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Sujet Bi-Rotors - Co Axial - Pas Fixe - Pas Collectif - Quads - 3D

 

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MasterXela
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Message Posté le: 11 Jan 2012, 23:38    Sujet du message: Bi-Rotors - Co Axial - Pas Fixe - Pas Collectif - Quads - 3D Répondre en citant

Voici une vulgarisation rapide avec des schémas explicites pour appréhender/comprendre les principes de nos hélis RC + les 4 types répartis par niveau de pilotage :




Débutants :

Bi-Rotor (CoAxial - Bi) :

Avec deux rotors de sustentation coaxiaux (dans le même axe). Ces hélicoptères sont particulièrement destinés à l'apprentissage du pilotage d'hélicoptère radiocommandé : ils sont plus stables et plus simples à contrôler que les autres types hélicoptères. Historiquement, les configurations bi-rotors sont apparues avant les configurations à un seul rotor car le principe du rotor Anti-Couple est apparu plus tardivement, mais l'Anti-Couple s'est répandu sur les machines modernes car il est mécaniquement plus simple et moins couteux. Existent aussi en réel, par exemple le Kamov Ka-50 !!
Ils possèdent deux rotors superposés tournant en sens inverse (contrarotatifs), l'effet recherché est d'annuler le couple renvoyé par un rotor tournant vers le fuselage de la machine, et qu'il faut compenser, sans quoi un hélicoptère tournerait en permanence sur son axe de lacet en vol. Par contre, ils ne possèdent pas de rotor de queue (rotor AntiCouple) car inutile = birotors contrarotatifs.
Intéressant : sans sollicitation de commande autre que les gaz l'hélicoptère vient se "pendre" à l'horizontal sous ses rotors => retour en stationnaire.
Montées/Descentes : via augmentations/diminutions égales des régimes des deux rotors.
Rotations/Pirouettes : le rotor inférieur tourne plus/moins vite que le rotor supérieur => différence de couple, rotation autour de l'axe central.
Translations : hélis 4ch classiques = via plateau cyclique et rotor inférieur : cyclique longitudinal (AV/ARR), cyclique latéral (translations gauche/droite). 3ch : n'ayant pas de plateau cyclique les rotors sont fixes et ne gèrent que les montées/descentes + rotations/pirouettes, les translations AV/ARR sont alors réalisées par un rotor de queue (qui n'est pas un A/C car monté horizontalement).
Barre de Bell : attachée au rotor supérieur elle permet de le maintenir horizontal en créant un horizon artificiel, elle n'est pas du tout attachée au plateau cyclique mais uniquement au rotor supérieur.
Leur domaine d’évolution : cela reste le vol en intérieur ou en extérieur sans vent, effectivement quelque soit leur taille, les Bi-Rotors ne supporteront jamais le vent.






Fleche Fleche Il existe aussi les tandems : Ces modèles possèdent deux rotors de sustentation en tandem (l'un derrière l'autre). Ce système dans lequel les rotors tournent en sens inverse permet d'annuler le couple de réaction du rotor sur la cellule. Existe aussi des tandems bi-rotors ...




Intermédiaires mono rotor sans variation de pas :

Monorotor à Pas Fixe (FP) :

Ou " Fixed Pitch ", on dit d’une hélice qu’elle a un Pas Fixe (Pas = incidence des pales = angle des pales = modifications de portance) lorsque ses pales sont fixes : elles ne peuvent pas changer d’inclinaison. Néanmoins le pas cyclique existe toujours pour contrôler le roulis et le tangage via le plateau cyclique. Les pales sont assez souples et ne craignent pas de toucher le sol. Hélicoptères monorotors qui nécessitent une hélice AntiCouple en bout de queue, c'est celle-ci qui contre le rotor principal pour éviter la rotation de l'héli et permet les pirouettes/rotations axe horizontal (voir schéma en bas du post). C’est le régime du rotor principal qui sert à faire monter ou descendre le modèle.
Ici, on se rapproche du concept d’une machine grandeur réelle par la disposition des rotors. Ces appareils sont plus vifs et plus polyvalents.
Leur domaine d’évolution : bien entendu en intérieur et on peut sur certains modèles envisager le vol extérieur avec vent faible (Attention toutefois si le vent monte, il peut s’engouffrer dans les pales et le seul moyen de faire redescendre la machine est de réduire fortement le régime du rotor au détriment de la stabilité).





Intermédiaires multi rotors :

Quadrotor (quadcoptère/quadricoptère) :

En tournant, les hélices du quadricoptère créent une force de sustentation qui lui permet de décoller puis de voler.
Les rotors sont répartis en deux "groupes" en diagonale et leurs moteurs tournent par paire dans le même sens => les hélices fixées sur des bras opposées tournent dans le sens horaire et les 2 autres dans le sens antihoraire. Cela permet d’annuler le couple induit par l’effort de chaque moteur pour faire tourner ses hélices. On notera que deux types de configurations de quads existent : en "x" ou en "+".
Les mouvements sont uniquement obtenus par variation de la vitesse des hélices de manière synchronisée ou non selon les mouvements et l’orientation de l’engin souhaité.
Par exemple en configuration "x" : une montée/prise d'altitude = montée en puissance synchronisée de tous les moteurs; pour avancer les deux moteurs arrières vont monter en puissance par rapport aux moteurs avants; pour les translations latérales ça sera les deux moteurs du côté la direction voulue qui vont ralentir; et enfin les rotations/pirouettes sont obtenues en décélérant/accélérant les paires de moteurs tournant dans le même sens.
L'électronique de ce type d'engins est donc simplifiée par rapport aux hélicoptères classiques puisqu'il suffit de gérer les vitesses des moteurs, sans parler qu'ils nécessitent de la part des fabricants une technicité moindre car il y a peu de pièces et pas de mécanique.
Selon leur stabilité, certains de ces appareils peuvent être envisagés directement après des bi-rotors, mais une expérience mono-rotor est toutefois souhaitable d'autant qu'une bonne partie sont sans électronique d'auto stabilisation (retour à l'horizontal) et sont quasiment en constant déséquilibre type CP ou FP FBL.
Leur domaine d’évolution : ces machines relativement robustes sont particulièrement à la mode et offrent de bonnes sensations tant en intérieur qu'en extérieur où elles sont à l'aise même avec des vents soutenus.





Experts mono rotor avec variation de Pas :

Monorotor à Pas Collectif (CP), le seul type permettant le vol 3D :

Ou aussi "Collective Pitch" ou "Pas Variable". On retrouve la configuration du « Pas Fixe » (rotor principal assisté d’un Anti-Couple) à la différence que l’incidence/inclinaison des pales du rotor est variable pour pouvoir monter ou descendre. Un Pas Collectif permet de maintenir des régimes moteurs constants (minimum ou maximum via modes "idle up/throttle hold") mais aussi toujours variables en mode de vol "normal". Ils nécessitent 6 voies pour être pilotés : les 4 "classiques" + celle du Pas variable + une pour la gestion du gyro, càd 3 voies pour le cyclique, 2 voies pour l'A/C et une pour les gaz. L'AntiCouple peut aussi être à Pas variable, c'est le cas lorsqu'il est entraîné par le moteur principal. Les pales sont plates et très rigides. Ces modèles sont donc, très polyvalents et sont capables de prouesses extrêmes en vol comme le vol 3D, vol sur le dos (inverted/reverse), loopings mais ne pardonnent pas les erreurs de pilotage …
Plus stables que les FPs, la contre partie est leur fragilité en cas de crash, et comme vous serez tenté de pousser les limites : ils surviendront. De plus, les pièces sur ces hélis sont très onéreuses.
Ils ont besoin de plus de voies pour aborder la 3D avec entre autre un servo de plus pour gérer le Pas (en fait pas/incidence = montée ou descente de l'ensemble du plateau cyclique), les modes de vol "idle up/throttle hold" (permet le maintient d'un régime moteur en ayant une action sur les Pas pour figures l'hélico retourné), le "gyro" pour passer du mode normal au mode HL (Head Lock) et de boutons comme les "throttle cut" (coupure gaz).
Ils sont aussi choisis comme plateforme par les amateurs de "scales" (reproductions de modèles réels) de part leur réalisme en vol et en statique (car en plus d'être monorotor+A/C, ils souvent sont aussi FlyBarLess), on parle alors de vol "maquette".
Attention : les CPs ont une voilure tournante très rapide (bien plus que les FP env. 3-4x plus rapide) avec des pales plus rigides : ils sont donc dangereux, attention aux blessures ... De bons entraînements au simu sont donc vivement conseillés.
Leur domaine d’évolution : permet un vol en extérieur même par bonne brise puisque pour faire redescendre la machine on pourra conserver un régime moteur correct (donc une bonne stabilité) et faire varier l’incidence en Pas négatif. Voir plus bas pour mieux comprendre les Pas.






Autres notions :


Les canaux : déterminent en fait les commandes sur les manches possibles qui seront répercutées à votre récepteur. Un hélicoptère qui peut aller librement dans toutes les directions a minimum 4 canaux (comme dans la réalité). La notion de canaux est intéressante car elle permet aussi de dissocier le monde du modélisme (4 canaux et plus) du monde du jouet moins qualitatif (2/3 et 4 canaux sans cycliques 3D ou de type quads). Car effectivement, pour obtenir des mouvements dans toutes les directions (hors quads) il faut obligatoirement un plateau cyclique, et donc de la mécanique de précision (bielles/servos/rotules/plateau/réglages/mise au point précise/...) alors que les faux 4 canaux (avec moteurs sur les côtés pour translations latérales), les 3 canaux ou les quads effectuent tous leurs mouvements via des moteurs et des variations de vitesses de ceux-ci, la technicité est donc bien moindre ce qui explique un coût moins élevé. Et les 6 canaux ?? Et bien ce sont les CPs qui nécessitent une voie de plus pour le Pas Variable et une autre pour la gestion du gyro.





Les classes : les hélis RC sont a peu près "classés" par tailles ou cubages de leurs moteurs. Il faut savoir qu'il n'y a pas de norme et donc que c'est un peu l'anarchie ... Plus d'infos ici.



Les mesures : sur l'ensemble de nos fiches nous restons très dépendants de ce qu'indiquent les fabricants, et souvent il y a des différences notables entre leurs fiches et la réalité ... Toujours est-il que voici ce que représentent les informations fournies :




Le CG - Centre de Gravité : à nos échelles et surtout en hélicoptères c'est une notion très importante. Concept de base : quand vous achetez votre hélicoptère le Centre de Gravité est optimisé et la notice vous indique comment éventuellement placer vos batteries et quelles batteries utiliser pour qu'il soit conservé. Ce CG est l'équilibrage des masses de l'ensemble de votre héli autour de son rotor principal, on est presque dans de l'horlogerie de précision, il faut savoir que nos hélis ne pèsent que quelques grammes !! Un bon CG permet l'exécution de tous les mouvements avec une bonne amplitude, un décollage propre, une position en l'air droite (hors décalages physiques par ex. dus aux A/C), et traduit le comportement voulu/développé par la marque. Quelques grammes donc, votre CG est sensible et peut être affecté par une multitude de paramètres : ajouts/retraits de poids, mise en place des lipos pas aux endroits prévus, utilisation de lipos plus longues/lourds/légères, modifications/tunnings, allongements de tube de queue, changement de fuselage, ... Certaines modifications seront invisibles, d'autres rattrapables avec des réglages hardwares ou trims/subtrims, d'autres enfin devront être rectifiées par lestage avec tout ce que ça induit (inertie plus importante, autonomie en baisse, usure moteurs, ...). Dans quasiment tous les cas une modification de votre CG assez importante pour que vous ayez à rerégler votre héli influencera aussi sur le vol (statios, courbes/virages, amplitude certains mouvements, position en vol, décollages, ...) et autant les hélis non destinés à la 3D cela n'aura pas forcément beaucoup de conséquences, mais sur de la 3D hardcore cela influencera directement certaines figures.




Gyro - Gyroscope (du grec « qui observe la rotation » = capteur de position angulaire) : électronique embarquée ayant pour but le maintient du fuselage de l'hélicoptère droit en contrant l'effet gyroscopique du rotor. Gère automatiquement l'axe du lacet (et que celui-ci) = l'alignement de la queue sans intervention de notre part en nous permettant de reprendre la main sur cette commande pour les pirouettes/rotations horizontales.
Un gyro normal / en mode "normal" ne gère que le maintient de la position de l'hélicoptère suivant le régime moteur du rotor principal en prenant en compte le fuselage, le tout en jouant sur la vitesse de l'AC ou sur les régimes moteurs en bi-rotor => les paramètres extérieurs tels que le vent ne sont pas pris en compte.
Un gyro en mode "conservateur de cap" / "HL" (Heal Lock) lui maintient le cap selon les régimes du rotor principal et selon les éléments extérieurs, cad gomme aussi impact du vent sur le fuselage.
Le gyroscope est-il indispensable ? Et bien, disons qu'il est possible de s'en passer et même d'apprendre à piloter sans lui; néanmoins le coût des réparations auquel vous devrez faire face pour ne pas l'avoir utilisé sera dix fois supérieur à son prix; surtout que tous les hélicoptères modernes en intègrent, alors ...
Une histoire d'Axes (les femmes en raffolent !!) : un gyro ne peut enregistrer que des mesures de rotations sur les 3 axes dimensionnels ! Quand on parle de gyros "6 axes" cela signifie qu'on enregistre 6 mesures : les positions sur les 3 axes du gyro + via un accéléromètre 3 axes, les points correspondants aux accélérations/déplacements. Un gyro 6 axes apportera plus de stabilité, il pourra avoir des fonctions d'assistance au vol en créant un horizon artificiel (à la façon d'une Barre de Bell) comme des retours à l'horizontal, et un 3 axes apportera plus de réactivité sans mouvements non souhaités.




La Barre de Bell : barre sur laquelle sont placés des poids (Barre de Bell tout court) ou des ailerons/ailettes/palettes (Barres de Hiler / Bell-Hiler). Les poids ou palettes "lourdes" jouent le rôle de stabilisateurs permettant de diriger l’hélico, cette barre traverse la tête du rotor (le moyeu).
Les ailerons/palettes existent sur les FP et CP (pales de Hiller) et servent à transmettre les ordres du plateau cyclique mais n’existent pas sur les birotors qui eux ont des poids (pour augmenter effet gyroscopique).

Fleche Du nom de Monsieur Bell qui l'a inventée, la Barre de Bell est utilisée sur des hélicoptères réels bipales fabriqués par Bell (racheté par Boeing) à rotor semi-rigide (les deux pales sont articulées comme un balancier comme sur nos hélicos "birotors").
La Barre de "Bell" (il n'y a pas de palettes mais des masses à l'extrémité) sert uniquement de stabilisateur puisqu'elle fait le gyroscope (toujours tendance à conserver son orientation dans l'univers) : elle reste dans un plan horizontal alors que le mat rotor bascule quand l'assiette de l'hélico change. Son plan de rotation rechigne donc à basculer sous l'influence de quoi que ce soit et cherche toujours à revenir dans le plan horizontal ce qui constitue "l'horizon artificiel" du modèle réduit.

Fleche Une grande partie de nos hélicos RC ont une barre de "Bell-Hiller" puisque c'est Monsieur Hiller qui a inventé la commande de Pas par l'intermédiaire de palettes légères et profilées; la BdB Hiller allie les deux principes avec des palettes "lourdes". Ça permet d'utiliser la portance aérodynamique des palettes pour commander à moindre effort le pas cyclique du rotor principal. La Barre de Bell Hiller permet en fait de commander les pales principales du rotor par des intermédiaires ce qui évite les réactions brusques et sollicite moins les servos => action sur le plateau cyclique fait varier la BdB Hiller => va entraîner les pales. La réaction entre le mouvement du cyclique et l'inclinaison du rotor est en décalage du fait de cette mécanique et de la précession gyroscopique. A terme, elles permettent aussi de créer un horizon artificiel grâce à leur poids en cherchant à revenir dans le plan horizontal.
Les barres/pales de Hiller (tout court) avec uniquement des palettes "légères et profilées" ne servent qu'à adoucir les commandes et moins solliciter les servos en servant d'intermédiaires entre le plateau cyclique et les pales principales.

Ceux qui montent des rotors sans Barre de Bell-Hiller sur leur hélico RC doivent mettre une électronique de stabilisation et augmenter la puissance des servos de cyclique qui commandent +/- directement le Pas, voir ci-dessous FlyBarLess.




FlyBarLess (FBL) : système d’assistance de navigation électronique pour hélicoptère RC. Ce système remplace électroniquement les Barre de Bell/Hiller/Bell-Hiller. Il compense l’énergie de rotation du rotor (longitudinale et latéral) et agit comme un gyro de queue mais cette fois-ci sur les 3 axes : il faut que l'hélicoptère reste sur l'axe de la dernière position envoyée par l'émetteur. Ce système impose d’installer des servos puissants puisque l’attaque des pieds de pales est directe. Des gyroscopes spécifiques sont alors prévus pour compenser le manque de stabilité sur les deux axes du cyclique dont des accéléromètres.
Ce procédé présente des avantages indéniables : insensibilité de la machine au vent (comme le fait un gyroscope à conservation de cap HL sur l’axe de lacet mais ici sur tous les axes), simplification de la mécanique (bien moins de pièces mais plus d'électro), réaction plus rapide aux commandes (plus d'intermédiaires), aspect plus réaliste et possibilité de piloter bien plus aisément les maquettes. Par contre attention, ils sont donc plus réactifs, moins stables et ils n'ont pas toujours d'horizon artificiel, cad qu'ils seront neutres dans les 3 axes, cad qu'ils garderont la position où ils sont, à vous de palier à l'absence de BdB !



Pas : Le "pas" ou "incidence" ou encore "pitch" (à ne pas confondre avec l'axe de pitch = axe de tangage) correspond à l'angle formé par la pale avec l'horizontal. Quand cet angle augmente, la portance augmente également et l’hélicoptère monte. Et inversement. A noter que dès que le pas n'est plus nul des frottements se mettent à créer des turbulences et des trainées ce qui entraîne à régime moteur égal une perte de vitesse du rotor, ce qui explique que sur les CPs les courbes de pas sont intimement liées aux courbes de gaz pour ré-accélérer le moteur lors de ces prises de frottements.
Vidéo modification pas héli CP.




Plateau cyclique : élément essentiel permettant de piloter un hélicoptère. Il permet de transmettre aux pales du rotor principal les ordres de pilotage (sollicitations) donnés par le pilote au moyen des leviers de commande (collectif et cyclique) qui jouent le rôle de "tampons". Le plateau cyclique est placé sur l'axe de rotor mais libre dans ses mouvements, relié aux servos par des biellettes, le plateau cyclique peut effectuer des mouvements pour permettre à l'hélico d'effectuer des translations longitudinales et latérales.
Selon les modèles l’inclinaison du plateau cyclique contrôle l’inclinaison de la Barre de Bell Hiller (qui répercutera sur les pales du rotor) ou directement l’inclinaison des pales rotor. Sur les CPs le plateau cyclique, en montant ou descendant, variera aussi l'inclinaison en elle-même des pales. Une notion de "cervelle" : alors un hélicoptère classique pour ses mouvements dans toutes les directions nécessite un plateau cyclique relié à 2 servos; un CP de part sa possibilité de variation de pas en possède un de plus pour varier la hauteur du plateau; enfin il existe aussi des plateaux cycliques guidés par 4 servos, mais la aucune nouvelle fonctionnalité juste un allégement de la charge des servos.
Un décalage entre l'inclinaison de votre plateau cyclique et l'ordre donné via votre radio ?? Normal, là la précession gyroscopique entre en jeu, plus d'infos ici.
Vidéos de plateaux cycliques :
- Cyclique 2 servos bi-rotor VS 3 servos CP FBL,
- Cyclique 2 servos FP avec BdB Hiller,
- Cyclique de CP 3 servos FBL avec modification des pas.





Radios : un glossaire et dégrossissement des principales fonctions qu'on retrouve sur les radios programmables + explications D/R, Expo, Trims/Subtrims, courbes, ... ici.



Axe de tangage = profondeur = longitudinal = faire cabrer ou piquer l'hélico ou l'avion = translations AV/ARR.
Axe de lacet = dérive = anticouple = faire tourner l'hélico sur lui même horizontalement (pirouette) à gauche ou à droite.
Axe de roulis = ailerons = latéral = incliner l'hélico ou l'avion à gauche ou à droite = translations latérales.




Effet de sol = turbulences parasites avec emprises jusqu'à 1m-1.5m de hauteur :






*Le rotor AntiCouple ou les rotors contrarotatifs sont les dispositifs destinés à empêcher l'hélicoptère de tourner en sens inverse du rotor principal.
Dans le schéma ci-dessus la variation de l'effort de traction de l'AntiCouple est obtenue par variation de vitesse de rotation du rotor d'A/C sur les A/C de type "classique" ; et par variation du Pas du rotor d'A/C sur les A/C de type Pas variable.




Sources MM + Wiki + Heli4 + modelisme.com + Google


MàJ : 07/13


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