Les hélices Lumenier : création

Lumenier est un acteur très important du FPV et s’il excelle en conception de châssis et de moteurs, on ne voit pas d’hélices de chez eux. Ou plutôt on ne voyait pas. Car voici que getfpv s’est lancé dans la conception et la création d’hélices. Ni une ni deux, je les ai contactés. Car leur approche est effectivement conventionnelle mais aussi personnelle. Ils ont en effet pensé leurs hélices en fonction de leurs moteurs. Le couple kv / pas est parfois difficile à optimiser lorsqu’on jongle avec plusieurs marques. Alors que si on conçoit l’un par rapport à l’autre, on obtient des binômes dédiés. En effet, le rendement d’une hélice est différent selon sa vitesse de rotation. Au delà d’un certain RPM, la poussée n’augmente plus : le rendement chute. Faut-il alors concevoir des hélices pour des kv dédiés ? Pas bête.

C’est donc en repartant du début que Lumenier a commencé le travail. Avec l’aide toutefois d’une librairie de profils. Voyons sans trop entrer dans les détails ce qui fait une hélice réussie. Pour cela, il faut repartir du début, nous aussi :

  • Histoire rapide de l’hélice
  • Comment fonctionne une hélice
  • Les produits Lumenier, du sang neuf ?

Les frères Wright, un premier succès.

Ils n’étaient pas les seuls à tenter l’aventure mais ils furent les seuls à réussir. C’est notamment gràce aux hélices. Pourtant, à l’époque la puissance disponible était très faible. Il fallait donc deux hélices contrarotatives pour éviter l’effet d’anticouple et avec un bon rendement. C’est à dire qui transforme la plus grosse quantité d’effort mécanique en poussée. Pas facile de faire voler 350 kilos avec 12 chevaux vapeur ! Il fallait obtenir une poussée suffisante avec peu de puissance. Leurs hélices mesuraient : Later Wright propellers

  • 2.4 mètres de long
  • Développaient 65 livres de poussée à 30 km / h
  • Elles étaient en bois laminé, probablement du bois d’aulne

Là où les autres concurrent utilisaient des hélices trop proches de celles des moulins, les frères Wright ont testé les leurs sur un modèle réduit.

Le catalogue NACA

Profil NACA — Wikipédia - Mozilla Firefox_2016-07-07_09-49-01Puis les formes des hélices ont été cataloguées par la NACA ( National Advisory Committee for Aeronautics ) depuis les années 20. Lumenier en a profité pour concevoir ses hélices en utilisant les données disponibles.

Le profil d’une hélice de multirotor est très proche de celui d’une aile d’avion. Nous parlons bien sur des pas fixes. Le pas variable est une toute autre histoire .

Ce catalogue sert à se référer à des profils pour en concevoir de nouveaux ou reproduire ceux qui existent. Dans le descriptif des hélices Lumenier, on peut lire : ( … )  » compares them to each other and also a library of well known existing airfoils « .  ( … )  » les comparer entre eux et à une librairie de profils existant « .

Depuis 1920
Depuis 1920

Comment fonctionne une hélice : le pas

En réalité, une hélice tire plus qu’elle ne pousse. Elle se visse littéralement dans l’air. Tout comme une vis justement, le pas est une des caractéristiques les plus déterminantes. Car du pas dépend la distance parcourue par l’aéronef pour un tour complet de l’hélice. Bien d’autres facteurs entrent en compte et nous ne les détaillerons pas car c’est un domaine très complexe. En plus, chuis tout fatigué rien que d’y penser.

L’hélice est un dispositif rotatif, formé d’un certain nombre de pales ayant un profil d’aile qui crée une dépression devant elle et une surpression derrière elle. Et qui, comme les ailes, accélère des masses d’air. Sauf que les ailes le font de haut en bas, et les pales d’hélice d’avant en arrière.

Mais attardons-nous sur le pas. Car si vous observez les hélices lumenier, vous verrez des pas et des formes plus ou moins inhabituelles dans le monde du multirotors. Et des couleurs… tendres !

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tour complet
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angle d’attaque

bipale, tripale ou quadripale ?

Il est préférable d’avoir un minimum de pales, car chaque pale produit une traînée. MAIS le nombre idéal de pales est celui qui permet de transformer toute la puissance du moteur en traction sans devoir tourner trop vite. Plus le moteur sera puissant, plus il faudra de pales pour utiliser toute cette puissance, en tournant à vitesse raisonnable.

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2204 et 4045, la puissance est elle exploitée à son max ?

Exemple : les 2204 2300 et les 4045 

Au tout début des 180, j’étais le premier à dire que ces moteurs étaient disproportionnés par rapport à la taille du châssis et à la longueur max des hélices, soit 4 pouces. Avec 2300 kv, les 4045 bipales fonctionnent mais la vitesse de rotation atteinte est trop faible. Il faut donc soit :

  • augmenter le pas
  • augmenter les kv
  • augmenter le nombre de pales
  • alléger la machine

C’est pourquoi j’ai immédiatement monté des tripales 4045 ( 3 x 6045 coupées ) qui n’existaient d’ailleurs pas à ce moment là. J’avais aussi monté la machine à l’envers pour passer des 5 pouces. Mais la canopy gênait, j’avais donc monté les tris 4045 avec les 2204 2300 kv. La puissance des 22xx s’exprimait bien mieux ainsi :

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3 x 6045 coupées

A l’époque 2300 kv était le kv le plus répandu. Si j’avais eu à disposition des 2700 kv, c’est la solution que j’aurais adoptée. 

Favorisez les RPM au lieu du nombre de pales ?the Lumenier 5x4x4 - 4 Blade Propeller (Set of 4 - Blue) - Mozilla Firefox_2016-07-06_16-21-37

Choisir le pas et les RPM ( vitesse de rotation ) est important. Trop peu et la traction sera faible, trop et c’est le décrochage. Mais dans le cas des bipales, tripales et quadripales : mieux vaut augmenter les RPM plutôt que le nombre de pâles, d’après moi. Ce n’est que mon avis car le sujet fait débat et tout le monde n’est pas d’accord avec ça. Le problème vient probablement du fait qu’on utilise généralement des tripales lorsqu’on manque de place pour utiliser des bipales plus longues. C’est complètement différent dans le cas du FPV Racing puisque nous désirons surtout augmenter la puissance. Il faut donc choisir le nombre de pales en fonction du kv. Si ce dernier est trop bas, on peut compenser avec des tris ou des quadris. Si vous décidez de passer en tri ou quadri, baisser le pas permettra de conserver un RPM correct.

DONC ? Aujourd’hui les moteurs sont disponibles avec davantage de kv. Il est donc moins contraignant d’obtenir de la puissance. Je pense qu’il est plus judicieux de voler en en bi ou en tri afin de conserver un peu plus d’autonomie et d’avoir moins de prise au vent. Quoiqu’il en soit on trouve désormais des kv adaptés à des tailles d’hélices spécifiques. Mais l’été arrivant, les moteurs vont vite chauffer. Sur un 2700 kv 1806 par exemple, des tripales 5045 risquent de faire monter la température et descendre le rendement. Encore une fois, la tghéorie et la pratique restent deux choses différentes. Certaines limites ne peuvent pas être franchies cependant.

Fausse idée

Vous croyez peut être que plus une hélice tourne vite, plus elle développe de poussée. C’est vrai. Mais pas complètement puisqu’au delà d’un certain nombre de RPM le rendement baisse alors que la poussée continue d’augmenter. Regardez ce graphique, la partie bleue surtout, on constate que les RPM sont de plus en plus importants mais que la poussée n’augmente plus. Malgré la rotation de plus en plus rapide.

Cela nous apprend la chose suivante : une hélice est adaptée à une vitesse particulière.

Le diamètre d’une hélice peut-être optimisé pour une vitesse particulière, mais ne l’est pas pour toutes les autres vitesses.

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On voit bien que passé les 1629 ( gaz ) la poussée augmente mais l’efficacité baisse. Notez que toute la gamme des helices 5 pouces à été testée avec les 2206 2350 kv et des ESC identiques. Les 4 pouces avec des Skitzo 2204 2500 kv. Un choix en adéquation avec le texte accompagnant les graphiques et qui vante la prise en compte du kv .

les autres facteurs

La poussée produite par une hélice dépend :

  • de la densité de l’air
  • du régime de l’hélice
  • de son diamètre
  • de la forme et de la surface des pales
  • de son pas.

En hiver, l’air est plus dense, les hélices sont plus efficaces. Ce n’est pas flagrant au point que l’on s’en aperçoive mais c’est un fait établi. Nous n’allons pas entrer dans le détail car j’ai un roti sur le feu. Et je n’ai pas les compétences.

Un outil utile : Static Thrust Calculator

Cet outil vous servira probablement si vous ne trouvez pas les tableaux statistiques habituels. Avec une 5045 bipale, j’ai trouvé 1 kg de poussée à 20 degrés Celsius, en 4S ( 16 v ) mais je n’ai pas modifié le CF. Amusez vous à changer les valeurs, de belles soirées hélices en perspective ! Si vous préférez le faire à la l’ancienne : voici un bout d’équation :

.

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cliquez sur le tableau pour accéder au calculateur

eCalc vous aidera aussi.

La plupart des bonnes hélices ont un rendement de plus de 80 %. Cependant, une hélice aura un rendement différent à des vitesses de rotation différentes. Les matériaux utilisés doivent être de qualité car le rendement est également influencé par le bord d’attaque de la pale d’hélice. Il faut que celui-ci soit aussi lisse que possible.

 

Les hélices Lumenier

Maintenant que vous y voyez plus clair, découvrons les hélices Lumenier. TomZ les a essayées et je lui ai demandé son avis. Mobilisant toute son expérience, il m’a livré ces mots, lourds de sens :

Les hélices Lumenier, c’est pas pareil que les autres.

Une analyse difficile à appréhender, je sais. Voyons les hélices disponibles sur Getfpv.

  • Les 5 x 4 x 4

Avec des 2206 2350 kv, vous exploiterez toute la puissance de vos moteurs, c’est certain. Le Vortex Ummagawd arrive sous cette configuration. Je l’ai essayée et c’est franchement impressionnant. Une 1500 mAh est indispensable pour atteindre les 3 à 4 mn de vol nerveux.

La forme est effectivement peu courante, disons originale :

the Lumenier 5x4x4 - 4 Blade Propeller (Set of 4 - Purple) - Mozilla Firefox_2016-07-07_11-22-46 the Lumenier 5x4x4 - 4 Blade Propeller (Set of 4 - Purple) - Mozilla Firefox_2016-07-07_11-23-11

Intéressant : Notez que la poussée max est de 1.170 kg environ. Nous sommes loin d’un RS 2205 2600 kv qui pousse aussi très fort avec des bipales 4045 BN, à la même tension :

 

moteur-emax-rs-2205-2600-kv-race-spec

  • Les 4 x 4 x 4 Plutôt dédiées aux 2204, elles restent dans l’esprit au niveau de la forme. Mais ce n’est pas tout à fait la même :

the Lumenier 4x4x4 - 4 Blade Propeller (Set of 4 - Blue) - Mozilla Firefox_2016-07-07_10-34-27 the Lumenier 4x4x4 - 4 Blade Propeller (Set of 4 - Blue) - Mozilla Firefox_2016-07-07_10-35-03

Conclusion

Le bon équilibre est délicat à obtenir. On voit que passer une certaine limite de RPM, les hélices sont moins efficaces. Quant au choix de bipales, tripales ou quadripales, il doit aussi se faire selon l’activité et les conditions météo. Je dirais pour conclure qu’augmenter les RPM ( le kv )est plus efficace qu’augmenter le nombre de pales. Mais c’est au détriment de l’autonomie et des lipos.

J’attends la réponse de Lumenier pour recevoir ces hélices. Par contre, je m’empresserai de les repeindre. Car ces couleurs… Elles sont trop tendres ! Trop mièvres… Rooo !

Des hélices de filles !

11 commentaires Ajoutez les votres
  1. Ce qui est sûr c’est qu’il est probablement possible d’améliorer bien des choses avec une approche rigoureuse et mesurée 🙂
    Si l’on compare les hélices low-cost (chinoises et autres) on se rend vite compte que ce qui pèche c’est le manque de rigueur de leur forme.
    Bien souvent deux pales d’une même hélice n’ont pas le même angle d’attaque, ni le même poids, même le profil peut différer. Je ne parle même pas de comparer les hélices d’un même lot etc :(…
    Puis elles ont toutes un autre problème, elles se déforment en vol, créant des dissymétrie de portance et des pertes de rendement …

    Alors oui pour les pros d’entres nous (je n’en fais pas partie, je vous rassure j’ai pas cette prétention) des pâles pourront encore faire la différence surtout si dynamiquement appairées aux moteurs qu’elles équipent 🙂

  2. mouais… encore de quoi se perdre dans le dédale des hélices. Moi pour mes emax 2204 2300kv en 3S je suis un peu perdu. J’ai des bipâles DALV2 5045BN, ça va pas trop mal. J’ai voulu tenter des tripales DAL 3×5040 le bruit est plus joli mais j’ai moins de ressource en sorti de « figure ». J’hésite à prendre des tripales 4045 ou rester sur les 5045BN… J’ai lu un certain article d’une certaine personne et je sais toujours pas quelle est l’hélice parfaite. Va falloir tester ces lumenières!
    Sinon c’est quand qu’ils inventent une « hélice qui se déforme favorablement en fonction de la force centrifuge »? (je pose où mon copyright?).
    Au fait, merci pour tes articles « l’affreux » !

    1. Si tu es en 3S il te faut un pas bien agressif car ça tourne moins vite . Essaie des tri 5045 BN. Les V1. Dal. En 4S, tu n’aura plus ce problème. A mon humble avis de pabo

    2. Les pas variables en fonction du régime, cela existe sur les vrais, à la taille 4 ou 5 pouces c’est chaud. Pourquoi pas, tu as de l’avenir :-[

  3. Entre les nouvelles hélices et les nouveaux kv, ôn finira bien par trouver notre bonheur. Il y a heureusement quelques couples qui ont fait leurs preuves

  4. Comme tu le dis si bien , la théorie …reste la théorie et il n’y a qu’en pratique qu’on trouve le bon combo !

    Personellement : le combo xnova 2204-2300 kv (qui seraient des 2205 .. !?) avec hq tripale 5*4*3 va comme un charme : puissant et sobre en conso, moteur qui ne chauffe pas, couple de mallade et vitesse de pointe très acceptable ! J’aimerais les comparer au lumenier !

    Les rs2205 2600 kv vont moins bien avec les mêmes hélices (hq tri 5*4*3) que les xnovas ..alors qu’il me semble qu’ils sont meilleurs en trust !

    Enfin bref, faut tester et se faire un avis !

  5. Salut les gars !!! Je déterre un peu le dossier mais la question me travaille!

    Pour mes vieux xnova 2204 /2300KV mes tripales DAL V2 5040 me semblent top … mais peuvent ils passer sur du 5045 V2 DAL?

    Mais pour mon Deuxième drone avec des lumenier skitzo 2204 / 2500KV (que tu sembles affectionner Fred) Que puis je utiliser?

    Je reste sur des tripales et j’augmente le pas ? Style raceKraft ? Quadripales (hq prop 5040 skitzo) , je les utilise mais elles sont en verre et le quadripale est peut être pas adapté au haut KV?

    Fred quelles helices utilises tu ou utilisais tu avec les skitzo?

    Bon bilan je vais relire l’article 😉

    Mes config sont des standards moteurs de plus d’un an vous les avez surement testé …

    Merci les gars … merci fred .

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