Test, FR

Toutes les formes de bras de racers testées, les résultats.


Un bras de 6 mm d’épaisseur, c’est solide. Mais faut-il le placer vers le haut ou vers le bas afin d’obtenir la meilleure poussée ? Voici la réponse en vidéos, analysées. Mais attention, vous allez être surpris. En théorie, plus le bras est fin, meilleure est la poussée de l’hélice, puisqu’elle n’est pas gênée par une forme plate et large qui en réduit l’efficacité. En pratique, il faut aller un peu plus loin pour découvrir que si cette affirmation est vraie, les choses sont un poil plus compliquées. Et le poids est un autre facteur qui s’avère très important. Grâce à un gros travail effectué par Shendrones, appuyé par nos propres tests et conclusions, nous allons faire une courte synthèse et observer les facteurs déterminants qui nous diront, au final, quels bras sont les plus efficaces.

  1. La procédure, banc d’essai plus impression 3D
  2. Les tests des bras les plus communs
  3. Les conclusions

Afin de vous donner une idée de la complexité des écoulement d’air sur un multirotor, voici une vidéo de la Nasa :

La procédure

Pour obtenir des résultats probants, il faut pouvoir :

  • mesurer les poussées obtenues avec un moteur et une hélice identiques.
  • reproduire la forme des bras tout en conservant une base commune
  • y ajouter différentes formes et largeurs afin de simuler les bras larges, fins ou effilés et leurs effets sur la poussée obtenue

Attention !

Tous ces résultats et leurs conclusions ont été reproduits trois fois pour plus de précision mais cela reste un travail personnel, purement basé sur des observations. Ni Andy Shen ( Shendrones ) ni l’auteur ( ma pomme ) n’ont la prétention d’être des experts en mécanique quantique des fluides nano liquides. En revanche, les chiffres sont bien réels et les résultats sont issus de leurs interprétations. Et il faut appeler un chat un chat.

le banc d’essai

Les formes différentes, imprimées en 3D, adaptables sur le bras simulé

La méthode

Avec un unique moteur et une hélice identique, Shendrones a reproduit trois fois les poussées obtenues avec différentes formes, tailles et largeurs de bras. Les plus communs du monde du FPV sont passés au banc ( dommage que les bras verticaux n’aient pas été inclus dans la liste ). En prenant en compte la surface des bras qui bloque le flux d’air sous les hélices et en testant ensuite les poussées, on peut mettre en rapport tous ces chiffres afin de voir s’ils sont cohérents. Et s’ils permettent d’aboutir à des routines pertinentes.

La position du moteur

1-Tirer ou pousser ?

Les machines propulsives sont elles équivalentes, meilleures ou moins efficaces que les tractives ? Si on prend en compte le fait que le bras gène forcément le flux des hélices lorsqu’elles sont au dessus de cas derniers, il est évident que monter les hélices sous les bras permet de conserver la totalité de la poussée ( voir schéma ).

Les chiffres semblent le confirmer puisque dans un cas précis, c’est 53 grammes supplémentaires qui ont été obtenus. Sauf que…

  • Par rapport à un bras de 22 mm, la poussée propulsive est augmentée de 53 grammes
  • Mais par rapport à un bras de 6 mm, on perd 5 grammes.

Il faut donc relativiser en concluant que plus le bras est large, plus les hélices propulsives sont préférables. Mais dans le cas d’un bras fin et profilé, on ne gagne rien. Au contraire.

2- Surélever les moteurs ?

Cela a déjà été tenté et j’ai personnellement testé une machine dont les moteurs étaient montés sur quatre entretoises de 10 mm ( ci dessus ). Toujours selon Shendrones qui a reproduit l’expérience en augmentant jusqu’à 15 mm, cela ne change rien ou quasiment rien :

  • Moteur sur le bras : 1306 g

  • Moteur à 15 mm au dessus : 1308 g

La conclusion serait alors :

Une poussée obstruée reste obstruée, peu importe la hauteur entre l’hélice et le bras.

Les bras : fins, larges ou profilés ?

Tests des bras fins ( 6, 15 et 22 mm )

  • en 6 mm : 1408 g

  • en 15 mm : 1384 g

  • en 22 mm : 1337 g

La poussée diminue proportionnellement à la largeur des bras qui augmente.

Les bras profilés VS bras plats

On observe un léger gain entre un bras plat et un bras recouvert par un pièce 3D de forme aérodynamique. Ici ce sont des bras carénés qui ont été reproduits à l’aide de cette pièce 3D

  • Un bras plat donne 1384 g de poussée

  • Un bras profilé 1393 g.

Ici, on obtient 1.2 % de poussée globale avec des bras profilés verticaux.

Carénage vertical ou horizontal ? Bord d’attaque ou bord de fuite ? 45 ou 90° ?

Là encore, on observe des résultats différents selon la largeur des bras et selon l’inclinaison du carénage. On remarque que les bras carénés plats et fins font mieux que les bras carénés verticaux de même largeur, selon le sens et l’angle appliqués à la pièce 3D. Étonnant. Ce n’est pas tout car dans cette expérience, les bras sont combinés avec une forme aérodynamique qu’on inverse pour voir si le bord d’attaque influe davantage que le bord de fuite.

Il vaut mieux placer le bord large dans le sens du vol plutôt que l’inverse.

  • Avec carénage complet ( protection moteur incluse ) : on obtient 1416 g

  • Sans carénage : 1408 g

Mais le poids du carénage est de 10 grammes. C’est à prendre en compte puisque s’il augmente la poussée, il est aussi bien lourd. Cela annule quelque peu son efficacité.

45 degrés VS 90 degrés

Plutôt que de détailler les résultats obtenus, voici ce qui arrivé pendant les tests. Les pièces 3D ont cassé lorsque la poussée était trop forte. Andy a donc fabriqué une pièce flottante, libre bouger dans le sens de l’écoulement de l’air sous l’hélice. La pièce s’est alors mise naturellement à 45 degrés.

Exemple : le Mifune. Cette machine illustre parfaitement ce qui est expliqué ici. Sa forme plus allongée que plate sur la largeur semble moins aérodynamique qu’un bras effilé. Les chiffres prouvent pourtant que la poussée est supérieure à toute autre forme testée dans cette vidéo.

Ce racer semble n’obéir à aucune règle aérodynamique puisque la forme des bras est élargie. Ronde mais imposante, elle donne de meilleurs par rapport à la même forme placée perpendiculairement.

Des pieds coniques sous les moteurs

C’est le dernier point abordé ici. Les conclusions sont les mêmes que pour les bras carénés. L’augmentation des performances que les pieds de moteurs apportent est relativisée par le poids supplémentaire de ces derniers. Le gain et la perte s’équilibrent. Alors que le prix de revient des pièces gonfle la facture… Mais le plaisir de vol est vraiment impacté, dans le bons sens du terme.

L’autre solution : les ducted frames

On change carrément de politique. Fini les bras classiques, on maximise la poussée grâce à un carénage en entonnoir. Ce dernier dirige l’écroulement d’air et supprime les tourbillons de bouts de pâles. Cela augmenterait considérablement la poussée. Shendrones a d’ailleurs reçu beaucoup de demandes après avoir créé le Liberty Ducted, un 4 pouces avec une capacité d’emport accrue. Un six pouces à ensuite été mis au catalogue. Si les Tiny Whoop sont conçus ainsi c’est pour combler leur manque de puissance, entre autres.

Si vous montez une telle machine, réduisez au maximum la distance entre le bout de l’hélice et le carénage. Ici, elle est de 1 mm. Ce 4 pouces de 603 grammes décolle dès 25 % de gaz. Impressionnant.

Conclusion, les vainqueurs sont :

Vous êtes du genre Racing ? Les bras fins et solides sont pour vous

  • Si on prend tous ses résultats bout à bout, en considérant que le carénage rond et assez plat donne les meilleurs résultats mais qu’il pèse presque aussi lourd que le gain qu’il apporte, il faut considérer les autres facteurs pour prendre une décision. Le poids et la consommation justement. Ainsi que la solidité de la frame. Enfin, le prix du carénage, son aspect peu pratique pour les réparations et le coût financier font douter. Les avantages qu’il offre sont réels mais pas assez importants. En revanche, un carénage partiel, léger et amovible est envisageable mais optionnel. Il faut opter pour du léger, quitte à réparer souvent :

Des bras fins, des pieds et l’avantage aérodynamique du carénage partiel

Vous privilégiez le plaisir de vol ? Les bras carénés vous conviendront

  • Enfin, pour ce qui est de la forme des bras nus, autant faire un compromis et opter pour une forme carrée, bien solide. Ou ignorer le poids du carénage et prioriser le plaisir du vol. Car c’est un aspect des choses qui n’est pas pris en compte ici. Je précise cependant que la machine préférée d’Andy, c’est le Mifune ! :

Si vous êtes plutôt freestyle, privilégiez la solidité

  • Voler en freestyle implique de piloter en intérieur, dans des endroits exigus et bétonnés. Bardez votre châssis de protections en TPU, renforcez vos bras en les choisissant bien larges et prenez des moteurs très puissants. La robustesse avant tout.

Vidéos


6 comments on “Toutes les formes de bras de racers testées, les résultats.

  1. Jaimond Cedric

    Très sympa comme lecture. Tout cela confirme ce que je pensais.
    On comprend mieux maintenant a quoi vous étiez occupés ces derniers temps lol.
    En tout cas mervi pour ces infos !

  2. FPV 67

    Merci pour ces approches chiffrées qui ont probablement pas été simples à conduire ! Un bémol par rapport aux tests, ceux-ci sont statistiques, en vol le tout est dynamique et ça changera la donne, voir les conclusions…
    En ligne avec TB250 le poids est notre premier ennemi
    Pour ma part, je préconise les bras en tube de carbone intégrant les ESC . Quel que soit leur angle de vol l’écoulement d’air y est le même.

    Merci pour ces articles qui ont l’avantage de bien poser le débat et nous permettent de réfléchir ensembles.

  3. Merci pour l’article, l’approche rigoureuse et chiffrée est intéressante.

    Sur le fond, il y a quelque chose qui me parait de plus en évident. Face au nombre ahurissant de watts qu’embarquent désormais nos machines de courses, la trainée générée par des bras fins ou non, verticaux, carénés, etc… devient un facteur négligeable. Bref, autant faire léger et solide plutôt que de vouloir faire profilé.

    Il faut également se dire que la configuration à 4 moteurs/voilure tournante offre un rendement assez moyen si le but recherché est la vitesse pure. A titre de comparaison, un racer de 400g avec 2 kilowatts dépassera péniblement les 150 km/h ; alors que le même nombre de watts permet à un avion de vitesse rc de 2 ou 3kg de franchir les 300km/h…

Laisser un commentaire