Nouvelle Approche - Calcul d'une propulsion électrique.

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Eric.A
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Nouvelle Approche - Calcul d'une propulsion électrique.

Message non lu par Eric.A » 09 juin 2014, 15:50

Introduction :
Ce document servira de base à tout pilote voulant préparer un nouveau modèle pour la Voltige classique ou 3D en propulsion électrique.
Il est à noté que toutes les informations contenues dans ce documents ne dispensent pas de mesurer l'intensité consommée par le moteur à plein régime pour éviter tout problème.

1°/ Règle courante :
En matière de propulsion électrique, une règle existe qui se base sur la consommation électrique du moteur (en Watts).

Avion lent type Piper Cub ou modèle de début 100 à 140 watts/kg
Avion + sportif aile basse ou multi 140 à 160 watts/kg
Avion + rapide multi ou racer 180 à 250 watts/kg
Avion 3D 350 à 450 watts /kg

Selon ces règles, un multi de 5 Kg devrait avoir un moteur qui consomme obligatoirement entre 900 et 1250 W ( ligne Avion + rapide multi ou racer )
ce principe n'est pas faux, mais il ne prends pas en compte certaines choses vitales en matière d'aviation :
- Vitesse de rotation moteur.
- Diamètre d'hélice (en sachant qu'en changeant d'un Pouce le diamètre de l'hélice on fait varier la consommation d'environs 25%)
- Pas de l'hélice (en sachant qu'en changeant d'un pouce le pas on fait varier la consommation d'environs 10%)

Exemples (Débiles) : :)
Cherchons les 1250 W grâce à la formule P=U*I (Puissance (W) = Tension (V) multipliée par l'intensité (A)) donc I = P / U
- En 3S (11.1 V) le moteur adéquat pour sortir 1250 W consommera 112.6 A
(112.6 = 1250 / 11.1)
- En 10S (37 V) le moteur adéquat pour sortir 1250 W consommera 33.7 A
(33.7 = 1250 / 37)

- En 3S, même si un moteur était capable de supporter une telle intensité, la batterie serait vidée bien avant la fin d'un programme.
- En 10S, la consommation est faible, mais le poids d'une telle installation en vaut-elle la peine ?

Exemple en activité qui contredit ce tableau :
Un avion F3A, présent dans le paddock pèse 3,4Kg, propulsé en 6S (22.2 V) et consomme 60A max plein gaz au sol avec une hélice 16x10. La puissance totale est de : 22.2 * 60 = 1332 W.
Divisons cela par le poids : 1332 / 3.4 = 391,76 W/Kg

Cet avion a dépassé la catégorie dans laquelle il est censé se trouver et rentre dans la catégorie avion 3D. Bien que cette propulsion soit adaptée à la discipline. Si on avait respecté à la lettre ce tableau de puissance, sous-motorisé, probablement, l'avion serait...

C'est pourquoi une nouvelle manière est ici proposée : Pour être complémentaire de la première ou inversement.

Par ces exemples, il apparait que chercher simplement une puissance électrique est un non sens. D'autant que les constructeurs d'avions donnent fréquemment les tailles d'hélices à utiliser. Voilà la base de cette étude.

2°/ Vitesse de rotation maximale d'une hélice :
La vitesse de rotation maximale qu'une hélice peut supporter est donnée par la formule suivante (source APC pour une hélice électrique - http://www.apcprop.com/v/html/rpm_limits.html) :
RPM Max = 145000 / Diamètre hélice (en pouce)
Exemple pour une hélice de 19" :
145000 / 19 = 7 631,58 RPM Max

Donc une hélice de 19" ne devrait pas dépasser ~7600 Tour/min.

3°/ Déterminer quel moteur choisir (Kv):
Maintenant qu'une vitesse de rotation maximale a été déterminée, vient l'étape de choisir un moteur en fonction de la dite vitesse et du choix des accus.
Rappel : le Kv d'un moteur est le nombre de Tours / Volt du moteur. Ce paramètre est donné par le constructeur.
Nous avons maintenant la vitesse de rotation approximative du moteur à vide.
Grâce à la formule RPM moteur = Kv * U, nous pouvons maintenant choisir un Kv en fonction de la tension ou alors trouver une tension pour un moteur que l'on aurait déjà.

Démonstration :
a - Accu de propulsion 6 éléments (6S - 22.2V) :
Kv = 7631 / 22.2 = 343.7 (Arrondissons à 340)
Par ce principe, il ne faudra pas un moteur de plus de 340 Kv en 6S.

b - Accu de propulsion 8 éléments (8S - 29.6V) :
Kv = 7621 / 29.6 = 257 (Arrondissons à 250)
Par ce principe, il ne faudra pas un moteur de plus de 250 Kv en 8S.

4°/ Choix de la tension d'alimentation :
Il existe une règle qui dit moins de Kv = plus de couple & puissance de traction pour moins de consommation. C'est vrai !
Mais, comme le domaine d'application est le vol, il faut aussi prendre en considération le facteur poids de la chaine de propulsion.
Déterminons 2 chaînes. Une 6S et une 8S, comme utilisé plus haut, toutes deux en 5000mAh Pour une hélice de 19".

a - 6 éléments :
- Batterie : 6S 5000mAh 25C 812g
- Moteur : 320Kv - Intensité Max 65A - Poids ~376g
- Contrôleur : 80A - Poids ~70g
Poids de la chaîne : 812 + 376 + 70 = 1258 g -> 1,25Kg

b - 8 éléments :
- Batterie : 4S 5000mAh 25C 552g (x2) soit 1104g
- Moteur : 210Kv - Intensité Max 65A - Poids ~475g
- Contrôleur : 80A - Poids ~70g
Poids de la chaîne : 1104 + 475 + 70 = 1649 g -> 1,65Kg

400g de différence entre les 2 ! Ce qui avoisine les 10% du poids total d'un avion en F3A.

Conclusions :
Ce document n'est pas une règle absolue mais une autre façon de déterminer sa chaîne de propulsion plus proche du moteurs Thermiques qui se base sur la charge moteur et le nombre de tours par minutes Maximum.
Aucun pilote équipé thermique ne prendrait le risque de surcharger son moteur de peur de la surchauffe, du serrage ou plus simplement d'une limitation des performances du moteur, n'est-ce pas ? Alors pourquoi le faire en électrique ?
Pourquoi monter à des intensité de 90A quand en mettant en relation les mêmes règles habituelles, un peut grandement diminuer cette consommation ?

Astuce :
Il est possible de tabler sur un moteur ayant un Kv légèrement supérieur à ce que les calculs donnent. Auquel cas, il sera nécessaire de réduire la courbe de gaz pour obtenir le régime souhaité ou l'intensité maximale. Cette méthode à l'avantage de la précision de la consommation mais réduit de fait la souplesse moteur car la courbe de gaz sera réduite. Cette solution n'est valable que si la diminution de la courbe de gaz n'excède pas 15% (réduction à 85% de la courbe) au delà de quoi, la précision de la propulsion sera médiocre.

Ci-joint une feuille de calcul qui envisage 3 méthodes de recherche :
- Trouver le KX moteur maximum depuis le diamètre de l'hélice et le nombre d'éléments lipo.
- Trouver le nombre d'éléments lipo maximum à utiliser en fonction du diamètre de l'hélice et du KV Moteur.
- Trouver le diamètre maximum de l'hélice en fonction du KV Moteur et du nombre d'éléments lipo.

Bons vols à toutes et tous.

Eric
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Modifié en dernier par Eric.A le 09 juin 2014, 17:17, modifié 1 fois.

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Re: Calcul d'une propulsion électrique Brushless.

Message non lu par Eric.A » 09 juin 2014, 15:51

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Re: Calcul d'une propulsion électrique Brushless.

Message non lu par Eric.A » 09 juin 2014, 15:51

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Re: Calcul d'une propulsion électrique Brushless.

Message non lu par Soustelle Illian » 09 juin 2014, 15:59

Bonjour

Si on veut utiliser la règle "courante" il faut tenir compte de la resistance résiduelle dans le controleur et la resistance interne du moteur.
Il va donc y avoir une certaine puissance qui va se soustraire a la puissance électrique, et cela va conduire à une puissance totale qui sera cohérant avec les ordres de grandeurs donnés au debut.

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Re: Nouvelle Approche - Calcul d'une propulsion électrique.

Message non lu par Louis4sun » 18 août 2014, 23:09

Bonjour
J'ai téléchargé le fichier et regarderai cela à tête reposée.
Perso j'ai développé Scorpion Calc et Scorpion Calc (version wizard beta)
c'est ici (gratuit)
http://www.rcgroups.com/forums/showpost ... tcount=368
C'est connu dans le monde entier (mais c'est en anglais)

Il faut définir l'avion (mission, type de vol, surface alaire, poids ..)
le calcul va choisir la puissance
** via la traction statique (par rapport au poids de l'avion)
** et via la vitesse avion max (par rapport à la vitesse de décrochage)
Il donne, au final, l'hélice, le Kv en rpm/V, le poids moteur et le nombre de cellules (tension)
et les détails des performances

Sinon il y a d'autres calculateurs
** Web'o'Calc (gratuit)
** Tetacalc de mon ami Guillaume Rouby (gratuit)
** et d'autres (généralement en anglais)
Louis

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Steph bernard
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Re: Nouvelle Approche - Calcul d'une propulsion électrique.

Message non lu par Steph bernard » 21 août 2014, 11:17

2 ou 3 commentaires :

l'approche d'eric est intéressante et elle au moins un mérite par rapport aux autres calculateurs évoqués c'est qu'il nous donne les hypotheses de calculs c'est assez rare pour le souligner cela signifie donc c'est l'on sait ou l'on va et quelles sont par conséquent les limites (points forts et faibles de la méthode) du calcul.
pour répondre a Illian qui évoque les R internes. tu peux assez facilement les prendre en compte en prenant un rendement : ie un coef qui te dit que tu n'as de dispo au moteur que par exemple 95% (valeur au pif) de ce que fournis la batterie.

pour moi le point de la méthode d'eric c'est qu'elle met en avant la fiabilité du système donc pour l'entrainement intensif, la fiabilité en concours c'est bien, mais c'est aussi par la même occasion un peu "sa faiblesse" car tu n'exploites pas tout a fait au max les possibilité du matériel, le critère fiabilité imposant toujours d'en avoir sous la quille. après la responsabilité du concepteur est d'estimer correctement "le combien il reste sous la quille pour que cela passe" ;)

stephane
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Re: Nouvelle Approche - Calcul d'une propulsion électrique.

Message non lu par jonathan renouprez » 21 août 2014, 16:08

Hello,

Petite question. Pour le raisonnement ci dessous , ne faut il pas prendre en compte le facteur 'autonomie' ? Pour être à iso puissance, en 6s tu consommeras forcément plus qu'en 8s. Pour avoir donc la même autonomie il faudra mettre des accus de capacité supérieur . Genre 6000mahs au lieu de 5000 mah.

qu'en pense tu ?

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a - 6 éléments :
- Batterie : 6S 5000mAh 25C 812g
- Moteur : 320Kv - Intensité Max 65A - Poids ~376g
- Contrôleur : 80A - Poids ~70g
Poids de la chaîne : 812 + 376 + 70 = 1258 g -> 1,25Kg

b - 8 éléments :
- Batterie : 4S 5000mAh 25C 552g (x2) soit 1104g
- Moteur : 210Kv - Intensité Max 65A - Poids ~475g
- Contrôleur : 80A - Poids ~70g
Poids de la chaîne : 1104 + 475 + 70 = 1649 g -> 1,65Kg

400g de différence entre les 2 ! Ce qui avoisine les 10% du poids total d'un avion en F3A.


"""""""""""""

Si non, intéressant comme doc.

A+

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Re: Nouvelle Approche - Calcul d'une propulsion électrique.

Message non lu par Steph bernard » 21 août 2014, 16:29

tu as bien dis le maitre mot : iso puissance. donc si moins de tension plus de courant.....
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