Par Lauren Nagel
On nous pose assez souvent la question suivante : « Pourquoi faut-il mesurer le couple lors des essais de moteurs ou d’hélices ? » Elle est souvent suivie de : « Comment mesurer le couple ? »
Ces deux questions sont importantes pour les concepteurs de drones qui veulent tirer le meilleur parti de leurs créations. En fin de compte, il s’agit de mesurer le rendement de votre moteur en comparant sa puissance d’entrée à sa puissance de sortie.
Table des matières :
- Couple et régime de rotation
- Équation du rendement moteur
- Comment mesurer le couple
- Comment calculer la puissance mécanique d’un moteur sans balais
Remarque : nos petits bancs d’essai de poussée et nos grands Flight Stands permettent tous deux de mesurer le couple.
Couple et régime de rotation
Deux variables clés caractérisent l’hélice : la première est la vitesse de rotation et la seconde, le couple. La multiplication de la vitesse de rotation par le couple donne la puissance mécanique.
Si l’on examine la liaison entre une hélice et un moteur, on constate que les seules grandeurs transmises par le moteur à l’hélice sont le régime de rotation et le couple.
Figure 1 : moteur de drone relié à une hélice tripale
Équation du rendement moteur
À l’autre extrémité du moteur, l’électricité provient de la batterie ou de la source d’alimentation. On peut donc considérer le moteur comme une machine qui transforme l’électricité en régime de rotation et en couple, ou la puissance électrique en puissance mécanique.
Nous arrivons ainsi à la formule essentielle du rendement. La mesure du couple nous permet d’obtenir la puissance mécanique, que nous pouvons diviser par la puissance électrique pour calculer le rendement :
L’augmentation du couple et du régime de rotation implique des compromis de conception. Tester plusieurs hélices est le meilleur moyen de trouver la combinaison moteur-hélice la plus efficace pour le type de vol souhaité.
Pour en savoir plus : Analyse de la puissance et du rendement des moteurs sans balais
Si nous parvenons à conserver le même rendement d’hélice, une augmentation du rapport entre la puissance mécanique et la puissance électrique permettra aux aéronefs de voler plus longtemps et d’emporter une charge utile plus importante.
Comment mesurer le couple d’un moteur
Il existe plusieurs façons de mesurer le couple. Dans nos bancs d’essai, nous utilisons un système solide à l’équilibre, c’est-à-dire sans pièce mobile. C’est essentiel, car cela minimise l’hystérésis et les vibrations.
Sur le banc d’essai de poussée Flight Stand 15, le moteur est fixé au banc à l’aide d’une plaque de montage. Derrière le moteur se trouve l’unité de mesure de force (FMU), qui comprend une cellule de charge monobloc mesurant à la fois la poussée et le couple. La cellule de charge est étalonnée pour mesurer la poussée et le couple, ainsi que pour corriger la diaphonie, afin de garantir une grande précision. L’image ci-dessous montre une version coaxiale du système, dans laquelle les moteurs sont séparés par une distance de sécurité minimale. Il est possible de connecter jusqu’à 8 Flight Stands simultanément, ce qui permet de tester la propulsion distribuée.
Pour en savoir plus : Comment calculer le couple d’un moteur à l’aide de formules
Figure 2 : banc d’essai de poussée pour moteurs Flight Stand 15
Comment calculer la puissance mécanique d’un moteur sans balais
Maintenant que nous avons mesuré le couple, nous devons également mesurer le régime de rotation du moteur pour compléter notre équation de la puissance mécanique.
Pour cela, on utilise un petit capteur optique de régime de rotation, capable de détecter le passage d’un morceau de ruban réfléchissant devant le capteur. Les composants électroniques associés comptent le nombre de passages du ruban devant le capteur afin de calculer la vitesse de rotation. Celle-ci peut également être mesurée électriquement à l’aide du signal du contrôleur électronique de vitesse (ESC). Cette méthode est mécaniquement plus simple, mais davantage sensible à la charge du moteur et à sa taille.
Multipliez le couple par la vitesse de rotation, puis divisez le résultat par la puissance électrique pour obtenir le rapport de puissance mécanique.
Pour en savoir plus : Calculs et hypothèses de conception des drones
Conclusion
La mesure du couple du système est essentielle lors de la conception d’un système de propulsion, car elle permet de mesurer séparément le rendement du moteur et celui de l’hélice. Nous avons expliqué ici comment mesurer le couple et utiliser ces informations pour concevoir un drone plus efficace.
Si vous souhaitez mesurer vous-même le couple d’un moteur, découvrez notre gamme d’équipements de test :
- Series 1585 - mesure un couple allant jusqu’à 2 Nm
- Flight Stand 15 - mesure un couple allant jusqu’à 8 Nm
- Flight Stand 50 - mesure un couple allant jusqu’à 30 Nm
- Flight Stand 150 - mesure un couple allant jusqu’à 150 Nm
- Flight Stand 500 - mesure un couple allant jusqu’à 1 500 Nm