Construction planeur ULM électrique

Planeurs électriques ou Hydravions ou autre
Règles du forum

Si votre sujet consiste en une recherche d'informations, formulez un titre sous le mode interrogatif.
Ceci est un lien cliquable :
Donnez des titres compréhensibles et précis à vos sujets !
Si votre titre laisse croire que vous allez donner des informations alors que vous en demandez, votre sujet sera détruit.
Avatar de l’utilisateur
Claude Nowak
Messages : 2881
Inscription : 15 janv. 2014, 21:11

Re: Construction planeur ULM électrique

Message par Claude Nowak »

Exian:
J ai une question plus basique: pourquoi l intérieur du cockpit est en carbone-kevlar plutôt qu en carbone?
En tout cas, je suis admiratif de ton travail....comme d habitude.
rfflyaddict
Messages : 24
Inscription : 13 nov. 2016, 22:21

Re: Construction planeur ULM électrique

Message par rfflyaddict »

Bonjour,

justement pour les batteries, question à EXIAN, dans les ailes, j'imagine qu'elles seront dans un compartiment à la place des réservoirs d'aile. Seront-elles ventilées comme les pack du FES ? Est ce que les batteries d'aile du Phoenix sont ventilées ? comment seront-elles calées ?

L'avantage des cellules 18650 est qu'on peut les souder à la "forme" désirée en limitant bien sûr les connections. Il me semble que les TESLA en sont équipés (?).

Question à Yurek. Avez vous une idée de la traction statique d'un FES notamment sur le Silent ?

Un peu hors sujet. En cherchant une solution pour augmenter la taille de l'hélice, je me suis même posé la question de monter un pylone fixe comme sur le monerai ou le silent op. Hérésie mais je n'en suis pas si certain. Les moteurs thermiques sont extrêmement difficile à capoter. Les moteurs électriques sont petits 15 à 20 cm de diamètre. En fait le meilleur système est probablement celui du gp15E avec une hélice sur pylone qui de replie en arrière dans le lit du vent (pas de soucis de calage avant rétraction, trainée minimale pylone sorti). Idéalement il faudrait savoir quelle est la trainée supplémentaire pylone sorti sur le Gp15 (mais catégorie planeur finesse +++) pour laisser un pylone fixe dehors.
J'ai appris récemment que certains (ASW20... ) décollaient (difficilement) avec le système TOP (koenig tripale 1.5m) mais ne s'en plaignait pas particulièrement (compromis?) pour la finesse en vol. Je n'en ai pas trouvé la documentation.

Cordialement à tous. Robert
Avatar de l’utilisateur
Yankeeromeo
Messages : 3624
Inscription : 05 nov. 2010, 19:44
Localisation : France - Poitou - Vendée - LFFK
Contact :

Re: Construction planeur ULM électrique

Message par Yankeeromeo »

Bonjour rfflyaddict,
Par définition, la traction statique d'un FES est la même sur tous les planeurs, le Silent y compris, parce que c'est le même GMP (le même moteur de 22 kW/ 9,5 kg, et la même hélice de 1 m, tournant à 4500 rpm max).
J'avoue humblement que nous ne l'avons pas mesuré, ni André, ni moi-même, mais ce qui est sûr, ce que la traction délivrée est suffisante pour faire décoller le Silent-Electro à la masse de 315 kg en 150 m sur l'herbe.
Pendant cette opération le GMP utilise en moyenne 20% de la capacité des batteries installées (4,3 kWh pour 31 kg), ce qui autorise soit un deuxième décollage, soit laisse 40 minutes d'autonomie.

Sans aucun doute, la principale force du FES est sa neutralité aérodynamique, et sa simplicité d'utilisation : un seul bouton à appuyer, et aucune perte de finesse, s'il ne démarre pas. La fiabilité du moteur est proche de 100%, cependant, une défaillance peut quand même apparaître : soit par manque de courant, soit par défaut de contact, ou par défaut d'un autre dispositif de la chaîne.
Que cette probabilité n'est pas nulle, l'expérience de Seb Kawa, multiple champion du monde (et en titre) en témoigne : au cours d'un concours en 2019 en Italie, il a bien décollé de façon autonome sur un GP14SE (à pylône, donc), mais quand il s'est trouvé bas au fond d'une vallée apennine (et oui, ça peut arriver même à un champion), et il a voulu mettre le moteur en marche, celui-ci n'a pas démarré... Il n'a pas donc eu d'autre choix que d'aller "aux vaches".
L'examen du planeur a démontré que l'élément défaillant était un contacteur, dont le rôle était de fermer le circuit électrique après la sortie du pylône...
Pour moi c'est une raison suffisante pour préférer un système frontal, comme FES, par rapport à un pylône. Le choix qui est visiblement aussi celui d'Arnaud.
Yurek
http://www.yankee-romeo.com
If God meant man to fly, He'd have given him... more money.
Honi soit qui mal y pense !
Yankee-Romeo sur Facebook Image
Avatar de l’utilisateur
Yankeeromeo
Messages : 3624
Inscription : 05 nov. 2010, 19:44
Localisation : France - Poitou - Vendée - LFFK
Contact :

Re: Construction planeur ULM électrique

Message par Yankeeromeo »

Claude Nowak a écrit :(...) pourquoi l intérieur du cockpit est en carbone-kevlar plutôt qu en carbone ? (...)
Le composite PRFC (à matrice résine et renfort en fibre de carbone) est très performant, mais il a un "défaut" : en cassant un tel composite forme de bords acérés et tranchants tels les couteaux... (hélas, malgré de longues recherches, je n'ai trouvé aucune photo sur le net).

Dans un crash cette caractéristique étant mortelle pour le pilote, un mélange des fibres carbone avec des fibres aramides (Kevlar® est un nom commercial de DuPont de Nemours), constitue une protection. Les fibres aramides sont - à l'inverse - réputées pour leur résistance en rupture (elles sont utilisées notamment pour fabriquer des gilets pare-balles, et les vêtement de protection, par exemple les gants anti-coupures) :
tissu-carbone-aramide-193-grm2.jpg
Tissu carbone-aramide de chez Scap.
Vous ne pouvez pas consulter les pièces jointes insérées à ce message.
Yurek
http://www.yankee-romeo.com
If God meant man to fly, He'd have given him... more money.
Honi soit qui mal y pense !
Yankee-Romeo sur Facebook Image
rfflyaddict
Messages : 24
Inscription : 13 nov. 2016, 22:21

Re: Construction planeur ULM électrique

Message par rfflyaddict »

Merci Yurek.

Le FES est le systeme le plus abouti dans la catégorie du planeur monoplace ulm. (les certifiés sont plus lourds et ne peuvent plus prétendre utiliser le FES comme turbo)

L'idée du pylone est surtout de pouvoir l'adapter à n'importe quel planeur sans la contrainte de la dimension de l'hélice.
Pylone fixe pour éviter les aléas du système de rétraction mais trainée peut-être rédhibitoire pour du vrai vol à voile à vérifier. Ce n'était juste qu'une aparté.
rfflyaddict
Messages : 24
Inscription : 13 nov. 2016, 22:21

Re: Construction planeur ULM électrique

Message par rfflyaddict »

Le génie de FES a été de s'affranchir de l'idée préconçue que l'hélice dans le nez allait casser la laminarité. Cela n'est qu'une adaptation de ce qui se fait en modelisme depuis des lustres. Il est intéressant de penser que l'euroglider repose sur des idées de G Risbourg top modéliste. Comme quoi on apprend de partout. L'avantage des modélistes est qu'ils osent (il est vrai avec beaucoup moins de risque).
Avatar de l’utilisateur
Yankeeromeo
Messages : 3624
Inscription : 05 nov. 2010, 19:44
Localisation : France - Poitou - Vendée - LFFK
Contact :

Re: Construction planeur ULM électrique

Message par Yankeeromeo »

rfflyaddict a écrit : (...) les certifiés sont plus lourds et ne peuvent plus prétendre utiliser le FES comme turbo (...)
Justement, les planeurs certifiés utilisent le FES que comme turbo (Front Electric Sustainer) et non pas de façon autonome (Front Electric Self-Launcher).
Ainsi, le Silent-Electro (un ULM) décolle sans problème, mais le Diana-2 motorisé (SZD-56-3, doc certifié) décolle de façon autonome... les ballasts vides...
A sa masse maximale de 500 kg, il lui faudrait, en effet, une piste interminable. En revanche, en tant qu'ULM, c'est-à-dire, à la masse max. de 330 kg - le Diana-2 sera autonome.

Quant au pylône fixe, il est choisi surtout pour la facilité, si la performance pure n'est pas l'objectif. C'est le cas, par exemple du Ka8T de Rafael Angel :
Image
Yurek
http://www.yankee-romeo.com
If God meant man to fly, He'd have given him... more money.
Honi soit qui mal y pense !
Yankee-Romeo sur Facebook Image
Avatar de l’utilisateur
sonex710
Messages : 828
Inscription : 08 août 2011, 11:17

Re: Construction planeur ULM électrique

Message par sonex710 »

André67XB a écrit : un câble de 16 mm2 est donné pour passer au max 100 A .
Un moteur de 22 Kw 120v consommera à pleine puissance près de 200 A !
André
Bonjour André, bonjour à tous,

200 A, je pense que c'est entre la batterie et le contrôleur ?
Entre le contrôleur et le moteur, tu devrais diviser par racine de 3 ...

Pour info, des mesures de densité de courant réalisées ces jours-ci ...

Dans un câble de 6 mm2, soit 2,8 miliOhm / mètre
108 A soit 18 A/mm2 : élévation de température sur l'isolant, en convection naturelle = + 90 °C
90 A soit 15 A/mm2 : élévation de température = + 60 °C
Température du cuivre : 5 °C de plus.

15 A/mm2 ne pose pas de problème.
18 A/mm2, il faut ventiler les câbles.

A+ !
Avatar de l’utilisateur
Exian
Messages : 65
Inscription : 11 sept. 2016, 15:39
Localisation : Gironde

Re: Construction planeur ULM électrique

Message par Exian »

A noter la longueur inhabituelle de cable entre le moteur (nez) et le controleur (derrière le pilote) sur ces planeurs FES : 2 mètres! C'est du 50 mm² qui est installé sur le FES, ce qui me paraissait tout de même un peut beaucoup.

Au final 2x16 mm² dans mon cas me parait un bon compromis entre ce qui est fait sur le FES (éprouvé) et la théorique qui dirait qu'un seul brin de 16 mm² suffirait...
Projet terminé : Conception et construction de l'EXIA - ULM monoplace en composites
Projet en cours : Conception et construction du KYRIOS - Planeur monoplace en composite - propulsion électrique - ULM
Avatar de l’utilisateur
Exian
Messages : 65
Inscription : 11 sept. 2016, 15:39
Localisation : Gironde

Re: Construction planeur ULM électrique

Message par Exian »

Correction sur le poste précédent, le FES utilise du cable de 50 mm² entre la batterie et le controleur, et du 35 mm² entre le controleur et le moteur.
Projet terminé : Conception et construction de l'EXIA - ULM monoplace en composites
Projet en cours : Conception et construction du KYRIOS - Planeur monoplace en composite - propulsion électrique - ULM
Avatar de l’utilisateur
Exian
Messages : 65
Inscription : 11 sept. 2016, 15:39
Localisation : Gironde

Re: Construction planeur ULM électrique

Message par Exian »

Quelles performances peut-on attendre vraiment d'un tel planeur électrique?
Hypothèses de base :
Finesse 45
Vitesse 28m/s (101km/h)
Masse 345kg
Hélice de 1 m de diamètre sur un cone de 0,2 m de diamètre
Puissance sortant de la batterie 24kW


Commençons par déterminer combien de puissance sert réèllement à se propulser :
=> Rendement moteur + controleur + cables ~90%
=> Rendement du "disque propulsif" (accélération de l'air par l'hélice, il y a une formule qui va bien) 75%
=> Rendement aérodynamique propre des pales ~85%
=> Pertes diverse, du type perturbation du disque propulsif par le fuselage, trainée supplémentaire du fuselage du fait de l'air "soufflant" beaucoup plus vite à sa surface que la vitesse de vol... ~95%

Tout ça ensemble donne un petit 55% (0,90 x 0,74 x 0,85 x 0,95)

Donc sur les 24KW disponibles, seulement 24 000 x 0,55 = 13 200 W vous font réèllement avancer.


Revenons au planeur lui-même : sa trainée en croisière est simplement = Masse x g (accelération de la pesanteur) / finesse
Soit 345 x 9.81/45 = 75,2 N
Et la puissance = vitesse x trainée
Soit 28 x 75.2 = 2100 W

Après transformation et simplification des formules de mécanique du vol, on peut déduire que toute la traction qui ne sert pas à contrer la trainée de la cellule permet de monter.
La formule qui résume tout ça est très simple : Surplus de traction = Masse x g x angle de monté (valable que si angle faible).
En multipliant cette équation par la vitesse, on obtient Surplus de puissance = Masse x g x Vz (vitesse de montée)

Dans notre cas on trouve donc que notre planeur peut monter à (13 200 - 2100) / (345 x 9.81) = 3,3 m/s ce qui semble coller avec les autres planeurs électriques comparables.


Tout ceci permet de dimensionner la batterie pour effectuer la mission type qui dans mon cas est :
Décollage + montée à 500 m + croisière de 100 km
=> décollage : 30 secondes plein gaz à 24 kW (accélération) soit 0,2 kWh de consommé (24kW x 30/3600 heures).
=> montée : 500 m / 3,3 m/s = 152 secondes, soit 1,0 kWh de consommé (24 x 152/3600)
=> croisière : 3600 secondes, mais pas à la puissance max. En reprenant les 2100 W pour le vol horizontal et divisé par le rendement de 55%, on obtient une puissance en sortie de batterie de 3820 W. Donc directement 3,8 kW de consommé pendant cette heure de vol.
A noter que reprendre le rendement plein gaz est en principe faux ; la part de rendement du disque propulsif est bien meilleure en croisière (poussée plus faible, moins d'air à accélérer), mais le rendement aérodynamique des pales est lui très dégradé car on est loin de leur point de fonctionnement optimal qui est le max de traction plein gaz.

Au total on obtient une quantité d'énergie de pile 5 kWh pour cette mission

Ne pas oublier qu'on ne doit pas vider totalement la batterie pour ne pas l'endommager, garder typiquement 25%
Autre point que tout le monde oubli, c'est que cette mission doit être réalisable en fin de vie de la batterie, alors que celle-ci aura perdu en capacité, disons une perte de 25%.

A final, la capacité de la batterie qu'il me faudrait est de 8,8 kWh (5 kWh / 0,75 (réserve) / 0,75 (vieillissement)).
A comparer avec le FES qui n'a que 4,2 kWh...
Projet terminé : Conception et construction de l'EXIA - ULM monoplace en composites
Projet en cours : Conception et construction du KYRIOS - Planeur monoplace en composite - propulsion électrique - ULM
rfflyaddict
Messages : 24
Inscription : 13 nov. 2016, 22:21

Re: Construction planeur ULM électrique

Message par rfflyaddict »

Bonsoir,

avec le simulateur Eprops le rendement d'une hélice 1m 4500 tr/mn 24KW ne dépasse pas 64% ?? quid ? https://aircraft.e-props.fr/calculator_PROPS.php
Cela dit les Silents et autres ont l'air de se contenter de leur 4 KWH ce qui est rassurant. On prie pour que les voitures électriques fassent progresser rapidement les batteries.

Question à Exian quel est le réglage du timing du RET60 (0° 15° 30° ? autre ?) . Il est possible que notre moteur a brulé sur un réglage inadéquat du timing.

Cordialement Robert
Avatar de l’utilisateur
Yankeeromeo
Messages : 3624
Inscription : 05 nov. 2010, 19:44
Localisation : France - Poitou - Vendée - LFFK
Contact :

Re: Construction planeur ULM électrique

Message par Yankeeromeo »

Bonsoir,
Une petite nuance : les Silent-Electro ne se contentent pas de leur 4,3 kWh à cause d'un calcul, comme celui d'Exian ci-dessus, mais simplement parce qu'en 2011, quand ce modèle était sorti (la première apparition publique à l'Aero de Friedrichshafen 2011), c'était la meilleure performance disponible !

Aujourd'hui, c'est-à-dire, 9 ans plus tard, on peut déjà planifier une capacité double...
Ce qui permet à Exian de prévoir une heure de vol autonome !
Yurek
http://www.yankee-romeo.com
If God meant man to fly, He'd have given him... more money.
Honi soit qui mal y pense !
Yankee-Romeo sur Facebook Image
Avatar de l’utilisateur
sonex710
Messages : 828
Inscription : 08 août 2011, 11:17

Re: Construction planeur ULM électrique

Message par sonex710 »

Exian a écrit :Correction sur le poste précédent, le FES utilise du cable de 50 mm² entre la batterie et le controleur, et du 35 mm² entre le controleur et le moteur.
C'est énorme !!! :o

Il y a un optimum pour la section des câbles :

Il faut que le rapport pertes Joules /masse du câble soit égal au rapport puissance / masse de la batterie,
soit environ 500 W/kg (pour un taux de décharge de 2C).

Et il faut respecter le température maxi admissible à la puissance maxi, et en général c'est ça la vrai limite.

Donc un câble doit chauffer, et il est souhaitable qu'il soit ventilé ! ;)
Et il faut calculer les pertes à la température, soit 22 miliOhm/mm2/m pour du cuivre à 100 °C.
Avatar de l’utilisateur
Exian
Messages : 65
Inscription : 11 sept. 2016, 15:39
Localisation : Gironde

Re: Construction planeur ULM électrique

Message par Exian »

Ventilation malheureusement impossible vu où doivent passer les cables dans le cockpit.

Qu'en est-il de la perte en tension de passer 200A dans 3 m de cables (longueur totale de la batterie jusqu'au moteur).

MGM avait conseillé du cable de 16mm² mini entre le controleur et le moteur.
Je double la mise en en mettant 2 de 16 mm² en parallèle pour chaque phase pour me rapprocher de la section installée sur les FES.

Et sur le moteur RET60 il sort 2 fils par phase qui sont pas loin de 16mm², je ne me voyais pas mettre moins au début.
Le controleur est également équipé de 2 connections par phase, en principe pour connecter les 6 fils du moteur directement.
C'est sur que ça pèse lourd. Lors des essais, si je vois que le 2x16mm² ne chauffe vraiment pas du tout, je passerais peut-être à du 2x10mm². Ca aiderait un peu pour la masse et le centrage (700gr de moins dans le nez)...
Projet terminé : Conception et construction de l'EXIA - ULM monoplace en composites
Projet en cours : Conception et construction du KYRIOS - Planeur monoplace en composite - propulsion électrique - ULM
Répondre

Revenir à « Autres pratiques »