Le Multi-Rotor

Pourquoi un multi-rotor, et non pas un drone?

Un drone ou UAV (Unmanned Aerial Vehicle) est un aéronef sans pilote humain et totalement autonome.

Il n’est donc pas piloté à distance mais peut recevoir des ordres en vol. Ses missions peuvent être variées, pour des usages civils ou militaires.

 

Quelques termes sur le fonctionnement d’un Multi Rotor:

Les Hélices
Les hélices sont présentées avec 2 valeurs souvent en pouces (1 pouce = 2,54 cm) :

la 1ère exprime la taille de l’hélices (8″, 9″, 10″, etc. …)

la 2ème valeur indique le « pas » de l’hélice (4 / 4,5 / 5 / etc. …)
Cette information va conditionner la traction nécessaire pour faire décoller et voler le multi.

La taille :
Une Grande Hélice a beaucoup de portance donc un vol stable, mais a besoin de puissance pour faire 1 tour.
Une Petite Hélice a peu de portance donc un vol moins stable, mais a besoin de moins de puissance pour faire 1 tour.
On va de ce fait, varier la taille de l’hélice en fonction de la portance nécessaire dont on a besoin.

Le Pas :

Le pas d’une hélice ce compare au filetage d’une vis, c’est-à-dire la distance THEORIQUEMENT parcourue en un tour.

Un Grand pas aura une plus grande traction à faible vitesse, mais une vitesse maxi limitée.
Un petit pas aura une petite traction à faible vitesse mais une vitesse maxi élevée.

On va donc faire varier la taille du pas en fonction de la vitesse que l’on veut atteindre
Pour un quadri on a souvent du 4,5, on peut descendre à 3,5 ou augmenter à 6.
un petit rappel sur les hélices (plus bateau, mais la théorie est la même) : http://p.loussouarn.free.fr/technic/helice/helice.pdf

Un grand diamètre associé à un faible pas favorise la traction alors qu’un petit diamètre avec un pas élevé favorisera la vitesse.

En gros, pour un même moteur, dans une fourchette donnée, plus le diamètre est grand, plus le pas est petit.

Les moteurs

La valeur retenue est le KV qui correspond au nombre de tours que peut faire le moteur en 1 minute et pour 1 volt.
Un moteur de 900 kv peut donc effectuer 900 tours en 1 minute pour 1 volt, sachant que 1 élément de lipo (1S) donne 3,7 volts, on a donc une vitesse de rotation / minute (RPM ou tour/mn) :
Accu 2S = 7,4 volts ==> 900 x 7,4 = 6 600 tours/minute
Accu 3S = 11,1 volts ==> 900 x 11,1 = 10 000 tours/minute
Accus 4S = 14,8 volts ==> 900 x 14,8 = 13 000 tours/minute
==> Plus le lipo a d’éléments, plus le moteur a la possibilité de tourner vite

On peut aussi raisonner dans l’autre sens, en partant du nombre de tours pour définir les KV (et donc le lipo nécessaire)

Il faut :
8 000 tours max pour du vol « stable » (prise de vue)
10 000 tours max pour du vol « normal » (polyvalent)
12 000 tours max pour du vol « nerveux » (accro, vitesse)

Donc si on veut voler avec une lipo 3S :
==> 8 000 tours / 11,1 volts = 720 KV
==> 10 000 tours / 11,1 volts = 900 KV
==> 12 000 tours / 11,1 volts = 1100 KV
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Maintenant , il va falloir associer les hélices et moteurs en fonction du type de vol recherché.

2 exemples pour de comprendre:
1) faire du vol ACCRO
2) faire du vol PRISE DE VUES

1) Vol ACCRO
Pour ce type de vol, il faut un moteur capable d’atteindre au moins 12 000 tours minutes, donc on va choisir un moteur d’au minimum 1100 KV (avec une lipo 3S)

Choix des hélices: on a besoin que le Quadri soit facile à bouger, qu’il n’y ait pas trop de portance (sinon il va être trop stable et donc difficile de faire des figures), il faut donc retenir des petites hélices (8″) avec un pas « standard » de « 5 » (donc on a du 8*5)

2) Vol PRISE DE VUES
L’objectif est d’avoir une configuration stable, on embarque du matériel (donc la traction est importante pour soulever le quadri) et l’on a vu qu’il ne faut pas trop de RPM.

Choix des hélices: on a besoin d’avoir de la portance car il y a du poids à faire voler et il faut que le quadri soit assez stable, donc on va retenir une grande hélice (10″ ou 11″) avec un petit pas (4 ou 4,5)

Choix des moteurs : on a moins besoin de puissance donc un moteur de 750 KV est suffisant.

Document issu de différent forum et réflexion .

 

Carte de contrôle (IMU)

Beaucoup de modèles existent, cela va de 20€ (modèle KK) à 900€ (Zero UAV) pour la plus évoluée.

Les miennes AQ50D environ 120€ chez FPV4EVER.com, Free Flight FF 30€ (origine chine) et dernièrement RABBIT 70€ (origine chine) et ce que je qualifie de Rolls: La YS-X6 de ZeroUav..

Une carte de contrôle est le cerveau du multi rotor. Elle permet de mixer les 4 voies de la télécommande, de façon à ce que le multi soit en mesure d’effectuer l’action voulu par l’opérateur.

Sauf exception (les tri-rotors), un multi rotor a un nombre paire de moteur 4, 6, 8 …

Les hélices tournes dans le même sens par couple opposé.

Pour les fonctions:

Monter / descendre : tous les moteurs tournes au même régime, on augmente la vitesse ça monte, et inversement.

Marche avant / arrière (Tangage / Nick): rotation des moteurs avant moins rapide que l’arrière, ou inversement.

Droite / Gauche (Roulis / Roll) : rotation des moteurs droite plus rapide que gauche, ou inversement.

Lacet (Yaw) : Les moteurs tournants dans le même sens tournent plus vite que ceux tournants dans l’autre sens.

 

Mais aussi éventuellement gestion de l’altitude (module ultrason et Baromètre) ou géopositionnement ( capteur GPS).

La télécommande (RC)

En faite toute télécommande de 4 voies minimum fonctionne avec un multi rotor.

Qu’elle soit programmable ou non, puisque c’est la carte de contrôle qui gère tous.

La fréquence importe peu, que ce soit en FM ou 2,4Ghz.

La portée d’une télécommande est de plus de 500m, ce qui rend déjà un multi rotor bien petit pour l’œil.

Le mode des manches de la télécommandes:

 

Le FPV (First Person View) vole en vidéo embarqué.

En France autorisé, si le modèle volant reste à vue, et avec un système de double commande.

Choisir sa fréquence vidéo :

Votre émetteur vidéo est basé sur une fréquence part laquelle il communique avec votre récepteur au sol.

En France, vous n’avez le droit qu’à deux types de fréquences : le 2.4 ghz et le 5.8 ghz. C’est déjà ça. Mais vous devez également respecter une puissance d’émission.

• En général le 2.4 ghz est limité à 10 mW, ce qui vous donne une distance de moins de 100 mètres… Mais vous pourrez aussi trouver des appareils sur cette bande permettant de passer à 100 mW si ils sont compris entre 2.4 et 2.454 GHz.
• Pour le 5.8 ghz vous êtes limité à 25 mW maximum, ce qui vous donne à peu près 200 mètres.

Il existe d’autres fréquences mais elles sont interdites en France comme les fréquences 1.2 ghz, 1.3 ghz, et 900 mhz utilisées par divers réseaux (militaires, téléphonie, …).

Vous trouverez néanmoins ces produits disponibles en vente en toute légalité sur le sol français mais ils ne seront en théorie pas utilisables pour cette pratique. En effet des licences seront a demander/payer pour pratiquer hors fréquence légale.

 

Une petite aparté sur les fréquences : plus on descend dans les fréquences, plus le signal passe les obstacle tel que les arbres…

 

Des questions? n’hésitez pas à me contacter afin de pouvoir étoffer ce sujet.

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