Projet de Tricopter electrique - 200 Kg

[nicola75]

Bonjour,

Je suis nouveau sur cet excellent forum, je suis ingénieur en info
et je me suis inscrit dans le but de vous soumettre un projet qui me tient à coeur

Je souhaite réaliser un prototype de tricopter (un hélico personnel à 3 hélices disposées en triangle)
Je joins une petite image.

L'idée étant de pouvoir porter une personne (90 Kg max) à une hauteur de 1 metre MAX.

J'ai voulu relancer ce projet en découvrant les réalisations de ELECTRAVIA à partir de moteurs electriques.

J'aimerais avoir les avis des personnes qui s'y connaissent un peu en mécanique et en aéronautique sur la faisabilité de ce projet perso

En vous remerciant par avance.
-----

[Zozo_MP]

Bonjour

Petite question : pourquoi choisir 3 hélices.

Naïvement je penserais qu'avec une personne au centre de gravité du triangle dès quelle se penchera vers l'avant le tricopter va plonger vers l'avant. Idem si elle se penche sur un des cotés du triangle Il faudra que le moteur avant est une puissance suffisante pour compenser instantanément via une central inertielle vraisemblablement.

Attendons l'avis de notre amis Robur71


Cordialement

[Jaunin]

Bonjour, Nicola75,
Encore bienvenu sur le forum de Futura-Sciences.
Je vous joins juste un lien pour information.
Cordialement.
Jaunin__

http://maplesoft.com/products/maples...ail.aspx?id=37

[nicola75]

Pourquoi 3 helices ? Parce que 3 points suffisent pour obtenir un equilibre, parce que 3 moteurs sont plus legers et moins encombrants que 4 mais surtout parce que 3 moteurs coutent moins chers que 4 !!
Une centrale inertielle, des gyroscopes et des regulateurs de vitesse peuvent assurer la stabilité de la machine.
JAUNIN, merci pour ce lien !

[A voir en vidéo sur Futura]

[Sanglo]

Bonjour à tous,

Mes connaissances sont ultra limitées dans ce domaine mais afin de pouvoir suivre la discussion, je voudrais savoir une chose:

Est-ce que la centrale inertielle va intervenir sur la vitesse de chaque moteur ?
Ca me semble logique pour maintenir l'équilibre de l'engin.

Ca voudrait dire aussi que l'on doit pouvoir varier manuellement la vitesse de chaque moteur indépendamment ou en bloc.
Les moteurs "arrière" pour la direction et le moteur "avant" pour l'altitude bien que quand l'engin est stabilisé en vol on puisse agir sur les trois moteur en même temps pour monter ou descendre.

Y a-t-il quelque chose de vrai dans ce que je viens d'énoncer ?

Cordialement.

[wizz]

3 moteurs élect
3 hélices
une structure
la batterie
le bonhomme
et tout ça doit voler....(pendant combien de temps???)

[robur712]

Bonjour,

Je suis nouveau sur cet excellent forum, je suis ingénieur en info
et je me suis inscrit dans le but de vous soumettre un projet qui me tient à coeur

Je souhaite réaliser un prototype de tricopter (un hélico personnel à 3 hélices disposées en triangle)
Je joins une petite image.

L'idée étant de pouvoir porter uPièce jointe 208749ne personne (90 Kg max) à une hauteur de 1 metre MAX.

J'ai voulu relancer ce projet en découvrant les réalisations de ELECTRAVIA à partir de moteurs electriques.

J'aimerais avoir les avis des personnes qui s'y connaissent un peu en mécanique et en aéronautique sur la faisabilité de ce projet perso

En vous remerciant par avance.

Bonjour nicola75,

Pour dégrossir le dimensionnement de ton engin, il faut mouliner tout ce qui suit dans un tableur :

1-Calcul de la puissance induite Pi ( issue de la théorie de Froude )

Pi = 1.15 F^3/2 / ( 2. rho. S )

F poussée du rotor ( N )
Rho masse volumique de l’air ( 1.2 kg/m3 )
S surface balayée par le rotor ( m²)


2-Calcul de la puissance passive Pp ( puissance dépensée pour vaincre la trainée des pales)

Coeff de portance moyen des pales Czm= 6 F /( rho.B.L.R.U²)
B nombre de pales
L corde de pale
R rayon du rotor
U vitesse périphérique de pale

A partir de la valeur de Czm on évalue le coeff.de trainée Cxp d’une pale

Cxp = 0.01 + 0.009 Czm²

Ce qui permet de calculer la Puissance passive

Pp = ( rho /8) . Cxp .B. L.R.U^3

La puissance nécessaire pour obtenir F en vol stationnaire = Pi + Pp

[nicola75]

Merci a tous de m'aider à dégrossir le probleme.
Je precise que les 2 he1ices
Sont l'avant et non l'arriere!
Idealement il y a des gyroscopes et regul sur chaque moteur
Je precise que l'Engin doit voler idealement pendant 30 mn mais rester à 1 m du sol pour profiter de l'effet de sol
Pour info, electravia fait voler un avion electrique avec pilote pendant 1 heure et e-volo parvient à sustenter un homme pendant 1mn avec une dizaine de petits moteurs! Le projet semble realiste

[nicola75]

Pour simplifier la question de base, en fixant le poids des moteurs à 3 x 15 kg, le diametre des helices a 1 m chacune, le poids du pilote à 90 kg, soit environ une masse de 150 kg min. Pour tout l'engin :
Quelle doit etre la puissance necessaire pour se sustenter à 1 m ? Est ce qu'une estimation à 60 kw est correcte? Il faudrait alors 3 moteurs de 20 kw munis chacun d'une helice de 1 m en prise directe pour soulever l'appareil et son pilote?

[robur712]

Pour simplifier la question de base, en fixant le poids des moteurs à 3 x 15 kg, le diametre des helices a 1 m chacune, le poids du pilote à 90 kg, soit environ une masse de 150 kg min. Pour tout l'engin :
Quelle doit etre la puissance necessaire pour se sustenter à 1 m ? Est ce qu'une estimation à 60 kw est correcte? Il faudrait alors 3 moteurs de 20 kw munis chacun d'une helice de 1 m en prise directe pour soulever l'appareil et son pilote?

Il manque la vitesse de rotation à laquelle ces moteurs fournissent 20 kW...

[nicola75]

Le gmpe 102 de e-motor fournit 19 kw max et tourne à 4000 rpm max
J'imagine que la puissancee max est sollicitée pour decoller mais qu'on profite rapidement de l'effet de sol ?

[polo974]

Si tout le monde fait des quadcoptères (ou hexa ou octo, ce qui est pire en terme de coût), ce n'est pas pour rien.

Le tricoptère ne permet pas un contrôle de l'appareil.

[nicola75]

Polo, meme si le modelisme ne reflete pas une realité à l'echelle humaine, il y a de nombreux tricopters miniatures (50 cm) qui volent et se controle plutot bien.
Mais peut-etre que certains arguments irrefutables m'obligeront à m'orienter vers un quadricopter.
La question simplifiée reste la meme :
quelle puissance (répartie sur 1 ou 2 ou 3 ou 4 moteurs) est necessaire pour élever 150 kg à 1 m avec une helice de 1 m max de diametre ?

[robur712]

Bonjour,

Je suis nouveau sur cet excellent forum, je suis ingénieur en info
et je me suis inscrit dans le but de vous soumettre un projet qui me tient à coeur

Je souhaite réaliser un prototype de tricopter (un hélico personnel à 3 hélices disposées en triangle)
Je joins une petite image.

L'idée étant de pouvoir porter uPièce jointe 208749ne personne (90 Kg max) à une hauteur de 1 metre MAX.

J'ai voulu relancer ce projet en découvrant les réalisations de ELECTRAVIA à partir de moteurs electriques.

J'aimerais avoir les avis des personnes qui s'y connaissent un peu en mécanique et en aéronautique sur la faisabilité de ce projet perso

En vous remerciant par avance.

Masse totale 200 kg
Puissance nécessaire pour maintenir un vol stationnaire à 1 m du sol : 45 kW
Rotors bipales diamètre 1.2 m
Durée du vol moins de 10 minutes avec 50 kg de batteries...

[nicola75]

Hello Robur,

Par ton intervention, tu veux dire qu'il faut 50 Kg de batteries pour voler 10 minutes ?
Si c'est le cas, on doit pouvoir optimiser les dimensions d'hélices, les puissances, etc... pour voler 3 x 10 minutes ! non ?

[wizz]

yaka recharger la batterie 3 fois...

[robur712]

Hello Robur,

Par ton intervention, tu veux dire qu'il faut 50 Kg de batteries pour voler 10 minutes ?
Si c'est le cas, on doit pouvoir optimiser les dimensions d'hélices, les puissances, etc... pour voler 3 x 10 minutes ! non ?

Je ne crois que l’on puisse réduire la puissance nécessaire …
Pour voler plus de 10 minutes , il suffit de trouver des batteries capables de restituer plus de 200 Wh par kg.

[nicola75]

Hello

Actuellement, on trouve pour 4000 euros des batteries qui restituent 165 Wh par Kg (chez le coréén KOKAM)

Robur, ton calcul fournit la puissance necessaire pour maintenir 200 Kg en stationnaire (45 Kw)
Mais ce n'est pas le meme calcul si on a 3 hélices et qu'on ne souhaite pas rester en stationnaire !
- L'appareil lorsqu'il vole et toujours en lancée (et jamais stationnaire)
- De plus, même si l'effet de sol peut géner le pilotage, on en profite constamment puisque l'altitude est limitée à 1m

Est-ce que ce que je raconte est juste ??

[wizz]

- L'appareil lorsqu'il vole et toujours en lancée (et jamais stationnaire)

pour un hélico, ça ne change rien
la force qui maintient l'hélico en l'air, c'est la poussée de l'hélice

[robur712]

Hello

Actuellement, on trouve pour 4000 euros des batteries qui restituent 165 Wh par Kg (chez le coréén KOKAM)

Robur, ton calcul fournit la puissance necessaire pour maintenir 200 Kg en stationnaire (45 Kw)
Mais ce n'est pas le meme calcul si on a 3 hélices et qu'on ne souhaite pas rester en stationnaire !
- L'appareil lorsqu'il vole et toujours en lancée (et jamais stationnaire)
- De plus, même si l'effet de sol peut géner le pilotage, on en profite constamment puisque l'altitude est limitée à 1m

Est-ce que ce que je raconte est juste ??

Avec un rotor non caréné, la puissance requise en translation décroit lorsque le rapport entre la vitesse de translation et la vitesse de l’air qui traverse le rotor croit.
On a donc intérêt à augmenter le diamètre du rotor pour réduire la vitesse qui le traverse, mais cela implique un réducteur…
Dans ton cas , pour une vitesse de translation de 60 km/h la puissance totale requise ne vaut plus que 38 kW...

Références : l'hélicoptère théorie et pratique de P. Lefort et J. Hamann aux éditions Chiron.

[chatelot16]

je confirme , des helice de 1m c'est trop petit , ça va bouffer une puissance enorme

plus les helice seront grande plus la puissance diminue

ce n'est pas pour rien que les vrai helicoptere on une helice la plus grande possible

les modele reduit son favorisé par la resistance des materiaux qui n'est pas proportionelle a la dimension ... on peut faire en modele reduit presque n'importe quoi qui ne serait pas possible en plus grand

en plus grand la structure classique des vrai helicoptere est la meilleure ... faire plusieur rotor risque d'etre moins performant

si tu veux continuer dans le style plusieur rotor il en faut 4 pour etre facilement pilotable , pour mettre 2 rotor tournant dans un sens et 2 rotor tournant dans l'autre ... avec 3 rotor identique comment equilibrer les couple ? il y en aura toujours un de plus d'en un sens !

avec 4 rotor on peut piloter les 4 degré de liberté avec uniquement la vitesse des 4 moteur

augmenter les 4 moteur pour monter

augmenter les 2 moteur tournant dans un sens et reduire les 2 autre pour tourner , sans changer la portance

augmenter le moteur de derriere et reduire le moteur de devant pour pencher en avant ... sans tourner ni a droite ni a gauche si les moteur avant et arriere tourne dans le même sens

pencher a droite ou a gauche avec le même raisonement sur les moteur droite et gauche

c'est facile a expliquer avec des moteur devant derrier a droite et a gauche , mais ça peut marcher aussi avec des moteur en carré , 2 devant et 2 deriere ... il faut simplement trafiquer par des combinaison lineaire les commande du manche a balai ... ou simplement monter les axes du manche a balai en diagonale

[robur712]

je confirme , des helice de 1m c'est trop petit , ça va bouffer une puissance enorme

plus les helice seront grande plus la puissance diminue

ce n'est pas pour rien que les vrai helicoptere on une helice la plus grande possible

La puissance passerait ici ( masse 200 kg ) par un minimum de 34 kW avec trois hélices de 4 m de diamètre entrainées à 300 tr/mn
La charge du disque serait de 16 kg/m² ce qui est statistiquement dans les clous .

les modele reduit son favorisé par la resistance des materiaux qui n'est pas proportionelle a la dimension ... on peut faire en modele reduit presque n'importe quoi qui ne serait pas possible en plus grand

en plus grand ....l

Une hélice de 1 m tournant à 4000 tr/mn est certainement acceptable, je connais personnellement une hélice de 1.35 m
de diamètre taillée dans du hêtre qui supporte 3500 tr/mn.

si tu veux continuer dans le style plusieur rotor il en faut 4 pour etre facilement pilotable , pour mettre 2 rotor tournant dans un sens et 2 rotor tournant dans l'autre ... avec 3 rotor identique comment equilibrer les couple ? il y en aura toujours un de plus d'en un sens !

avec 4 rotor on peut piloter les 4 degré de liberté avec uniquement la vitesse des 4 moteur

Absolument d'accord ...

[nicola75]

D'après vos premières analyses, je pense à présent qu'un quadrimoteur semble le plus raisonnable
(meme si "sur le papier" un tricopter peut fonctionner si l'on corrige le couple du lacet en orientant l'hélice arriere)

Je suis obligé de raisonner en terme d'encombrement et un diametre de 1 m (voire 1,2 m) me parait etre un maximum
L'engin faisant alors 2m50 en largeur.

Les differents calculs pour une masse globale de 180 Kg semblent donner une puissance nécessaire de 80 Kw (l'equivalent de 100 chevaux) pour etre en stationnaire.
Je ne démords pas de l'idée qu'à 1 m du sol, l'effet de sol réduit la puissance necessaire pour se maintenir en vol (c'est selon moi le seul facteur qui rend le projet viable : ne pas éspérer voler longtemps - 30 mn max - et rester à très basse altitude)

- Supposons que 80 Kw, est-ce qu'on peut en déduire linéairement qu'il faut 4 moteurs de 20 Kw ?
- Est-ce judicieux d'exploiter le fonctionnement d'un aéroglisseur avec une sorte de voilure qui jouerait le role de la jupe de l'aeroglisseur ? (symbolisée par la zone verte sur le schéma)

[Sanglo]

Bonsoir,

Je ne démords pas de l'idée qu'à 1 m du sol, l'effet de sol réduit la puissance necessaire pour se maintenir en vol

Donc on peut en déduire que la pesanteur est moindre quand on se déplace

Cordialement.

[Jaunin]

Bonjour, Nicola75,
Je suppose que vous avez déjà vu ce type de lien, mais si ça peut vous aider.
Cordialement.
Jaunin__

http://www.conrad.ch/ce/fr/product/2...-Reely-450-RTB

[nicola75]

Donc on peut en déduire que la pesanteur est moindre quand on se déplace

Non, non Sanglo ... on parle uniquement de la réaction du sol quand on rester à proximité de la terre (ou de l'eau) dont profitent certains types d'aéronefs, rien de mystique.

Jaunin, merci pour ce lien, il y a en effet des centaines de quadricopters et de tricopters en modèles réduits - il suffit de taper ces mots clés dans youtube - qui volent parfaitement bien. Mais, même si certains comportements sont similaires, on ne saurait comparer une faisabilité d'un quadriopter à échelle réduite face à celle d'un engin - certes réduit au maximum - mais avec pilote

[robur712]

Non, non Sanglo ....Les differents calculs pour une masse globale de 180 Kg semblent donner une puissance nécessaire de 80 Kw (l'equivalent de 100 chevaux) pour etre en stationnaire.
Je ne démords pas de l'idée qu'à 1 m du sol, l'effet de sol réduit la puissance necessaire pour se maintenir en vol (c'est selon moi le seul facteur qui rend le projet viable : ne pas éspérer voler longtemps - 30 mn max - et rester à très basse altitude)

…A moins de vouloir un engin nerveux , 80 kw me semblent un peu excessifs.
Je trouve 45 kw pour un maintien en vol stationnaire ( 3 hélices diamètre 1.1 m, vitesse angulaire 4000 tr/mn.
L’effet de sol permet une "économie" de 4 kW lorsque le rotor est situé à 1 m du sol

Non, non Sanglo .... Est-ce judicieux d'exploiter le fonctionnement d'un aéroglisseur avec une sorte de voilure qui jouerait le role de la jupe de l'aeroglisseur ? (symbolisée par la zone verte sur le schéma)

Je n’en sais rien par contre si les translations sont lentes des carénages de rotor peuvent être intéressants...

[nicola75]

Hello Robur

Peut-on selon toi établir une loi linéaire qui donne approximativement la valeur de la puissance nécessaire en fonction des parametres : Nbre d'hélices (Nb) , Diametre d'une hélice (D), vitesse du rotor (Vr), masse totale (m) ?

J'ai cherché à simplifier ta formule en fonction des variables que j'ai et j'obtiens une estimation dans le genre :

Puiss = (m * Vr) / (5,38 * Nb * D)

Ma pseudo-formule donne une valeur approximative, on obtient :
Puissance = 37 Kw pour 4 helices (le poids passant à 220 Kg avec 1 moteur de +)
Cette estimation est-elle correcte est selon toi ?

Quoi qu'il en soit, Robur et ceux qui croient en ce projet, vous semblez confirmer ma question initiale et mon hypothèse de travail :

il est possible de voler à 1 m du sol avec un tricopter ou un quadricopter de 180 Kg (pilote compris) si chaque moteur développe un min. de 10 Kw !

Pour le carénage, il est en effet indispensable notamment pour des raison des sécurité (ainsi que des grilles de protection dessus et dessous.

[polo974]

Tient, on arrive au quad (et on constate que le tri nécessite un pilotage supplémentaire... ).

Pour le carénage, oui, c'est bon à prendre, mais il faut aussi caréner vers l'extérieur, ce qui permettrait de réduire le court-circuit en bout de pale.

Si la vitesse de translation est faible, un carénage genre tuyère n'est pas à négliger non plus si on ne peut s'étaler en largeur (ou faire comme sur les avions en bout d'aile: des sortes de winglets sur toute la longueur du bidule).

[robur712]

Hello Robur

Peut-on selon toi établir une loi linéaire qui donne approximativement la valeur de la puissance nécessaire en fonction des parametres : Nbre d'hélices (Nb) , Diametre d'une hélice (D), vitesse du rotor (Vr), masse totale (m) ?

J'ai cherché à simplifier ta formule en fonction des variables que j'ai et j'obtiens une estimation dans le genre :

Puiss = (m * Vr) / (5,38 * Nb * D)

Ma pseudo-formule donne une valeur approximative, on obtient :
Puissance = 37 Kw pour 4 helices (le poids passant à 220 Kg avec 1 moteur de +)
Cette estimation est-elle correcte est selon toi ?.

L’estimation me parait faible .
Ta formule est curieuse ,car pour réduire la puissance il suffirait d’augmenter le diamètre de réduire la vitesse du ( des )rotor(s )
En réalité, à Vr imposé et avec D comme variable , la puissance nécessaire passe par une valeur minimale.

Quoi qu'il en soit, Robur et ceux qui croient en ce projet, vous semblez confirmer ma question initiale et mon hypothèse de travail :

il est possible de voler à 1 m du sol avec un tricopter ou un quadricopter de 180 Kg (pilote compris) si chaque moteur développe un min. de 10 Kw !

.

Va voir chez ELECTRAVIA qui vend des kits motorisation pour paramoteur.

Moteur 12 kW , 5500 tr/mn, réducteur 2.5 , hélice tripale diamètre 1.3 m
Poussée ( statique sans doute ) 350 à 400 N ….
Les batteries actuelles restituent 130 à 170 Wh/kg, selon ELECTRAVIA, on peut espérer 700 wh/kg vers 2020 !