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Pierre Guinault, 03/27/2013 10:13 AM


Aspect physique

Définitions utiles dans le domaine du quadricoptère :

  • Angle de calage : angle entre la corde et le plan de rotation de l'hélice
  • Traînée : résistance de l'air sur l'hélice sur une hélice en rotation.
  • Vitesse induite : vitesse communiquée à la molécule d'air lors de son passage au travers du disque rotor.

Effet à prendre en compte pour le vol d'un drone.

Cette partie relate des contraintes de l'environnement extérieur au drone et qui agisse dessus.

  • L'effet de couple : Du fait que le l'hélice tourne dans un sens, le moteur tend à tourner dans le sens opposé en raison de la traînée induite par les pales. Il en résulte une légère inclinaison du moteur concerné. L'effet de couple dépend de la masse du l'hélice, de son pas, de son diamètre et de son régime, mais aussi et surtout à la puissance disponible : plus la puissance est grande, plus l'effet de couple est grand.
    L'inclinaison de l'axe du moteur en dû à l'effet de couple dépend de la résistance qui lui est opposé. Pour réduire cet effet, on peut appliquer deux types de « contre-mesures » :
    - les mesures passives qui ont lieu lors de la conception.
    - les mesures actives qui sont celle que l'on peut induire durant le vol (comme le report de poids d'un côté ou de l'autre, un réglage asymétrique du Trim, une réduction de poussée...).
  • La précession gyroscopique : Une hélice qui tourne agit comme un gyroscope, qui initialement tend à résister à toute force qui pourrait lui faire changer d'axe de rotation.


F la force instantanée appliquée au système en rotation, et R la résultante à 90 degrés dans le sens de rotation que le système va réellement "ressentir".

  • La poussée asymétrique des pales : celle-ci a trois facteurs qui sont :
    - Elle se manifeste lorsque l'hélice n'est pas dans le plan horizontal, chacune des pales lorsqu'elle descend est entraînée vers l'avant, et lorsqu'elle monte vers l'arrière (phénomène dû bien entendu à la force de pesanteur).
    D'où en descente : vitesse air = vitesse sol + vitesse de rotation + vitesse d'entraînement.
    Et en montée : vitesse air = vitesse sol + vitesse de rotation – vitesse d'entraînement.

    Le poids de la pale P vient dans un cas s'additionner à la trainé f, et dans l'autre cas s'en soustraire. Il y a donc asymétrie dès lors que le drone n'est pas à l'horizontal.
    - Du fait de l'inclinaison du moteur, l'angle d'attaque de chaque pale est plus élevé dans la phase de descente que dans la phase de montée. Cela provoque plus de poussée d'un côté de l'hélice que de l'autre.
    - Les deux facteurs précédents induisent le fait que le côté où la pale descend est exposée à un flux d'air dit « propre » alors que l'autre subit un masquage aggravant. Cela provoque une poussée accrue du coté de descente, et réduit de l'autre, ce qui s'ajoute encore aux facteurs précédents, et on a donc une boucle.

A noter que la principale différence entre la précession gyroscopique et la poussée asymétrique des pales est que la première est une force momentanée qui disparaît dès le prochain changement d'assiette ; alors que la seconde est à peu de chose près permanente, de sorte que la direction réelle de l'appareil est toujours décalée par rapport à la direction souhaitée.

Il est également intéressant de noter que la poussée asymétrique des pales et la précession gyroscopique sont rapidement contrariées par une réduction de puissance et par l'évitement de changement d'assiette trop brut.

Analyse mécanique

Afin de déterminer quelles sont les contraintes internes au quadricoptère, il nous a fallu réaliser une analyse mécanique, et déterminer, si ces contraintes engendrent des problèmes, si une approche mécanique (classique) pouvait les paliers.

Dernière mise à jour : 24/03/2013 22h02
Auteur : Benjamin RIVRAY

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