1 pouce entre le bout de l’hélice et le sol.

Ceci me laisse donc le choix entre une hélice de 8 ou de 9 pouces. L’autre option est de remplacer les roues, c’est une autre histoire.

Caractéristique du moteur

Selon la catégorie d’hélice que nous prévoyons utiliser, cette catégorie déterminera la caractéristique du moteur KV (nombre de révolutions par volt).
Puisque nous avons déjà déterminé le nombre de cellules de notre pile, il est facile de déterminer le KV en utilisant les caractéristiques de l’hélice.

Notre hypothèse est une hélice de 9 pouces.



Au premier coup d’œil, le KV requis pour les hélices de type SlowFlight (SF) semble un peu bas, mais seraient probablement de bonnes candidates si nous utilisions des piles 2S. Maintenant nous pouvons affirmer que le moteur correspondant à nos besoins doit avoir un KV compris entre 800kv et 1400kv. Notre quête touche à son but.

And the winner is?

Encore un petit effort: sortez vos calculatrices et mettez tous les paramètres dans ça:



Je blague, c’est un peu inhumain de faire les calculs à la main.
J’ai préparé un chiffrier Excel afin d’automatiser les calculs.
Voilà dans l'order les constantes (identifiées précédemment), pour compléter la feuille Excel:

1) Voltage : 11.1 volts (3 cellules LiPo)
2) Taille hélice : 9 pouces
3) Vélocité : 41mph
4) Poussé requise : 34 oz
5) KV : 1500.



Selon la disponibilité du pas des hélices, il y aurait trois choix potentiels. La 9x3.8 existe, mais manque un peu de poussées afin de satisfaire nos critères. Raffinons nos données en utilisant une hélice d’un pas de 5. Inscrire 5 dans la case vertes.



Un moteur avec un KV de 1200 et de 200watts conviendra à l’avion en utilisant une hélice 9x5.



En conclusion

Une bonne nouvelle, nos calculs sont très près de la motorisation proposés par Flitetest. Maintenant que l’art de la motorisation électrique est démythifié, vous ne devriez plus être déçu de la performance de vos avions. Et si vous l’êtes, vous serez en mesure d’apporter les correctifs nécessaires.

Fly safe!

JP