L’un des secteurs de la radiocommande qui a connu la plus forte croissance ces dernières années est celui des avions électriques. De nombreux facteurs ont contribué à cette croissance, notamment l’évolution rapide de la technologie des batteries et des techniques de construction, associée à une pénurie de sites de vol pour les avions plus grands et plus bruyants, tels que ceux à gaz ou à incandescence. Les avions électriques sont silencieux. Ils ne produisent pas de gaz d’échappement et peuvent être assez petits et légers – certains suffisamment petits, en fait, pour pouvoir voler à l’intérieur d’un grand gymnase ou d’un hangar.

L’amélioration de la technologie des moteurs a également suscité un intérêt accru dans ce domaine. Les moteurs sont devenus plus petits, plus puissants, avec de meilleurs aimants, et il existe maintenant des moteurs sans balais avec moins de friction, moins d’usure et moins d’entretien.

Le vol électrique comporte plusieurs composantes que nous allons aborder brièvement.

L’aéronef

Bien que n’importe quel modèle d’avion puisse être motorisé électriquement, les performances seront bien supérieures si le modèle est conçu spécifiquement pour cet usage. Le facteur clé d’un modèle électrique performant est la légèreté : la cellule doit être solide, mais surtout légère. Les modèles électriques peuvent être de n’importe quelle taille, mais les plus populaires sont de taille petite à moyenne. Les plus petits modèles peuvent n’avoir qu’une envergure de quelques pieds, ne peser que quelques grammes et n’avoir qu’un bâton à la place du fuselage.

Pour qu’un modèle soit considéré comme un « Indoor Flyer », il doit être extrêmement léger (onces, dans les 10 % !), avoir une envergure relativement faible, être facile à contrôler et voler très lentement. Il y a quelques exceptions où le modèle peut voler plus vite, mais il doit être extrêmement agile et rapide sur les commandes pour contenir son mouvement dans l’espace confiné – pas pour les âmes sensibles ! Les modèles d’intérieur sont destinés à être pilotés à l’intérieur dans des installations telles qu’un grand gymnase, une arène ou un hangar. Ils peuvent également voler à l’extérieur, mais dans des conditions presque calmes. Leur lenteur en vol signifie également que leur pénétration dans le vent est presque nulle.

L’étape suivante est le « Park Flyer ». Ces modèles sont plus lourds et légèrement plus rapides que leurs homologues d’intérieur, pénètrent un peu mieux le vent (pas les vents très forts, attention), mais sont toujours capables de voler dans une zone raisonnablement confinée comme un parc ou une grande cour. Cette catégorie de modèle électrique est très populaire et représente actuellement près de la moitié de la sélection disponible.

Il existe un autre terme utilisé pour décrire les modèles électriques légers, celui de « Slow Flyer ». Différentes personnes utilisent ce terme de différentes manières, mais il fait généralement référence aux modèles d’intérieur et de parc. Certains le considèrent comme une catégorie entre l’intérieur et le parc, où il est légèrement plus grand et plus lourd qu’un modèle d’intérieur standard, mais peut toujours être piloté dans un lieu raisonnablement grand, à l’intérieur ou à l’extérieur.

Systèmes d’alimentation

Il existe trois types de systèmes d’alimentation de base utilisés dans le vol électrique. Ce sont : l’entraînement direct, où l’hélice est fixée directement à l’arbre d’entraînement du moteur ; l’entraînement par engrenages, où l’hélice est reliée au moteur par une série d’engrenages pour réduire la vitesse de l’hélice par rapport à celle du moteur ; et le ventilateur caréné, où une unité de ventilateur à pales multiples est montée directement sur le moteur et fonctionne à l’intérieur d’un carénage ou d’un conduit. Les systèmes de ventilateur caréné, bien que moins efficaces que les systèmes à hélice, sont idéaux pour les projets de type jet.

Les systèmes à entraînement direct utilisent des hélices plus petites qui tournent à la vitesse du moteur et conviennent aux modèles qui volent plus vite. Les systèmes à engrenages font tourner l’hélice plus lentement, ce qui permet d’utiliser des hélices plus grandes et convient aux modèles qui volent plus lentement. Les moteurs qui entraînent ces systèmes varient largement en taille et en puissance et les nouvelles technologies offrent des changements de conception intéressants.

Le moteur électrique standard est celui développé par Mabuchi, l’un des plus grands fabricants de moteurs électriques au monde. Ces moteurs portent des désignations qui sont basées sur la taille physique du moteur – la longueur du moteur en millimètres, multipliée par dix. Deux des tailles les plus populaires sont 38 mm et 54 mm, désignées respectivement par 380 et 540. Souvent, elles sont arrondies et précédées de « SPEED », un nom inventé par Graupner, l’un des plus grands fabricants européens de modèles réduits. Le moteur « 380 » serait alors désigné comme un « SPEED 400 ».

Astro Flight fabrique des moteurs au cobalt spécialement pour les modèles utilisant des aimants en terre rare. Ces moteurs ont une désignation différente qui est basée sur la taille d’un moteur à incandescence de puissance équivalente. Leur Cobalt 05 serait, en théorie, équivalent à un moteur à incandescence de 0,05, ou un ½A typique. Ceci n’est qu’une approximation et doit être pris avec un « grain de sel » Parmi les autres variantes de moteurs électriques, on trouve les « moteurs sans balais » et les « moteurs rotatifs externes sans balais ».

Les moteurs sans balais ont des enroulements qui restent fixes (les fils qui leur envoient du courant peuvent donc être soudés directement) et les aimants tournent avec l’arbre. L’inconvénient de ces moteurs est qu’un contrôleur spécial est nécessaire pour fournir un courant pulsé aux enroulements afin de produire l’induction changeante et donc le mouvement. Les premières versions nécessitaient également des « capteurs » pour détecter la position de l’armature afin d’aider à fournir l’impulsion appropriée. Les versions plus récentes sont capables d’accomplir cela sans capteur supplémentaire et sont appelées moteurs sans balais « sans capteur ».

Les moteurs brushless à rotation externe sont uniques en ce sens que l’ensemble du boîtier extérieur tourne avec l’arbre. Les enroulements sont montés sur un manchon sur une plaque arrière, qui est essentiellement un support de moteur. L’arbre d’entraînement s’insère dans le manchon, est soutenu par des roulements et est fixé, avec les aimants, à la boîte extérieure.

Bien que les moteurs sans balais nécessitent un contrôleur plus complexe, ils ont le grand avantage de ne pas avoir de balais à user, ce qui signifie moins de maintenance et une friction plus faible. Des balais sales et un mauvais contact ne sont jamais un problème.

Batteries

Les batteries ont fait des progrès considérables ces dernières années et continuent d’évoluer, presque tous les mois. La capacité par unité de taille/poids est en constante augmentation, ce qui signifie que vous pouvez obtenir de meilleures performances ou des durées de fonctionnement plus longues pour un pack de même taille que celui que vous utilisiez auparavant.

Votre bloc de batteries fournit l’énergie nécessaire au fonctionnement de votre moteur. Les packs de batteries sont constitués de cellules de batteries et existent dans une large gamme de tailles et de capacités. La tension d’un bloc de batteries dépend du nombre de cellules et du type de cellule. Aujourd’hui, on trouve généralement des packs de batteries avec des cellules de nickel-cadmium (NiCd), des cellules de nickel-métal-hydrure (NiMH) ou des cellules de lithium-polymère (Li-Po). Toutes ces cellules sont rechargeables et ont une durée de vie assez longue, avec de nombreux cycles de charge/décharge.

Les piles NiCd ont été développées par Sanyo en 1963, elles ont été utilisées le plus longtemps pour les modèles réduits d’avions et ont beaucoup évolué depuis leur introduction. Les capacités et les taux de charge se sont considérablement améliorés et les cellules sont disponibles dans une grande variété de tailles. Chaque cellule NiCd a une tension nominale de 1,2 volt et est généralement considérée comme déchargée lorsqu’elle est réduite à 1,1 volt. Certaines variations de NiCd ont la capacité de fournir des taux de courant assez élevés et peuvent être rechargées à un taux élevé. En général, les piles NiCd peuvent être chargées et déchargées plus de 500 fois.

Les piles NiMH ont été développées en 1990 et sont très similaires aux piles NiCd les plus courantes. Une cellule Nickel Metal Hydride a une tension de 1,2V et les formes et tailles des cellules sont similaires aux NiCd. L’une des principales différences entre les cellules NiCd et NiMH est que, pour une cellule de taille comparable, la NiMH aura une capacité plus élevée (le double dans certains cas) et sera un peu plus légère, mais ne pourra pas être chargée ou déchargée à un taux aussi élevé en raison d’une résistance interne plus élevée. C’est un problème pour les applications à forte demande de courant. Les packs NiMH ne peuvent pas fournir autant de courant et conviennent mieux aux modèles où la durée et la légèreté sont des facteurs plus importants que la puissance et la vitesse (le compromis entre performance et durée sera discuté plus tard). Le NiMH, comme les cellules NiCd, peut être chargé et déchargé plus de 500 fois.

Les batteries Li-Po sont les plus récentes dans le domaine du vol électrique et sont très différentes des types mentionnés précédemment. Elles se distinguent par leur capacité élevée et leur légèreté. Les Li-Po ont 3,6 volts par cellule avec une densité d’énergie élevée, ce qui minimise la taille et le poids de la batterie. Elles ne sont pas non plus conditionnées de la même manière que les NiCd ou NiMH, mais sont généralement carrées et plates. Les versions les plus récentes de ces cellules à base de polymère sont également capables de supporter plus de 500 cycles de charge/décharge.

Dans la plupart des cas, le bloc de batteries qui alimente votre moteur alimente également les composants radio montés dans l’avion. Cela permet d’économiser le poids d’un pack séparé. Les composants électroniques embarqués ont une fonction appelée BEC (circuit éliminateur de batterie) qui assure une tension correcte au récepteur et aux servos à partir du bloc de batteries.

Évidemment, vous ne voudriez pas que le bloc-piles soit complètement vidé par l’alimentation du moteur, au point que le récepteur et les servos ne soient plus en mesure de fonctionner. Une protection pour éviter que cela ne se produise est fournie par une fonction de « coupure automatique » dans le contrôle de vitesse. Une fois que le niveau de tension de la batterie est réduit à un certain niveau, cette fonction éteint le moteur, laissant suffisamment d’énergie pour faire fonctionner l’électronique de bord jusqu’à ce que l’avion puisse être plané pour un atterrissage.

Performances et durée

C’est le bon moment pour discuter du compromis entre les performances et la durée. Une batterie donnée contient une certaine quantité d’énergie électrique ou de puissance. Vous pouvez soit tirer une grande quantité d’énergie d’une batterie pendant une courte période, soit tirer une petite quantité d’énergie pendant une longue période. C’est le compromis entre les performances et la durée. Si vous voulez aller vite et avoir toute sorte de puissance de montée, vous allez le faire pendant une courte période de temps. Si vous souhaitez effectuer de longs vols, vous devrez préserver votre puissance. Vous ne pouvez pas avoir le beurre et l’argent du beurre !

Bien sûr, vous pouvez aussi faire un compromis où vous pouvez obtenir des performances modérément chaudes pendant une durée moyenne. Dans tous les cas, l’objectif est d’avoir la configuration la plus efficace possible avec la plus petite quantité d’énergie gaspillée afin que presque tout contribue à vos performances de vol.

Chargeurs

Étant donné que toutes les batteries utilisées pour alimenter les avions électriques sont rechargeables, un chargeur sera nécessaire pour continuer à profiter de ce loisir. Si la vie était simple, il n’y aurait qu’un seul chargeur qui chargerait rapidement et sans surveillance n’importe quel type de pack, qui aurait toutes les fonctions dont vous avez besoin, y compris l’affichage de la capacité de chaque pack, et qui serait vendu pour moins de 20 $… Hélas, la vie n’est pas simple. Il existe une myriade de chargeurs disponibles, chacun avec ses propres caractéristiques, allant du simple au complexe, du bon marché au cher. Le chargeur dont vous avez besoin dépend de nombreux facteurs : le type de cellules que vous chargez, le nombre de cellules dans le pack, la capacité du pack, si vous voulez une fonction de décharge ou de cyclage, si vous chargez sur le terrain ou à partir d’une source CA, et surtout, votre budget.

Certains chargeurs ne peuvent être utilisés que là où il y a une alimentation 110VAC disponible. Ils sont appelés chargeurs AC. D’autres ne sont alimentés que par une source de 12VDC et sont appelés chargeurs DC. Certains ont la capacité de fonctionner à partir des deux sources d’alimentation et sont appelés chargeurs AC/DC.

Les chargeurs CC sont idéaux pour vous permettre de continuer à voler sur le terrain, mais ne seront pas d’une grande aide à la maison pour entretenir vos batteries si vous n’avez pas de source 12VDC. De même, les chargeurs AC sont parfaits pour une utilisation à la maison mais ne vous seront pas d’une grande utilité sur le terrain. Les unités AC/DC sont de bons choix si vous ne voulez acheter qu’un seul chargeur ! Certains chargeurs ne peuvent charger qu’un certain nombre de cellules en utilisant une source d’alimentation de 12 VCC.

Il existe trois types de chargeurs que vous pouvez acheter et de nombreuses variantes de chacun. Il s’agit des chargeurs à taux fixe, des chargeurs temporisés et des chargeurs de pointe. Le chargeur à taux fixe est généralement alimenté en courant alternatif, vous le branchez dans le mur, vous y branchez votre batterie et il se charge à un taux de courant fixe. Ils ont leur place lorsqu’il s’agit de charger à faible taux, mais il faut faire attention car ces chargeurs à taux fixe peuvent surcharger votre batterie. La plupart d’entre eux ne prévoient pas de réduire le courant de charge à un débit lent une fois la batterie complètement chargée, ce qui peut l’endommager.

Les chargeurs temporisés sont généralement des chargeurs basiques à haut débit. Ils sont bon marché et leur conception n’est pas très sophistiquée. Ils peuvent être alimentés en courant alternatif ou continu, ou les deux. Il vous suffit de connecter le chargeur à la source d’alimentation, de fixer votre batterie et de régler le minuteur (généralement 15 à 20 minutes). Le courant de charge est fourni à la batterie jusqu’à la fin de la minuterie, après quoi le chargeur s’éteint tout simplement. Ces chargeurs ne sont pas la meilleure solution dans la plupart des situations. Leur principal avantage est qu’ils sont généralement peu coûteux. Si votre batterie n’est pas complètement déchargée avant d’être chargée avec ces chargeurs temporisés, elle peut être surchargée et endommagée. De plus, vous n’êtes jamais sûr que votre batterie soit complètement chargée.

Les chargeurs de pointe sont la solution idéale, mais là encore, il existe de nombreuses variantes. En général, les chargeurs de pointe sont conçus pour un type de batterie spécifique, par exemple. NiCd, NiMH, ou Li-Po, car le fonctionnement doit être différent pour chacune. Certains chargeurs sont conçus pour traiter plus d’un type. Si l’on prend l’exemple des piles NiCd, le chargeur surveille la tension du pack pendant la charge. Lorsqu’un NiCd est complètement chargé, sa tension cesse d’augmenter et diminue même légèrement. Le chargeur détecte cette baisse de tension et s’arrête automatiquement ou réduit le taux de charge à un taux de charge lent. C’est ce qu’on appelle un « chargeur à détection de crête ».

Les chargeurs à détection de crête présentent de nombreux avantages : Ils sont simples à utiliser – il suffit généralement de connecter la source d’alimentation et la batterie et d’appuyer sur un bouton. Ils ne surchargent pas votre batterie. Ils donnent toujours à votre batterie la charge maximale possible. Les chargeurs de pointe coûtent un peu plus cher, mais ils en valent vraiment la peine ! Ils sont plus simples, plus sûrs et vous permettront généralement d’économiser la différence de coût entre les blocs de batteries ruinés par une surcharge avec les autres types de chargeurs à haut débit.

Lorsque vous choisissez un chargeur, vous devez prendre en compte de nombreux éléments. En voici quelques-uns : Quelle est la source d’alimentation dont vous disposez – CA ou CC ? Quels sont les types de cellules que vous avez ? Combien de cellules y a-t-il dans les packs que vous chargez ? A quelle vitesse devez-vous charger ces packs ?

Si vous utilisez autre chose qu’un chargeur de nuit ou un chargeur d’appoint, assurez-vous que le chargeur est surveillé en cas de problème. Les chargeurs à haut débit ont toujours le potentiel de surchauffer un pack, ou pire, et quelqu’un doit toujours être présent pour intervenir si un problème survient.

Équipement radio

Certains aéronefs électriques peuvent utiliser le même équipement radio que celui normalement utilisé pour les aéronefs à moteur à combustion, tandis que d’autres nécessitent un équipement avec des composants plus petits. Les récepteurs et les servos sont maintenant disponibles dans des tailles incroyablement petites et cela a contribué à la popularité du vol électrique en intérieur où la taille et le poids sont critiques.

Les principaux composants aéroportés d’un système radio standard sont le récepteur, un servo pour chaque fonction de contrôle, un pack de batteries et un faisceau de commutateurs pour contrôler l’alimentation des composants. Pour les modèles électriques, un régulateur de vitesse électronique est nécessaire et remplace un servo pour contrôler l’accélérateur du moteur. Comme mentionné précédemment, un circuit d’élimination de la batterie (BEC) est généralement utilisé pour que l’alimentation puisse être obtenue à partir de la batterie alimentant le moteur, éliminant ainsi le besoin d’un pack séparé pour alimenter la radio.

La taille de l’avion et la puissance requise pour exécuter une fonction spécifique détermineront la taille des servos nécessaires – les servos plus grands ont plus de couple. Il en va de même pour le régulateur de vitesse : plus le moteur est gros et plus il nécessite de courant, plus le régulateur de vitesse doit être gros et capable de transporter du courant.

La taille des récepteurs varie en fonction du nombre de canaux (fonctions) qu’ils peuvent gérer – les récepteurs à 7 canaux sont généralement plus grands que les unités à 4 canaux. En outre, certains récepteurs ont été rendus plus petits en ayant une portée limitée. Les modèles d’intérieur n’ont pas besoin d’une longue portée, car le modèle se trouve rarement à plus de 30 mètres de la personne qui le pilote. Les récepteurs utilisés strictement dans ce but peuvent être plus petits, plus légers et fonctionner parfaitement à cette distance. Il convient toutefois de noter que ces récepteurs ne doivent pas être utilisés à l’extérieur où le modèle vole à une certaine distance, et qu’ils ne doivent absolument pas être utilisés avec des avions à moteur à combustion, car la portée peut rapidement être perdue, mettant en danger à la fois l’avion, les personnes et les biens à proximité.

Les régulateurs de vitesse électroniques sont également disponibles dans une variété de tailles et de capacités de puissance. Certains sont si petits qu’ils semblent n’être qu’une « interruption » dans le fil reliant le récepteur au moteur ! Ils conviennent généralement aux modèles les plus petits et les plus légers, nécessitant une puissance minimale. Plus la capacité de puissance du contrôleur de moteur est grande, plus il sera grand physiquement.

Les régulateurs de vitesse peuvent être dotés de nombreuses fonctions supplémentaires, notamment : BEC intégré (comme décrit précédemment), coupure automatique (également décrite précédemment), armement sûr à la mise sous tension qui garantit que le moteur ne s’allumera pas accidentellement, démarrage progressif, arrêt automatique en cas de perte de signal, etc. Les moteurs sans balais nécessitent des contrôles de vitesse différents de ceux des moteurs à balais.


Voir aussi :
  • Planeurs radiocommandés : Guide du débutant