31
Jan

Création d’un drone – Partie 2 : la motorisation

Cet article va être un peu long parce que le sujet est dense. J’ai hésité à le faire en 2 fois mais cela aurait nuit à la compréhension de l’ensemble.

Après la genèse d’un drone qui consistait à établir une configuration générale, nous allons passer à l’étape qui va consister à déterminer un ensemble moteurs/contrôleurs/hélices/batteries pour définir la motorisation de notre appareil. Pour y arriver nous allons utiliser un outil en ligne qui s’appelle Ecalc, qui permet, en saisissant divers paramètres, d’obtenir des simulations concernant le poids, la traction et l’autonomie de notre drone.

La chaine de motorisation part de la batterie, va aux contrôleurs moteurs, aux moteurs pour finir aux hélices.

La chaine de motorisation

1 – La batterie

batterie lipo droneUn article complet sur les batteries lipos est présent sur notre blog.

En résumé, il y a 3 paramètres principaux qui définissent une batterie : Sa tension (voltage), sa capacité (milli-ampères/heure) et sa puissance instantanée maximale qui est définie par le multiplicateur de sa capacité (XXc, le « c » étant sa capacité en ampères). Un autre paramètre étant sa capacité de charge maximale qui utilise le mêmme un « c » comme la puissance instantanée.

Le choix d’une batterie va donc influencer le rendement des moteurs et l’autonomie en vol de la machine. Il est donc un élément primordial de la réflexion sur la motorisation d’un drone.

2 – Les contrôleurs de moteurs brushless (ESCs)

controleur ESC bruslessCe sont de petits composants qui viennent s’interposer entre la batterie et les moteurs et qui sont connectés à la carte de vol. Il permettent à cette dernière de modifier la vitesse de rotation de chaque moteur pour permettre un déplacement sur tous les axes. Aujourd’hui, la quasi totalité des ESC sont adaptés aux moteurs brushless y compris à bas Kv et il n’est plus nécessaire de les flasher. On se contentera de choisir une puissance adaptée aux moteurs et des les calibrer par rapport à la radio commande.

3 – Les moteurs brusless

moteurs brusless dronesCe sont eux qui font tourner les hélices, donc autant dire un maillon primordial de la chaîne ! Ce sont aussi des éléments importants dans le poids total de la machine. En règle générale, on choisira en fonction de la puissance maximale en watts et du « Kv » soit le nombre de tours/minutes/volt. Par exemple, un moteur de 1000Kv avec une batterie en 4S (14.8v) tournera au maximum à 14.800 tr/mn. Ensuite, on s’attachera à sa capacité de traction en fonction de la taille et du pas des hélices, elle sera donnée en gramme et son rendement sera donné en grammes/watt. Au final, ces éléments détermineront la taille du moteur en diamètre et hauteur (4108 donnera 41mm de diamètre et 8mm de hauteur).

4 – Les hélices

helices carbone dronesComme pour un avion, une hélice est définie par son diamètre et son pas (et un peu aussi par son dessin). A motorisation égale, l’augmentation du pas ou du diamètre permettra une vitesse de rotation plus lente pour enlever la même charge (si le moteur, via son Kv le permet). Mais une hélice qui tourne plus doucement donnera un appareil moins réactif et maniable. Pour simplifier, on choisi de grandes hélices pour des vols stables (vidéo) et des petites pour des vols nerveux (acrobatie).

Trouver la solution adaptée

On le voit, la chaine de propulsion fait intervenir 4 éléments qui ont chacun un impact sur la manière dont le drone va voler. Avec l’expérience, on arrive assez facilement à déterminer une configuration de base qu’il suffira d’adapter grâce à un outil en ligne qui s’appelle Ecalc. Pour en revenir à notre appareil, dans l’article précédent nous avons vu qu’il allait faire exclusivement de la prise de vue vidéo et que l’on avait besoin de stabilité, d’autonomie et d’un poids réduit. Pour répondre à ces 3 objectifs nous allons partir sur une configuration « slowfly », avec des moteurs à bas Kv et des grosses hélices sur un quadri-rotor.

Pour un poids estimé compris entre 2 et 3.5 kg, on aura une charge par bras comprise en 500 et 900 gr. Par expérience on sait qu’en slowfly il va nous falloir des moteurs dans une taille autour de 3510 minimum et un Kv maxi de 400.  On va partir sur des hélices de 15 pouces avec un pas « standard » de 5.5 et éventuellement voir si les 16 pouces passent pour gagner en autonomie. Notre stock de batterie est important en 4S et 5.800 mA/h, ce sera donc notre choix numéro 1. Pour les ESCs, on va chercher les plus légers en 30A. On a ce qu’il faut pour notre simulation sur Ecalc.

simulation drone ecalcOn entre nos éléments dans les différents champs et l’outil nous donne les éléments sur la puissance, le rendement et l’autonomie. En faisant varier les éléments, on fait évoluer les résultats afin d’approcher au maximum de nos besoins.

Sur cette simulation on peut voir que l’autonomie et proche de notre attente et que l’ensemble est cohérent avec un rendement élevé. Notre configuration finale pour la motorisation sera donc :

  • Moteurs T-Motor mn 3508-29 en 380 Kv OU Rctimer 5010 en 360 Kv si c’est trop juste pour les hélices 16 pouces
  • Esc 30A en petite taille
  • Hélices en 15×5.5 voire 16×5.5 carbone
  • Batterie 4S 5.800 mA/h

Nous avons déjà déterminé le châssis les nacelles et caméras dans la partie La genèse d’un drone, il ne nous manque plus qu’à passer les commandes et notre prochain article s’attachera au montage de notre drone !

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