[Dirigeable] Motorisation, Alimentation et blabla

[invite1f2b37d9]

Bonjour à tous!

Dans le cadre d'un projet d'année en groupe, nous avons décidé de faire un dirigeable. Le principal axe d’intérêt (outre le fait qu'il doive voler) se trouve dans les innovations à y implanter. Nous viserions ainsi à le rendre autonome à 100% avec un système GPS et une alimentation solaire + un accu (en cas de nuit un peu longue). Cela théoriquement: en omettant les décrets contraignants sur les aéronefs en France...

J'ai demandé il y a quelques jours des conseils pour l'alimentation photovoltaïque d'un moteur qui alimenterait le/les rotors d'un dirigeable (d'une taille de 2 à 5m) sur le forum Environnement, développement durable et écologie.

 Cliquez pour afficher

http://forums.futura-sciences.com/en...nomade.html#Le thread en question

Seulement, étant en ING1 on ne dispoe pas encore d'une base de connaissances sur la motorisation générale: lequel serait suffisant pour un petit dirigeable comme celui qu'on cherche à réaliser. Ni sur le besoin ou non d'un accu intermédiaire entre la sortie panneaux et l'entrée moteur. Pour les panneaux on m'a donné un site et je vois le genre de produits qui conviendraient, mais encore faut-il connaître ce qu'il doit délivrer au moteur!

Après avoir fouiné un peu j'tais tombé sur ce type de moteurs: http://www.faulhaber.com/uploadpk/FR_1525_BRC_DFF.pdf petit moteur du fabricant faulhaber.
C'est p-e un peu luxe, carrément insuffisant, trop lourd...Je n'en sais pas grand chose.

Après des moteurs de tpe "modélisme" il y en a pas mal sur le net, mais comme on hésite encore sur le nombre de rotors pour diriger l'aéronef (Un rotor au cul et présence d'un "gouvernail ailé" à l'arrière ou 2/3 rotors pour en placer 1 sur chaque côté et virer en jouant sur la puissance allouée à chaque rotor...)
On y réfléchit en ce moment et on tient au courrant les personnes intéressées.

Bref, si certains ont déjà tâté dans le sujet, on accepte avec joie tout retour d'experience ou conseil au débotté. Pas besoin d'un état de l'Art, à la limite on se nourrira bien de liens utiles qu'on aurait pas déniché
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[invite7a39c3be]

Moi j'ai une question (ayant autre fois envisager un tel projet) : As-tu ton dirigeable ? si oui quelle masse peut-il porter ?

[inviteede7e2b6]

le calcul est "relativement" simple.

on considère qu'un m-cube d'hélium peut soulever un Kg à la pression du sol.

ceci inclut , bien sur , la structure du ballon lui-même.

[calculair]

Bonjour,

Il faudrait dejà un minimum de cahier des charges de ce dirigeable.

Les moteurs envisagés ont a priori des vitesses de rotation trop rapide par rapport à la vitesse supposée du dirigeable

Ce dernier doit il voler en exterieur et avec un vent max de combien

Quelle est la masse totale visée,son volume, tout cela pour faire des estimations de prise au vent. quelle est la vitesse de vol max prévue ?

bref il faut des données concretes

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite7a39c3be]

Je posais la question car pour un dirigeable qui vole en extérieur il faut pas mal de puissance pour le maintenir à une position plus ou moins fixe car il dérive extrêmement facilement au moindre coup de vent. Et puis il faut un grand volume pour porter que quelques kilogrammes (son propre poids, minimum deux moteur, des servos, une électronique, une mécanique et un accu et des panneaux solaire) ce qui veux dire une grande quantités d'hélium donc avant de commencer le projet renseignez vous sur le prix du dirigeable et le prix de l'hélium.

[invite1f2b37d9]

Salut à tous,

Merci pour vos remarques, on s'active pour tenter d'y répondre, on s'attendait juste à un premier retour d'expérience avant d'attaquer sérieusement mais tant mieux!
Je peux fournir le CDC:

_Ballon gonflé à l'hélium (Air Liquide en vend pour un prix compétitif on regardera là-bas)
_Capable de voler en extérieur par beau temps (Par sécurité on dira qu'il supporte une petite brise < 15km/h)
_Etre capable de transporter une petite charge sur une longue distance OU une masse importante sur courte distance (On pense opter pour la 1ere config)
_Charge utile donc: de l'ordre de 3Kg à vu de nez pour la caméra (système electronique et mécanique pèserons déjà comme le souligne Lytharan).
_"Innovations" requises (On pense au système GPS, à la cam et au système d'autonomie par photovoltaïque)

Pas d'exigence particulière niveau vitesse. Sachant qu'un homme marche à une vitesse d'environ 3km/h ça correspondrait bien. On modulera si c'est trop exigeant.
Cette vitesse n'aura pas d'obligation à rester constante donc pas de compensation moteur en cas de vent. (Faudra quand même que ça avance mais on ne prévoit pas de le sortir par fort vent)

On cherche une structure flexible de l'ordre du 3-4m de longueur et 1m de hauteur ce qui d'après la formule de Wikipédia: http://fr.wikipedia.org/wiki/Ellipso%C3%AFde nous donne un volume max de (4/3π(3*1)) = 12.5 m3 en gros.
Si on ne trouve pas de flexible intéressant on fera notre propre structure qu'on recouvrera (on pense à un matériau de type polyuréthane comme les coupe-vent de survie)
Il faudrait d'après le calcul que la structure ne dépasse pas les 10-11 Kgs et ça je n'ai aucune idée de si c'est réalisable ou pas. (Au pire on jouera sur la longueur )

On continue d'y réfléchir!

Lytharan, tu parles de servomoteurs, est-ce obligatoire dans le cadre de notre projet? J'ai compris sur le tas que ça variait en fonction d'une grandeur analogique (force du vent ici) et que ça permettait un travail uniforme (je crois) mais dans le cadre de notre dirigeable ya pas vraiment d'exigence sur ça, s'il met un peu plus de temps pour arriver, si la trajectoire n'est pas parfaitement rectiligne...pas un pb si ça arrive au point de chute
Tu disais que tu avais envisagé un tel projet ça a donné quoi?

[inviteede7e2b6]

les "servomoteurs" sont les actionneurs d'une maquette , dans votre cas les gouvernes de direction
et profondeur, ce seront les même que ceux utilisés par les fanas de maquettes d'avions ou de bateaux.

http://pics.towerhobbies.com/image/f/futm0031.jpg

[vincent66]

Bonjour tous,
Non cher Pixel, 1m3 d'hélium pèse 700 grammes ce qui nous donne 593 g de poussée d'archimède... c'est 1m3 d'hydrogène pesant 170 g qui permet 1Kg de poussée...
Malgré toutes les embûches que le projet d'Aldhyr soit un succès et le hindenburg un lointain souvenir..!
Vincent

[invite1f2b37d9]

Ok je vois, merci! (ton lien est brisé)
Par contre comment avec un moteur à transmission rotative (arbre -> rotor) peut-on simuler un mouvement tel qu'un déplacement (d'angle défini) du gouvernail?
Pour la propulsion c'est facile le rotor comprend arbre + helice, mais là je pense que la transmission doit être assez complexe..

J'voulais rajouter, rapport à la remarque de calculair, 15k rpm c'est trop? Notre engin n'a pas une vocation d'escargot des airs non plus Ou tu veux dire qu'une telle puissance est inutile?
Il y aura la taille des hélices à prendre en compte aussi, je pense que trop grandes/lourdes elles pourraient abimer la transmission mais ils ne faut pas non plus qu'elles pataugent dans la semoule! Va falloir calculer ça (et faudra voir comment aha)..
Sinon vous avez un avis sur un choix 3 rotors (1 de chaque côté) ou 1 rotor unique avec gouvernail arrière? Dans les 2 cas on devrait trouver moyen de contrôler ça à distance anyway.

EDIT: Merci pour la précision Vincent (du coup la capacité de charge va diminuer va falloir serrer la ceinture lol), et oui effectivement avec de l'He2.4 on devrait avoir meilleur fortune que le Hindenburg

[inviteede7e2b6]

Bonjour tous,
Non cher Pixel, 1m3 d'hélium pèse 700 grammes ce qui nous donne 593 g de poussée d'archimède... c'est 1m3 d'hydrogène pesant 170 g qui permet 1Kg de poussée...
Malgré toutes les embûches que le projet d'Aldhyr soit un succès et le hindenburg un lointain souvenir..!
Vincent

tu m'as fait douter

la masse volumique de l'hélium à la pression atmosphérique au sol et à 21° C est de :

0,178

validation ici :
"Aux conditions "normales" de pression (1013,25 hPa), c'est un gaz beaucoup plus léger que l'air (masse volumique) : 0,169 kg/m3 à 15 °C et 0,178 à 20°C."

http://pravarini.free.fr/gaz-Helium.htm

mes cours de physique sont un peu loin , mais quand même... tonton Aloïs ne m'as pas (encore) frappé!

[vincent66]

Le gouvernail arrière était le talon d'achille des tristement célèbres Akron et Makon, ça a été prouvé...
Je verrais plutôt deux rotors orientables le plus proche possible du centre de gravité...
Vincent

[calculair]

Bonjour
A ce stade, nous avons

La charge utile = 3kg

Charge technique Batterie, moteur, electronique ...etc

La vitesse du vent max = 15 km/h

Dimension du ballon environ 4m de long et 1 m de diamètre soit un volume de 3 m3 environ

Sauf erreur de calcul la poussée d'Archimède donne 1 kg force par m3, le ballon semble donc un peu petit ( hors poids de l'envellope)

La determination des dimension du dirigeable, permettra d'apprecier sot Cx et Cx et calculer le caracteristiques des moteurs de propulsions et helices pour voler avec un vent de face de 15 km/h à une vitesse qui reste à preciser ( peut être 5 km/h ) si je comprends bien votre intententionest d'avoir 3 moteurs 2 par coté et un par l'arrière. C'est un choix original , il restera à valider les nacelles moteurs en fonction des helices adéquates ( je suppose qu'il faut un rendement de propulsion honnorable) Des petites helices obligent à tourner vite et envoyer un flux d'air rapide qui emporte beaucoup d'energie cinetique perdue pour le dirigeable. Il faut adapter le pas et le diametre des helices et la vitesse de rotation pour que l'energie des moteurs profitent au dirigeable et non au courant d'air ejecté ...

[invite1f2b37d9]

Vincent tu sous-entends placer 2 servos au niveau des rotors extérieurs pour une orientation modulable? Il faudra un truc développé alors pour une composante horizontale et verticale...

Le gouvernail n'est vraiment pas une bonne idée? Dans le cas des 2 dirigeables dont tu parles, c'est pas le même calibre J'pensais à une installation du genre: http://www.youtube.com/watch?v=4ZPieScdhn0 (en inversant la direction du gouvernail ça pourrait compléter une rotation horizontale des rotors ?).

[HS] La formule de Wiki est bonne je n'avais pas pris les bons paramètres pour a, b, c qui sont paramétrés en fct "des longueurs des demi-axes de l'objet". Il faudra donc un plus gros volume oui c'est certain. [HS/]

Calculair, qu'entends-tu par "saoit Cx et Cx"? Au niveau des dimensions si l'on extrapole une structure d'un poids de 5-6 kg (si l'on doit la faire en rigide on sélectionnera du très léger) et avec... mettons 2-3kg d'équipement électro-mécanique en surplus et avec la charge Utile il faudrait un volume d'environ 11m3 d'Helium, soit par exemple une longueur de 6m et une largeur = hauteur = 1.5, cela fait un volume à peu près équivalent.

Après ce sera amené à évoluer c'est certain, on va commencer les recherches sur la structure, on vous tiendra au courrant de l'avancée du projet sur ce thread anyway

Mais partons déjà sur ces dimensions. Ca nous permettra de commencer à cibler du matériel et de pouvoir p-e le test assez vite. De toute façon les dimensions finales ne seront pas très loin de ce qu'on pose là
D'accord, donc l'idée est de prendre une intermédiaire, quand tu parles de rendement quelle formule y associes-tu? (Puissance de la force exercée par les pales/ puissance moteur délivrée) non?

Mais le 1er terme est très dur à calculer, il faut compter les forces de frottement laminaires sur les pales comme l'indique bien Rann ici: http://forums.futura-sciences.com/as...ne-helice.html seulement il s'agit d'un hélico et les formules ne correspondent pas (on se rend d'ailleurs compte de la relative difficulté de ceux-ci).
Les caractéristiques de l'hélice (physionomie, nombre de pales) doivent d'ailleurs à mon avis avoir un gros impact sur la poussée, je sais pas si une formule permettrait de s'en rapprocher.

Tant qu'on aura pas ces données ce sera sans doute compliqué de faire correspondre un moteur et de fil en aiguille, l'alimentation photovoltaïque correspondante nécessaire.
Faut donc qu'on trouve un ordre d'idée de la puissance à faire correspondre à un couple d'hélices (si on part sur 2 rotors) donné.
J'ai rapidement trouvé cette hélice: http://www.miniplanes.fr/helices-avi...e-p-20844.html p-e un poil grande p-e, mais sa taille permettrait je pense d'exploiter la puissance du moteur à un bon rendement.

Si il y a des connaisseurs en modélisme p-e pourront-ils me dire si le pas de fixation de l'hélice a une importance ou non? Mettons si je fixe un embout pour la maintenir... M'enfin je n'y crois pas trop je préférerai qu'il n'y ai pas de jeu.
Sinon si vous avez des idées d'hélices adaptables à un rotor particulier pour éviter les mauvaises surprises. Parcque là il n'y a aucune indication particulière et je doute qu'il existe un pas de fixation unniversel

Edit: Si besoin à propos de la partie hélice j'irais p-e faire un thread dans la partie Aéronautique.

[calculair]

Bonjour,

Pour cequi concerne les héiices et comme vous êtes des ingénieurs ce lien devrait vous donner une première vision http://2jg51.org/hs/helices/prop_04.php

Interessez vous au Cp et Ct des hélices et du rendement en fonction de J =V /(ND ) V = vitesse, N = vitesse rotaion en T /s , D= diametre en mètre



Quand aux Cx et Cz sont des coefficients aerodynamiques. En recherchant vous devriez trouver ceux qui sont données pour ue structure comme un dirigeable

La traction en newton est T = 1/2 d Cx S V² en premiere approximation avec V en m/s si vos voler avancez à 5 km/h congter un vent de 15km/h, V = 20 km/h ou

20 /3,6 = environ 6 m/s

Les ingénieurs,doivent pouvoir quantifier leur choix en se basant en particulier sur des lois physiques.

[vincent66]

Bonjour tous !
Voici ce qui se passe quand on perd la mémoire et qu'on ne met pas ses lunettes pour lire une table ..:
Mea culpa, l'hélium pèse bien 170 grammes par mètre cube...
Le plus drôle c'est que c'est bien cette valeur que j'avais utilisée il y a 6 ans..!
Vincent

[invite1f2b37d9]

Coeffs de trainée, portance, traction et portance... ok merci on va s'y interesser.
Yep comme on est qu'en année1 de prépa on galère un peu sur des trucs qui doivent vous paraître 'simple'
Thx all btw

Edit: 1m3 d'Helium soulèvera donc bien environ 1Kg

[vincent66]

Oui, précisément 1293-170 = 1123 grammes de force ascentionnelle en moyenne...
Vincent

[calculair]

Oui, précisément 1293-170 = 1123 grammes de force ascentionnelle en moyenne...
Vincent

oui mais au niveau de la mer

si vous êtes en altitude, il faudra recalculer les densités relatives et recalculer la poussée d'Archimède

[vincent66]

Oui, en CNTP s'entend...
Un dispositif de réglage de la pression des ballonets est indispensable pour une utilisation pratique...
Vincent

[invite66536612]

Pour l'enveloppe, les seuls à avoir le savoir-faire sont les gars d'A-NSE. Ils produisent et exploitent des ballons dirigeables à des fins de surveillance www.a-nse.com. Ils ont même fait des démo pour l'Armée http://www.meretmarine.com/fr/conten...lance-maritime Ils réalisent également de la publicité aérienne avec leurs ballons www.aeronavis.com. Il faut les contacter.

[invite1f2b37d9]

Salut, meilleurs voeux et bonne année 2013

Voilà un moment qu'on avait pas donné de nouvelles, on est resté un moment en dilettante sur le blabla de l'état de l'art à réaliser et sur les 1ers choix et concessions à faire.

Déjà question de moyens, c'est bien nous qui allons faire le ballon et sa structure, tous les ballons en polyuréthane proposés par des sociétés de pub sur le net sont trop onéreux pour notre maigre bourse.
On hésite encore entre 2 dispositifs de propulsions. Afin d'obtenir des conseils et d'y voir un peu plus clair je me suis rendu dans un magasin de modélisme de ma ville pendant ces vacs. Le couple de vendeur s'est révélé très sympathique et m'a donc proposé 2 solutions:

1ere solution (moins onéreuse): Au vu des moyens dont on dispose, il serait intéressant d'acheter un modèle de planeur bimoteur qu'ils m'ont montré nous retirerions l'ensemble moteur-accu et aurions ainsi un dispositif radio (4 voies je crois) - moteurs asservis et varios compris. Cependant ça ne résout pas le déplacement vertical, pour celà il faudrait soit:

_ disposer un servo sur la tige faisant office d'arbre à nos deux moteurs afin de pouvoir effectuer des rotations (mais amplitude max de 120° d'après Wikip pour les petits servos de modélisme..) pour les 3 positions (dpt vers le bas, en avant, vers le haut) des moteurs sur un dispositif identique à celui-ci (je ne dispose pas des droits)



--> C'est la méthode qui serait la plus sympa et la plus stylée, mais on devrait user (je crois) d'un micro-contrôleur type Arduino Uno couplée avec un module wi/fi/radio/bluetooth...

_ rajouter 1/2 moteurs sous le ventre de la bête dans une direction verticale et les faire tourner en positif/negatif pour monter ou descendre.

Alors dans les 2 cas on perd l'avantage d'avoir une radio couplée avec les 2 moteurs (pour une radio 5/6 voies qui controlerais le servo en plus des 2 moteurs) et la 2nde solution proposée par notre mentor pour pas qu'on ait à gérer trop de trucs (selon lui) ne me semble pas la plus avantageuse, bien au contraire.
J'ai regardé pour le 1er dispositif et ce n'est pas le prix du servo qui va nous arrêter, mais p-e plus ses limites déjà (si l'amplitude est < 180° faudrait p-e en coupler 2, je sais pas si c'est faisable), la technicité de sa mise en place si effectivement on rencontre des difficultés sur l'Amplitude et surtout la liaison radio avec le servo et les 2 moteurs. (On a déjà utilisé la carte Arduino Uno pour un projet d'elec il y a qques mois et notre niveau en C (très proche de l'Arduino) est correct).

2e solution (cha devrait coûter "un poil" plus cher): Acheter en pièces détachées tout ce dont on a besoin pour notre dispositif. Evidemment le déplacement vertical nous oblige (je pense à moins qu'on ne trouve une commande annexe pour le déplacer (par ordi ce serait sympa?)) à acheter une radio avec plus de voies dans le cas de la 1ere solution, mais on a quand même les moteurs asservis avec varios et c'est déjà pas mal.
Donc on achèterait tout et on le monterait nous-même: asservissement moteurs, couplage varios, liaison moteur-servos à la radio... Ca sent le chemin de croix pour nous. D'autant que comme indiqué, les vendeurs m'ont donné un prix approximatif de 300€ (chez eux) ...


Ainsi, si vous avez des conseils pour la liaison à distance avec le servo, si l'achat d'une radio neuve est effectivement obligatoire ou tout autre chose comme la mise en place du servo sur la tige (la question de l'amplitude etc..) ... hésitez pas

Merci et bonnes vacances aux chanceux qui y sont encore!

[jiherve]

Bonjour,
Si vous achetez le planeur il doit bien y avoir aussi des servos de commande pour les ailerons et la dérive, donc avec l'un de ceux ci vous devriez pouvoir commander l'axe de rotation des nacelles moteur, c'est de la mécanique assez simple.
JR

[invite1f2b37d9]

Mais oui c'est vrai, je retourne demain au magasin, j'espère avoir confirmation!