Nouvelle étude de multicoptère photographique.

Septembre 2017, je me demandais si il était possible de trouver une hélice plus efficace pour un quadricoptère qui pourrait alors emporter une charge plus lourde. Mon premier quadri-photo est équipé d'hélices RCTimer 13x4 en carbone.

J'avais trouvé des valeurs de traction de l'hélice Tarot TL2822. Ils étaient trop beaux pour être vrais et le prix de l'hélice est prohibitif. J'ai donc décidé d'estimer par calcul ce que devrait être un quadri équipé d'hélices de 18 pouces et quel serait son autonomie.

Le détail de cette expérience est ici : http://www.motquin.be/modelisme/Dossiers/doc/NEMP.pdf

J'ai comparé des hélices et des moteurs pour finalement estimer que le meilleur résultat serait fourni par un moteur Multistar 4014-320KV muni d'une 18 x 4 en carbone de chez Hobbyking. Les estimations d'autonomie étaient décevantes et j'ai conclu que la question n'était pas de calculer un poids à respecter mais seulement de faire le plus léger possible et de déterminer si la construction en vaut la peine. J'ai donc commencé par améliorer mon premier quadri, tout en dessinant les plans du nouveau afin d'en déterminer le poids. J'ai aussi acquis une hélice 18x4 et un moteur 4014-320KV.

24 novembre 2017, le dessin progresse mais le poids ne peut encore être estimé:

La taille de l'engin impose le démontage pour le transport:

26 novembre 2017, les estimations par calcul et les mesures sont les suivantes:

Je conclus: "Le temps de vol pour une machine de 4 Kg serait de 17 minutes 30 secondes (en utilisant 65% des 10Ah du pack LiPo). Pour voler 15 min. il ne faut pas dépasser 4200 grs."

Je reprends donc mon étude d'un quadricoptère muni d'hélices 18x4 en commençant par faire une comparaison avec mon quadricoptère actuel dont le poids est maintenant de 3015 grs.

D'après mes calculs le temps de vol en stationnaire à 65% des 8000 mAh est de +/- 16 minutes, ce qui est comparable aux valeurs attendues pour le quadricoptère équipé de 18x4. Sur base de la fameuse formule qui donne la traction statique en fonction du diamètre de l'hélice et de la puissance, j'espérais une efficacité dans le rapport des diamètres exposant 1,5.

donc (18/13)^1,5 = 1,38

Je suis à la fois content et déçu. Déçu de ne pas voir le temps de vol augmenter dans cette proportion, content de découvrir que l'efficacité mécanique de l'hélice est bien au rendez-vous et correspond à la théorie (1,4 en moyenne, soit 17,6 grs/W pour 12,4 grs/W à 750 grs de traction). Le moteur est responsable de ma déception: des 88% du 4225-390KV avec la 13x4, on passe aux 82% du 4014-320KV avec la 18x4 et 6% de 88 font 7% !

La traction étant proportionnelle à la vitesse de rotation, le moteur idéal devrait pouvoir fournir 2500 grs à 4950 trs/min pour cette 18x4 dont le N100W est de 3540, ce qui demande environ 275 watts mécaniques, soit 350 watts électriques avec un rendement de 80%. Le KV devrait être de 225 en 22 volts. Le problème est que ce moteur n'existe pas, on trouve seulement des moteurs plus puissants, ayant un KV plus élevé et plus lourds.

Tout ceci nous ramène en arrière: "Le maitre choix est donc le Turnigy Multistar 4014 320KV". Je vais donc renverser la situation: je ne cherche plus le moteur qui va faire voler mon quadricoptère, je cherche le quadricoptère qui pourra voler avec ce moteur et cette 18x4. Il n'est pas question de calculer un poids à respecter mais seulement de faire le plus léger possible et de déterminer si la construction en vaut la peine.

Dans la foulée, je détermine le poids du quadricoptère tel qu'il est dessiné pour découvrir qu'il est beaucoup trop lourd en raison des pièces massives à imprimer en PLA.

La version 1 a vécu, vive la version 2.

1 décembre 2017, j'ai revu complètement la conception et remplacé beaucoup de PLA par du carbone:

Les poids sont les suivants:

317 grs de carbone, 203 grs de PLA, 43 grs de visserie, 652 grs de moteurs, 100 grs d'hélices, 100 grs de variateurs et 1189 grs de pack 6S 10Ah.

Nous en sommes à 2604 grs sans la nacelle et l'appareil photo. Ma nacelle actuelle pèse +/- 140 grs et l'Olympus TG-4 pèse 250 grs.

Le défi consiste maintenant à tenter d'adapter une nacelle à cardan brushless. Si le poids max visé est de 4,2Kg, l'adaptation de la nacelle doit rester en dessous de 4200 - 2604 - 250 = 1346 grs.

Il ne fait aucun doute que c'est réalisable !!!! Je suis content content content content !!!!

Le rapport traction max/poids sera convenable aussi car lors de mes essais moteur réalisé en 5S (18,5 volts), je n'ai pas osé pousser les gaz à fond et j'ai atteint 2310 grs pour 290 watts avec 18,13 A.

Le pack Lipo sera un 6S (22,2 V), le moteur supporte 26 A et 720 Watts. Mes prévisions étaient pessimistes car je devais avoir +/- cette traction de 2310 grs sous 23 A avec +/- 350 W.

Puisque mes prévisions étaient d'obtenir 2500 grs sous 480 W avec 25,25 A, j'en déduis qu'en 6S, j'atteindrai une traction suppérieure mais en tablant seulement sur ces 2,5 Kg, mon rapport traction/poids sera au moins de 10 / 4,2 = 2,38. La fourchette haute de ce rapport (en utilisant une nacelle de moins de 1346 grs) est bien meilleure car ce type de nacelle pèse en général +/- 800 grs.

En supposant que diverses adaptations seront nécessaires pour adapter le TG-4, j'estime le poids à 900 grs. Le quadri pourrait alors peser 3504 grs. Le rapport traction/poids passe alors à 2,85. Mieux, le temps de vol passe la barrière des 20 minutes. Je suis content content content content !!!!

7 décembre 2017, mon dessin a bien avancé, voici une vidéo qui en montre la conception:

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