Les hélices d'un drone multirotor se conçoivent à partir du nombre d'hélices, de leur disposition (simple étage ou contrarotatives) et de la charge à porter. Heliciel les modélise en 3D dans une interface dédiée aux multirotors et aux multicopters, qui simule la poussée, la puissance consommée et la vitesse de transport, puis exporte les pales pour la fabrication (STL pour l'impression 3D, IGES pour l'usinage).

Au sommaire :

• Concevoir et optimiser les hélices d'un drone multirotor
• Hélices de VTOL, de drone taxi et de drone de prise de vue
• Calcul des performances et export 3D des hélices de drone
• Paramètres d'un projet multirotor : configuration, châssis, modules
• Vidéo et cas pratiques calculés

1 : Concevoir et optimiser les hélices d'un drone multirotor

Un multirotor, ou multicopter, est un engin volant à plus de deux rotors générateurs de portance. La conception des hélices de multirotor, selon leur nombre et selon qu'elles soient contrarotatives ou non, est intégrée au logiciel de conception d'hélices Heliciel, dans une interface dédiée à la modélisation des multirotors.

Un octocoptère à hélices contrarotatives dans la fenêtre multirotor d'Heliciel : vue 3D du drone, graphiques de traînée, de poussée, de puissance et de rendement en bas.

La maîtrise de la conception des hélices de drones est essentielle pour les amateurs comme pour les professionnels, qui adaptent les hélices de leur drone multirotor à leurs projets. Les pilotes de FPV qui fabriquent leur propre hélice de drone sur mesure, comme les fabricants de drones professionnels qui veulent optimiser leurs drones industriels avec des hélices spécifiques, doivent maîtriser la fabrication des hélices de drones multirotors pour obtenir des performances de vol et une autonomie respectables.

2 : Hélices de VTOL, de drone taxi et de drone de prise de vue

Les projets d'engins à décollage vertical (VTOL), de drones taxis, de quadricoptères ou d'octocoptères servent à la prise de vue, au transport de colis, aux mesures géographiques, à l'archéologie et à bien d'autres applications.

Un drone taxi (Airbus) dont les hélices changent de configuration entre le décollage vertical et le vol horizontal.

Un aperçu de la variété des projets d'engins à décollage vertical (eVTOL).

Exemple : huit hélices contrarotatives équipent ce drone FPV personnalisé, qui porte une caméra cinéma pour des reportages sportifs (compétitions de ski, courses automobiles) exigeant autonomie et puissance. Il est réalisé par thecompagnie.eu.

3 : Calcul des performances et export 3D des hélices de drone

Une paire d'hélices contrarotatives dans l'outil multirotor : la vue 3D montre les deux hélices et le sillage, les graphiques donnent forces, puissances et rendements.

L'outil de conception des hélices de multirotors d'Heliciel possède des fonctions de test de charge et de calcul des vitesses maximales de transport, selon les régimes de rotation et les caractéristiques des hélices. La forme des pales, les profils, les dimensions des cordes et des diamètres, la forme de la génératrice se règlent aussi dans l'interface de conception d'hélice d'Heliciel, qui reste active en parallèle de l'outil multirotor.

La simulation de la puissance consommée et de la portance engendrée à divers angles de déplacement horizontal permet d'exporter la géométrie des hélices au format 3D STL ou IGES. Nous avons retenu ces deux formats pour des raisons distinctes : le STL est d'un usage facile dans les imprimantes 3D, et l'IGES lisse bien les vrillages de surface des pales, ce qui sert les projets aéronautiques à forte précision d'usinage.

Un quadricoptère à hélices carénées : les graphiques du bas donnent la traînée (bras, châssis, modules, carénages) à 22 m/s, les forces de poussée, les puissances et les rendements.

4 : Paramètres d'un projet multirotor : configuration, châssis, modules

Les paramètres des projets multirotors sont nombreux et permettent une grande variété de configurations : avec ou sans anneau de bout de pale (hélices carénées, ducted propellers), en simple étage ou contrarotatives, avec une distance axiale réglable entre les hélices. Nous paramétrons aussi le nombre de bras porteurs d'hélices, leur largeur, les dimensions du châssis de base (frame) et des modules embarqués. Ces réglages influent sur la traînée, donc sur les performances énergétiques et sur la capacité de transport du système de rotors modélisé.

L'onglet des paramètres du châssis : bras, châssis de base, modules embarqués (caméra, batterie, électronique) avec leurs dimensions et leur masse.

Cette interface d'optimisation des hélices pour un projet précis est une aide précieuse pour concevoir les hélices de VTOL, de drones de prise de vue, de transport de caméra, de mesure, de colis, de taxis ou de prototypes dont les hélices doivent offrir des performances optimales.

5 : Vidéo et cas pratiques calculés

Voici le didacticiel vidéo de l'interface de conception d'hélices de drones ou de multirotors du logiciel Heliciel :

Cas pratiques calculés avec Heliciel, pas à pas, avec les captures du logiciel :

• Quadri de prise de vue 450 mm : bilan de masse, poussée, nacelle caméra, vol incliné, lecture des graphiques ;
• Porter 1 kg : hexa ou X8 coaxial : réserve de poussée, puissance, hélices coaxiales, carénage ;
• Hélice contrarotative d'ULM : distance entre hélices, régime aval, couples, exports.

Pour aller plus loin, nous pouvons voir les fonctions de projet multirotor et VTOL et de paire d'hélices contrarotatives.