Projet multirotor et VTOL : dimensionner l'engin complet

Une hélice de drone se calcule très bien seule — Heliciel le fait dans son interface principale. Mais un multirotor n'est pas une hélice : c'est quatre, six ou huit rotors portant une structure qui a sa propre masse et sa propre traînée, et qui s'incline pour avancer. Le projet multirotor traite cet ensemble.

• Prérequis : un projet d'hélice propulsive air ouvert — c'est lui qui fournit la pale des rotors ;
• Ce que vous en tirez : un bilan de masse, une poussée disponible, une vitesse horizontale maximale et l'angle d'inclinaison qui la donne.

• Déroulé du didacticiel :

1. Ouvrir le projet multirotor
2. Type de projet et nombre de bras
3. La géométrie des hélices
4. Le châssis : base, bras, moteurs, charges
5. Les modules embarqués
6. L'angle d'inclinaison et la vitesse maximale
7. Lire les forces sur la vue 3D

1 : Ouvrir le projet multirotor

Menu Fichier > Multi Rotors project. La fenêtre reprend l'hélice du projet en cours : tout ce que vous avez conçu côté pale — profils, cordes, vrillage — devient la pale des rotors.

L'entrée de menu

2 : Type de projet et nombre de bras

L'onglet Projet Multi-Rotor porte le choix de la famille de projet et le nombre de bras. Quadricoptère, hexacoptère, octocoptère : le nombre de rotors change la poussée disponible, la masse de structure et la redondance, pas la façon dont la pale est calculée.

Le type de projet et le nombre de bras

3 : La géométrie des hélices

Onglet Géométrie Hélices : diamètre, nombre de pales, régime. C'est ici que se règle le compromis classique du multirotor — un grand rotor lent porte mieux qu'un petit rotor rapide, mais il encombre et il réagit moins vite.

La géométrie des rotors

4 : Le châssis — base, bras, moteurs, charges

Onglet Paramètres châssis. Quatre groupes, et chacun pèse :

• Base du châssis : la platine centrale ;
• Géométrie des bras : longueur et section — ils fixent l'écartement des rotors et apportent leur traînée ;
• Moteurs : constante KV, nombre d'éléments de batterie, poids des moteurs ;
• Charges du châssis : le poids bras + châssis, tenu à jour à mesure que vous construisez.

Le châssis se décrit, et sa masse se compte

5 : Les modules embarqués

Un module est une masse que l'engin doit porter : batterie, calculateur, nacelle, colis. Vous l'ajoutez, vous le nommez, vous lui donnez sa masse et une couleur pour le repérer sur la vue 3D. La somme des modules et de la structure est ce que les rotors doivent soulever : c'est le cahier des charges réel du dimensionnement.

Les modules embarqués et le bilan de masse

6 : L'angle d'inclinaison et la vitesse maximale

Un multirotor avance en s'inclinant : une partie de la poussée sert alors à vaincre la traînée, l'autre à soutenir la masse. Le groupe Tests angle inclinaison châssis traite exactement ce partage. Deux commandes :

• Vitesse horizontale max à angle 0° : le cas de référence, châssis à plat ;
• Trouver angle vitesse horizontale max : Heliciel balaie les angles et retient celui qui donne la plus grande vitesse horizontale, en affichant les projections horizontale et verticale de la vitesse.

Le balayage d'angles : ce que l'inclinaison rapporte, et ce qu'elle coûte

7 : Lire les forces sur la vue 3D

L'onglet Vue sert autant au contrôle qu'à l'illustration : vecteurs de forces à l'échelle réglable, vitesses induites, particules d'écoulement amont et aval, vitesse de rotation de l'animation. C'est l'image à mettre dans un dossier, et c'est aussi le moyen le plus rapide de voir qu'un rotor travaille dans le sillage d'un autre.

Forces et écoulement sur l'engin complet

Le résultat : masses portées, poussée, vitesse maximale

Pour aller plus loin : le didacticiel d'hélice de drone (la pale seule), le projet contrarotatif, et la page de présentation des hélices de drones VTOL.

Complément : le cas concret hélice drone CFD simule une hélice de multirotor en vol stationnaire dans le banc PRO CFD, images de pression et de jet à l'appui.