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Comment choisir moteurs et hélices


Quand on parle tailles de moteurs, on croise souvent les mêmes dénominations comme 1806, 2204 et 2206 ou 2300, 1960 et 3100 kv, on va finir par croire que seules ces tailles existent. C’est pourtant faux, inexact et erroné ! Je ne parle pas des gros moteurs comme les 4812 – 320 kv par exemple mais de ceux qui équipent les racers. Si on retrouve souvent les mêmes formats de moteurs et d’hélices, ce n’est pas un hasard. Dans notre univers, les combinaisons moteur / hélices / lipo sont pourtant nombreuses. Je n’ai pas la prétention de vous l’apprendre mais une piqûre de rappel est appropriée pour les débutants. Car on nous demande souvent quelle hélice va avec quel moteur et avec quelle tension. Bref, comment choisir les trios gagnants. Vaste débat.

Si les moteurs sont très différents, les hélices le sont un peu moins. Dans le monde du FPV racing, on trouve le plus souvent des 3 à 6 pouces. Voire 7 dans le cas du tilt racer en 6S. Les pas les plus usités vont du 3020 pour les formats 120 au 4045, 5030, 5040, 5045, 5046,6030,6040 et 6045 pour les formats 155, 180, 250 à 300. Quant aux formes d’hélices, elles sont ” standard ” comme les Gemfan, Bullnose comme les HQ ou propriétaires comme les Graupner :

gemfan-6030-ou-6030r-6x3

standard

gbullnose

Bullnose

G c propos

C prop

5046 BN

 

 

 

 

Avant de poursuivre un petit rappel sur

Les moteurs

La taille et le couple

A pas égal, plus l’hélice est grande, moins elle a besoin de tourner vite pour une poussée donnée. Pour tourner, il lui faut du couple plutôt qu’une vitesse de rotation haute ( c’est à dire un kv élevé ). Or, plus un moteur possède un grand diamètre, plus il a de couple et moins il besoin de tourner vite, si la taille de l’hélice est suffisante.

De plus, il ne peut pas tourner trop vite car la force centrifuge écarte la cage tournante de l’axe et impose des contraintes sur les matériaux. Les parties mécaniques comme les roulements ont également des limites. Tout ceci tombe bien puisque les grosses hélices tournent ” lentement “. Le site MDP nous explique :

La durée de vie des roulements à billes, le manque d’équilibrage et la charge max supportée sont les caractéristiques qui permettent de calculer la vitesse maximale limite d’un moteur brushless.

Le couple et la forme

Plus le moteur est haut ( ou long s’il est allongé dans son lit ), plus il a de couple. A fortiori si le moteur est haut et de fort diamètre, il sera encore plus coupleux. Mais si on a besoin d’un moteur à fort couple et que l’espace est haut et étroit, on mettra un moteur long. Pareillement, si l’espace est large et bas on utilisera une forme” pancake “. Précisons qu’un moteur long à petit diamètre est plus facile à faite tourner vite. Les masses sont moins sensibles à la force centrifuge.

Première déduction : la forme et les dimensions jouent sur le couple. Car la taille et le nombre des aimants, le bobinage et le nombre de pôles dépendent de la forme ( et inversement ). Et de ces éléments dépend le couple. Tout est lié en somme.

Plus le moteur est gros, plus il pourra faire tourner une hélice grande avec un pas important. Ou une plus grande encore mais avec un pas moindre.

Exemple 1 : Un 1806 2300 kv est adapté à une 5045 mais une 6030 peut convenir. Une 6045 en revanche, ça commence à faire trop. A fortiori une 4045 ira bien mais la poussée ne sera pas forcément au rendez-vous ( on part du postulat que le poids du châssis et la lipo sont identiques dans les 3 cas ).

Seconde déduction : à l’inverse plus le moteur est petit moins il a de couple. Mais plus le kv est grand. Les hélices devront-elles être plus petites à mesure que le kv augmente ? Pas forcément. Les choses sont loin d’être aussi simples. Finissons le point sur les moteurs et nous verrons les hélices ensuite.

Du bon usage du kv

Cette fois voyons d’abord l’exemple puis la théorie.

xcsource-moteur-cw-sans-balai-emax-rs1306-4000kv-p

4000 kv 1306

srtj

2206 2600

Exemple 2 : Un 1306 2000 kv en 3S avec des 4045 pourra ne pas convenir dans un cas X. Que faire si l’espace n’est pas suffisant pour des 5030 et des 1806 ? On peut rester sur le format 1306 mais avec un kv de 3100 et des 4045. Le nombre de tours va augmenter et la poussée aussi. En revanche, augmenter la tension ( passer en 4S ) peut poser des problèmes de surchauffe. Donc un mauvais rendement et une usure prématurée du moteur.

La solution idéale serait 1306 2000 kv, 3S et 5030. Celle évoquée ci dessus ( 3S, 3100 kv et 4045 ) peut convenir mais donnera une autonomie moins importante.

Voila pourquoi il est préférable de conserver la même tension avec une hélice plus grande plutôt que d’augmenter la tension avec un kv identique et la même taille d’hélice. Le rendement sera meilleur. Mais cela n’est pas toujours possible pour des raisons d’espace disponible.

Le moteur idéal serait coupleux et avec un fort kv. Et dans les formats que nous utilisons. Actuellement le RCX 2205 2633 kv dont je vous ai déjà parlé semble s’approcher de cette définition. Mais vous savez que les cobras 2204 existent en deux kv différents : 1960 et 2300. Le premier aura plus de couple et le second fera tourner l’hélice plus vite.

 

 

Les hélices

Il s’agit d’un domaine fort complexe. Nous allons nous contenter des choses utiles pour notre utilisation en racing. Elles vous serviront à choisir vos hélices. Je vais donc me borner à simplifier au maximum en citant des vérités simples et vraies comme celles ci :

Le pas :

Petit pas : plus grande traction à faible vitesse, mais vitesse maxi limitée

Grand pas : plus petite traction à faible vitesse, mais vitesse maxi élevée

Ou encore :

Un grand diamètre et un faible pas = bonne traction alors qu’un petit diamètre et un pas élevé = bonne vitesse.

Hélices et vitesse de rotation

KV élevé ( rotation rapide ) avec petite hélice = idéal pour l’acrobatie et la vitesse ( racers )

KV faible ( rotation moins rapide ) avec grande hélice = idéal pour un vol stable et pour meilleure autonomie ( UAV )

Résumons un peu

Dronedevue synthétise très bien les choses :

  • KV important avec grande hélice : pas bon. Les hélices trop grande vont faire souffrir le moteur, voir le cramer.
  • KV important avec petite hélice : bon. Impeccable pour du speed et de l’accro. Nervosité au programme.
  • KV faible avec grande hélice : bon. Idéal pour un vol stable et une grande autonomie.
  • KV faible et petite hélice : pas bon. Cela va pas décoller, pas assez de portance.

Voila qui explique pourquoi nos racers ont une autonomie si peu élevée. Les fort kv dont nous nous servons ne favorisent pas le rendement. Il vaut mieux jouer sur le poids et l’aérodynamisme pour pallier à ce problème.

 

Alors que faire finalement  ?

Un moteur peut supporter plusieurs tailles d’hélices avec des pas différents. Dans une fourchette limitée évidement.  Il faut réussir à tirer un maximum de puissance du moteur en essayant les différents variations de taille et de pas des hélices. U 1104 avec une hélice 6045 n’a aucun sens et abimerait vos moteurs et ESC. En revanche un 2204 avec des 4045 peut donner quelque chose si le quad est léger. Mais le poids d’un 2204 est trop important. Un 1806 est plus logique.

La solution est évidente. Il faut s’inspirer des trios les plus courants et garder à l’esprit qu’en gros un 1306 convient pour des 4 pouces, un 1806 pour des 5 pouces et un  2204 pour des 6 pouces. Les variations sont possibles et il faut les essayer pour voir si elles donnent un bon rapport poids / puissance et une autonomie correcte. Mais le plus simple pour un débutant c’est comme le suggère Alex de faire comme ceux qui sont expérimentes ou d’acheter des kits ARF.

Solutions logicielles :

Vous pouvez utiliser les applications comme E calc ou Drone configurator.

resultats Thug 180

une simu de config

eCalc -

 


25 comments on “Comment choisir moteurs et hélices

  1. Pingback: Concevoir son drone : du choix des composants au premier vol | Le Labo : impression 3D, robotique, drones et autres projets DIY (Arduino…)

  2. nanaco

    Mercie a vous pour les info !
    Je suis partie sur un drone qui en lui méme ne ressemble pas du tous a un dit drone !
    Mais pour un moteur de disc dur controlé avec sa carte de controle interne !Le calcule est t’il encore le méme,en vue de métre au moin 3 turbine pour la poussée !Est 4 élice pour stabilisés le tous ! Mercie a vous pour la réponse.
    Ps pardon pour les fautes.

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