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Le choix des moteurs et des hélices pour un drone

De 2 juillet 2014 octobre 26th, 2017 0 commentaire

Le choix des moteurs et des hélices pour un drone est sans doute la tâche la plus fastidieuse lors de la conception d’un drone. Les couples moteurs/hélices sur une drone sont aussi importants que les couples moteur/roues sur une voiture. En effet, les drone de type copter ne reposent que sur ces deux éléments pour défier les lois de la gravité.

Nota : Cette article s’articule autour d’un drone de catégorie D de moins de 2Kg et moins de 45cm.

Un drone pour quel type d’application ?

Avant toutes chose il est important de savoir qu’un drone spécialisé dans un domaine bien précis, sera toujours plus performant qu’un drone polyvalent.

La première étape, consiste donc, à choisir le type de vol, qui peut être classé en trois catégories :

  • Nerveux (sportif , acrobatique, vitesse) ;
  • Polyvalent (l’entre deux) ;
  • Stable (ballade, prise de vue, FPV.) .

Les hélices à choisir pour un drone :

Les caractéristiques techniques des hélices présentent deux valeurs : La longueur des pales et le pas géométrique, exprimés tous les deux en pouces.

Rappel sur ce qu’est le pas d’une hélice. Est appelé le pas, la distance que l’hélice parcourt en faisant un tour complet sans « glisser ». Autrement dit, en gardant une trajectoire linéaire. Le pas d’une hélice varie en fonction du nombre des pals de celle-ci, du poids de la machine et de la pression atmosphérique. C’est pourquoi il est important de faire la distinction entre le pas géométrique, qui est la valeur théorique et inflexible, et le pas effectif, qui est le pas réel.

Pour résumer sur les hélices d’un drone :

  • Grande Hélice = beaucoup de portance → vol stable mais a besoin de puissance pour faire 1 tour entier → moteur important.
  • Petite Hélice = peu de portance → vol moins stable et à besoin de moins de puissance pour faire 1 tour entier → moteur faible.

La taille de l’hélice ce fait en fonction de la portance (soit la masse à faire voler) dont on a besoin. Pour un quadricopter par exemple, la taille varie entre 8″ et 13″ à cela il faut prendre en compte la taille du châssis : Pour un châssis de 30cm on peut monter à 9″ max, sur 450cm on peut monter du 12″ max.

  • Petit pas = plus grande traction à faible vitesse, mais vitesse maxi limitée.
  • Grand pas = plus petite traction à faible vitesse, mais vitesse maxi élevée.

La taille du pas géométrique ce fait en fonction de la vitesse que l’on veut atteindre.

Pour un quadricopter, la moyenne et de 4,5″. Il est toutefois possible de descendre à 3,5 (pour du vol lent) ou de monter à 6 (pour du vol rapide).

Les moteurs et la batterie : Des liens qui vous permettront de déterminer la bonne durée de vol.

Le choix des moteurs ce fait en fonction de leur rendement soit le nombre de tours que peut faire le moteur en 1 minute et pour 1 volt. Cet valeur s’exprime en Kilo Volt noté KV. Plus le KV d’un moteur à grand, meilleur est sont rendement et donc plus économe en d’énergie. C’est pourquoi il est intimement lié au choix de la batterie.

Exemple : Un moteur de 900 KV peut donc effectuer 900 tours max en 1 minute pour 1 volt, sachant que 1 élément de batterie au lithium de polymère (ou LiPo) fournie 3,7 volts, la vitesse de rotation / minute (RPM ou tours/min) est de :

  • RPM = KV x U
  • RPM = 900 x 3,7
  • RPM = 3 330 soit 3 330 tours/min

Mais dans la réalité, il est plus simple de raisonner dans le sens inverse, c’est à dire en partant du nombre de tours/min pour définir les KV puis la capacité de la LiPo nécessaire.

La réciproque de la formule précédente est la suivante :

  • KV = RPM / U

Sachant qu’il faut en général :

  • 12 000 tours max pour du vol « nerveux » ;
  • 10 000 tours max pour du vol « normal » ;
  • 8 000 tours max pour du vol « stable ».

Pour la batterie, les drones de moins de 2Kg utilisent très souvent des LiPo 3S soit 11,1V.

Exemple : Avec une batterie de 11,1V, pour faire du vol stable (soit 8 000 tr/min) il faut un moteur dont le rendement et de :

  • KV = RPM / U
  • KV = 8 000 / 11,1
  • KV = 720,720 soit 720 KV

Récapitulatif pour une lipo 3S

  • 700 – 900 KV : vol prise de vues
  • 900 – 1100 KV : vol polyvalent
  • 1100 – 1400 KV : vol accro

Tableau récapitulatif :

Ci-dessous un tableau qui récapitule les précédents paragraphes. Ces valeurs sont serte théoriques, mais l’objectif de ce tableau eSt de permettre à quiconque souhaitant fabriquer sont drone, d’avoir une meilleur visibilité dans le choix des moteurs et des hélices

Vol nerveux

Vol polyvalent

Vol stable

Hélice (longueur en pouce)

8

8 – 10

10 – 11

Pas géométrique (en pouce)

5

4,5 – 5

4 – 4,5

RPM ou tr/min max

12 000

10 000

8 000

KV

1 100 – 1 400

900 – 1 100

700 – 900