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10 août 2015 1 10 /08 /août /2015 14:56

Florian poursuit ses tests au banc de traction avec des hélices repliables :

Afin de motoriser des moto-planeurs de moins de 2kg, j'ai investi dans des hélices repliables dans la plage de 11'' à 13''. Le but est de les utiliser avec des accus en 3S.

Voici la panoplie qui est utilisée pour les essais :

Banc de traction et hélices repliables

Nous avons, de haut en bas :

Deux hélices « e n matière plastique chargée fibre très rigides » en provenance de Topmodel.

1) XPower FOLDING PROP 13x6" : http://www.topmodel.fr/product_detail.php?id=16687

2) XPower FOLDING PROP 12x6" : http://www.topmodel.fr/product_detail.php?id=16686

Puis quatres représentantes de ce que nos amis chinois peuvent faire avec du carbone. Le tout provients de chez HobbyKing.

3) Carbon fiber 13x6 Folding prop. : http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__17887__Carbon_Fiber_13x6_Folding_Propeller.html

4) Carbon fiber 12x6,5 Folding prop. : http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__18070__Carbon_Fibre_12x6_5_Folding_Prop_Blades.html

5) Carbon fiber 12x6 Folding prop. :

http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__22830__Carbon_Fibre_12x6_Folding_Prop_Blades.html

6) Carbon fiber 11x8 Folding prop. : http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__18069__Carbon_Fibre_11x8_Folding_Prop_Blades.html

Et enfin deux contributions de la « référence » : les Cam-Carbon d'Aeronaut. Celles-ci proviennent de chez Topmodel mais on les trouve ailleurs très facilement.

7) Aeronaut 13x5 Cam-Carbon : http://www.topmodel.fr/product_detail.php?id=20097

8) Aeronaut 12,5x6 Cam-Carbon : http://www.topmodel.fr/product_detail.php?id=15058

Test avec le moteur Turnigy SK3-3850-3,5 Competition

Voici un moteur que j'ai choisi pour équiper un moto-planeur de moins de 2kg.

Il a la particularité d’être un Brushless à cage tournante mais d'avoir une sur-cage qui ne toune pas. Il a donc une coquille qui permet de le positionner dans le fuseau d'un planeur sans se soucier des frottements potentiels des câbles d'alimentation entre le rotor et le fuselage.

Ces caractéristiques officielles: http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__32816__Turnigy_GliderDrive_SK3_Competition_Series_3850_3_5_960kv.html

- il a un kv de 960 tours/V

- 50mm de longueur hors tout (sans les connecteurs)

- 38mm de diamètre sur sa partie la plus large

- un courrant maximum admissible de 35A

- un arbre de 5mm de diamètre

- des connecteurs de 3,5mm

- un poids de 142g (poids vérifié conforme)

- un entraxe de fixation de 25mm pour des vis M3 (ma version a 22.5mm d'entraxe!)

Moteur SK3 et son contrôleur

Moteur SK3 et son contrôleur

Ces caractéristiques additionnelles telles que mesurée:

- 32mm de diamètre sur l'avant à sa partie la plus fine.

- une zone évolutive du diamètre qui fait 10mm de long (du diamètre le plus fin au diamètre le plus large)

- un espace « vide » entre la face avant et le début du rotor que fait ~10mm.

- un espace « vide » entre la face arrière et la fin du rotor que fait ~12mm.

- la cloche de protection fait un poil moins de 2mm d'épaisseur

- il en résulte que le la cage tournante est équivalente à un 3832 au mieux.

Les défauts sont vite vus:

- Pour un 3832, le bestiau peut apparaître lourd.

- l'entraxe de fixation de mon exemplaire fait 22.5mm au lieu des 25 spécifiés. Il faut donc adapter le perçage de la cloison pare feu en conséquence.

Le carénage de la cage apporte les avantage suivants:

- les connecteurs d’alimentation sont à l'arrière du moteur

- plus de risque de frottement de la cage sur un fuselage

- les ouvertures pratiquées facilitent le refroidissement et l’évacuation de la chaleur. Même en lui faisant consommer 35A pendant plus d'une minute, il reste tiède.

Maintenant, passons au test; ce moteur est associé à :

- un controleur YEP 40A (il a un sBEC de 5A !!!)

- des accus Zippy Compact de 3S/2200mAh.

- un cône porte pales ventilé de 45mm d'entraxe

- la série de 8 hélices repliables définie ici LIEN VERS LES HELICES

Les résultats en chiffres montrent les valeur mesurées en gris alors que les estimations sont en blanc:

Banc de traction et hélices repliables

Les interprétations :

1) le cas Xpower 13x6 est « particulier » car sa traction est ridicule par rapport a à son pas théorique. Pour retrouver une valeur cohérente dans les estimations il faudrait considérer que les pas est de moins de 2 ! Une 13x2 donnerait ce genre de mesure…

J'ai refais plusieurs fois les dites mesures mais les chiffres sont la: c'est une drôle de paire de pales.

 

2 et 5) la Xpower 12x6 et la Carbon Fiber 12x6 de chez HobbyKing sont plutôt intéressante pour un moto-planeur de 1,2/1,3kg. Elles permettent un départ catapulte à la verticale. Elles ne consomment pas beaucoup. A voir en dynamique.

 

3 et 8) La Carbon Fiber 13x6 de chez HobbyKing fait jeu égale avec l'Aeronaut CamCarbon 12,6x6.

Elles « tirent » 1,6kg pour 300W consommé. La vitesse espérée est identique.

Pour un moto-planeur de 1.5kg, les deux sont équivalentes en statique. 

 

En dynamique, peut être que le comportement sera un peu différent. A voir…


4) La Carbon Fiber 12.5x6 de chez HobbyKing ne « tire » que 1kg pour 340W. Décevant.
On est peut être la à la limite du moteur. Les 340W/31A sont proches des spécifications limites du moteur. C'est peut être la charge de trop…
Je vérifierai le comportement de cette hélice sur un autre moteur plus gros afin de valider l'hypothèse.


6) La Carbon Fiber 11x8 de chez HobbyKing est « too much » pour ce moteur. Le rendement n'est pas top et le petit kg de traction ne satisfera qu'un moto-planeur léger mais qui sera une fusée…


7) Le grand art pour la fin : l'Aeronaut CamCarbon 13x5 « arrache » 1,7kg pour moins de 300W. Ok, la vitesse ascensionnelle ne sera pas fantastique mais à la verticale, c'est plus de 15m/s, encore faut il maintenir la bestiole à la verticale. La réputation de hélices de Mr FREUDENTHALER n'est plus à faire mais la qualité de ces produits se confirme ici encore et pour un prix tout à fait correct (moins de 10 euros)




On en fait quoi de ce moteur ?
Pour moi, il va parfaitement dans un moto-planeur qui accepte le diamètre conséquent et qui pèse au total moins de 1,8kg.
Donc un engin dans les 2m/2,2m d'envergure en fera ces choux gras.
Dans mon cas ce sera sur un Twister de Topmodel. Enfin dès que je lui allouerai l'attention nécessaire…



Florian.

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Publié par Geeby22 geeby22 - dans Technique
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8 août 2015 6 08 /08 /août /2015 09:31
 

Mon banc de traction était limité à de petites hélices. Florian l'a modifié pour passer de plus grandes hélices et des puissances plus importantes.

Je lui laisse la parole...

Le modèle en équerre de Gérard a pris de l’embonpoint avec des bras rallongés pour tester des équipements avec hélice jusqu'à 14''.

Pour améliorer le guidage de l'équerre sur son axe de rotation, une paire de roulements à billes limite les effets de poussée transversale (torsion/rotation).

Les deux bras ont évidemment des longueurs équidistantes pour axe moteur ↔ axe de rotation ↔ patin d'appui sur la balance.

Ainsi transformé, le banc accepte des moteurs de quelques centaines de Watts une fois solidement arrimé sur un établi pliant.

 

Les éléments de mesure :

- un testeur de Courant/Tension/Puissance consommée en série entre l'accus et le contrôleur (Ampère / Volt / Watts consommés)

- un testeur de vitesse de rotation optique derrière l'hélice (tr/mn)

- une balance de cuisine avec une précision à 5gr pour un maximum de 5kg (gr de « poussée/traction ».

- un appareil photo au dessus de tout cela pour capturer l'instant….

 

Le banc de traction

Le banc de traction

Les équipements de mesures

Les équipements de mesures

Interprétation des élément de mesures capturés sur un banc


Le banc de test permet de caractériser quelle hélice correspond le mieux à un moteur donné pour une utilisation particulière.
Ceci dit, il faut bien considérer que les résultats obtenus sur un banc avec des outils n'ont de valeur que comparative.
La précision des appareils n'est pas rigoureuse et donc une mesure réalisée dans des conditions différentes peut donner des résultats différents. Le simple changement d'un contrôleur ou de n'importe quel autre élément dans la chaîne de test peux amener à un résultat différent.


Les mesures que je fais avec ce banc se font à chaîne constante pour un couple moteur/contrôleur.
Plusieurs mesures sont faites pour chaque hélice avec des valeurs de charge de l'accu différentes.
De 100% de charge jusqu'à ~50% de charge. La valeur de mesure considérée pour toute comparaison d'hélice est celle autour des 80% de niveau de charge de l'accu.


Comment sont faites le mesures?
La mesure est faite en utilisant une série d'accus de la même famille. La photographie est prise quand le moteur tourne « à fond » depuis 3 secondes. Le moteur est alors coupé puis une dizaine de secondes plus tard, la capacité de l'accus est capturée. Cette valeur est en % de la capacité typique de l'accus extrapolé de sa tension et du nombre d’éléments de l'accus.


Les valeurs mesurées sont donc :
- la tension d'entrée (V) : V_in
- le courant consommé (A) : C_in
- la puissance consommée (Watt) : Power_in
- la « traction » mesurée en pression sur la balance de cuisine (gr) : Thrust_meas
- la vitesse de rotation de l'hélice (tr/mn) : RPM


Les valeurs que l'on peu calculer sont issues des formules de Boucher/Abbott en considérant les spécifications des hélices (le pas de l'hélice P en inch par tour et le diamètre D de l'hélice en inch):
Puissance Restituée (Watt) Power_est. = P(in.) X D(in.)^4 x RPM^3 x 5.33 x 10^-15
Traction Théorique estimée(gr) Thrust_est. = P(in.) X D(in.)^3 x RPM^2 x 10^-10 x 28,35
Rendement de puissance (%) Power_eff_ratio = Power_out_estimated / Power_in
Rendement de traction (%) Thrust_eff_ratio = Thrust_estimated / Thrust_meas
Vitesse théorique(km/h) Speed_est. = P(in.) x 2,54 x RPM x 60/100000




Et c'est la que les mesures rapportées aux estimations sont parfois étranges.
Que penser d'une valeur de rendement qui dépasse les 100%? Pas de panique, c'est juste que :
- les équations utilisées ne sont que des estimations simplifiées. Le format de l'hélice n'est pas pris en compte, par exemple un hélice « pointue » n'a pas la même traction qu'une hélice en « pelle à tarte ».
- que les fabricant de l'hélice indique un pas parfois optimiste qui est peut être vérifié par calculs de profil, écoulement d'air,… tous ces paramètres qui donnent une performance dynamique de l'hélice que le test statique ne met pas en œuvre.


Donc, une fois encore, ne prenez pas les résultats des mesures ni des estimations pour ce qu'ils ne sont pas; ce ne sont que des éléments de comparaison.

Florian.

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8 avril 2015 3 08 /04 /avril /2015 09:51

Stanford invente une batterie de smartphone qui se charge en à peine une minute.

 

 

Conçue à base d'aluminium, la nouvelle batterie mise au point par la prestigieuse université américaine serait moins chère, moins polluante, plus rapide, pliable et plus endurante que les autres.

Evidemment, recharger une batterie de 4000 mAh en une minute, suppose une intensité de charge de 240 A... pas très raisonnable, mais 24 A en 10 mn est tout à fait admissible avec notre pratique.

 

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6 juillet 2014 7 06 /07 /juillet /2014 07:00

Histoire de rafraichir vos connaissances sur la portance, voici un excellent article à lire :

Portance : pourquoi ça vole ?

Ce qui vous permettra de remettre en cause la théorie Bernouillienne de l'extrados plus long que l'intrados ;) , et pourquoi une planche plate vole !

Portance : pourquoi ça vole ?

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22 juin 2014 7 22 /06 /juin /2014 07:00

C'est l'été en Bretagne, alors le vélo est souvent de sortie ces derniers temps... et c'est aussi le temps des épreuves du bac ! Je réédite donc ce petit article comparant la puissance d'un cycliste du dimanche à un petit brushless d'aéromodèle, histoire de vous faire réviser ces notions fondamentales de physique !

 

 

Amateur de vélo, je parcours les routes de Bretagne et de France et grimpe quelques cols à la belle saison...
Pour grimper un dénivelé de 1000 m, il me faut environ 1 h (sans passer par le rayon pharmacie ).

La puissance développée est alors de :

 

P = mgh / t


(à cette vitesse, environ 10 km/h, on néglige les frottements)
avec m = 80 kg  (1), g = 9.81 m/s² , h = 1000 m et t = 1 h = 3600 s on obtient :
 
P = 80 x 9.81 x 1000 / 3600 = 218 W (et je peux vous dire que j'y ai laissé quelques gouttes de sueur !)(2)

Ces 218 W c'est en gros ce que développe un petit brushless de 100 g pour un avion d'un mètre d'envergure !

 

   
220 W   220 W

 

Amusant cette comparaison ? Et on en reste plein d'humilité

Il s'agit de la puissance développée sur un effort long et non pas celle développée sur le temps très bref d'un sprint.

 

(1) Ben oui, il faut ajouter le poids du vélo ! 

(2) Le calcul sans négliger les frottements donne 234 W et une dépense d'énergie de 3670 kJ soit environ 1 kWh pour 234 Wh efficaces, le moteur humain ayant un rendement d'environ 23% seulement. Pour fournir ces 234 Wh à un brushless ayant un rendement de 80 %, il faudrait une LiPo 3S de 30 Ah (environ 3 kg) !

 

Refaites les calculs pour un pro qui développe 400 à 500 W !

 

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