Comment choisir le bon moteur pour son drone ?

Cet article s’adresse aux personnes qui recherchent de l’aide pour choisir le bon moteur pour leur drone quadcopter ou autre multi-rotor.

Le premier critère de choix est la poussée du moteur et

vous pourrez vous procurer les statistiques de tests qui se trouvent généralement dans les données fournies avec le moteur. Les principaux fabricants procèdent eux même aux tests nécessaires et les mettent à disposition de leurs clients. Voici un exemple d’information que l’on peut avoir sur la poussée du moteur MT1806 de 2280 Kv :

Ici, le moteur peut être utilisé avec deux tensions différentes et vous pourrez, selon la configuration, l’équiper avec une batterie 2S ou 3 S.

Remarque : la tension (« voltage ») de la batterie dépend du nombre de cellules que contient la batterie. Chaque cellule « S » d’une batterie LiPo donne 3,7V, ainsi une batterie 1S = 3,7V; 2S = 7,4V; 3S = 11,1V, 4S = 14,8v…

Par où commencer ?

Déterminer le type de drone souhaité

Lorsque vous choisissez un moteur pour votre drone, la première des choses à faire est d’estimer le poids total du drone multiorotor concerné.

Si le drone est déjà construit, c’est évidemment plus facile, car le poids et la typologie du drone sont déjà définis. Il faut toutefois s’assurer que les composants du drone sont compatibles avec le moteur envisagé (puissance des batteries, type d’hélice…).

Si l’objectif est de construire un nouveau drone, il faut définir précisément ce que l’on veut en faire. Privilégiez-vous plutôt un drone maniable ou stable ? Quelle autonomie souhaitez-vous ? Quel est votre niveau de pilotage ? Quelle doit être sa hauteur de vol ? Faut-il prévoir certaines options ou un certain type d’équipement ? … Ces questions, et bien d’autres, vont vous permettre de vous faire une idée précise des composants à prévoir. Attention de bien y intégrer le poids des moteurs et de tout ce qui l’accompagne (fixation, contrôleur de vitesse (ESC), hélices.

Soyez conscient qu’il n’est pas toujours aussi simple qu’il n’y parait de déterminer le poids exact de son futur drone lorsqu’on se lance dans sa construction. Nous conseillons d’entamer la démarche avec deux principes :

• Le premier est de faire une liste du matériel sur un tableur, d’y indiquer l’ensemble des éléments nécessaires à la fabrication du drone ainsi que leur poids. Même si ce matériel est susceptible d’évoluer au fil du temps, cette démarche permet de déterminer le poids précis du futur drone.
• Le second principe est de choisir un premier ensemble de pièces nécessaires à la fabrication du drone souhaité. Eviter de faire les choses au fur et à mesure, selon nous il est préférable de changer les composants lorsque c’est nécessaire – tout en mettant le tableur à jour. pour éviter vous pouvez les acheter au fur et à mesure de la fabrication du drone ou les échanger, pensez alors à vérifier que les échanges sont possibles avant d’acheter. Cette démarche vous permettra d’affiner l’estimation du poids tout en maîtrisant votre budget.

Le choix du châssis

Il faut ensuite choisir le châssis, élément central du drone, qui détermine son envergure totale. Les caractéristiques de l’ensemble des composants dépendront en partie du type de châssis choisi (type et taille, c’est-à-dire poids des hélices, des moteurs, de la batterie, des fixations…). Le châssis peut amener quelques restrictions quant au moteur ou aux hélices choisis, notamment concernant leur taille.

Remarque : Certains fabricants de châssis de drones fournissent des recommandations sur les types de moteurs d’hélices qu’il est possible d’installer.

Choisir des moteurs suffisamment puissants

Lorsque vous fabriquez un drone multirotors, il est important de prévoir un coefficient puissance/poids de 2. Par exemple, si votre drone pèse 750 gr, pensez à installer des moteurs qui, ensemble, produiront une poussée de 1,5 kg (c’est-à-dire, si vous avez installé 4 moteurs, 375 gr par moteur). La somme de la puissance des moteurs doit produire une poussée 2 fois supérieure au poids de votre drone. Ainsi, votre drone sera capable de voler avec environ 50 % de puissance effective.

Cette règle est importante. Elle vous permet de vous assurer le contrôle de votre drone à tout moment :

• lorsqu’il y aura du vent,
• lorsque vous exécuterez des manœuvres un peu plus brutales ou sportives,
• ou encore pour revenir à l’économie si vous êtes en limite de batterie (cela permet de ne pas faire tourner les moteurs à plein régime).

Si, au fil du temps, vous trouvez le pilotage un peu trop brutal, rajoutez un peu de poids sur le drone pour arriver à un seuil d’environ 70 %. Dans notre exemple vous ajoutez environ 300 gr pour arriver à un poids total de 1050gr pour une poussée de 1,5 kg (1500gr).

Lors de la construction de votre drone, vous devez adapter sa puissance au type d’utilisation que vous allez en faire.

• Si vous construisez un drone quadrirotor de course, vous devez prévoir un rapport puissance/poids plus important ; la limite étant votre qualité de pilotage et le niveau de technicité des courses que vous ferez (nombre d’obstacles, taille des passages, largeur des zones de déports…).
• Si vous construisez un drone pour faire de la photo ou de la vidéo, il est préférable de prévoir des vols plus doux en réduisant le rapport puissance/poids.

De manière générale, il est préférable de légèrement surdimensionner les moteurs. D’une part, en termes de poids, vous aurez certainement plus de mauvaises surprises que de bonnes. D’autre part, il est plus facile de rajouter du poids (avec des batteries plus importantes pour allonger la durée de vol, par exemple) que d’en enlever… Enfin, il est préférable d’avoir fabriqué un drone un peu nerveux qu’un drone qui reste au sol par manque de puissance. Un rapport puissance/poids de 2 parait un bon repère.

L’objet de cet article n’étant pas de partir dans des explications techniques, mais d’expliquer les bases, n’hésitez pas à compléter vos connaissances sur des sites spécialisés. Si leur discours est un peu du jargon au début, en demandant des informations, vous pourrez vous en sortir. Vous pouvez aussi refaire un drone à partir des éléments fournis par un passionné puis vous amuser à le faire évoluer.

La lecture des données relative aux moteurs

Les calculs de poids nous permettent de calculer la poussée maximale que devra donner chaque moteur, par exemple 300 gr chacun. L’étude des tables de poussée des moteurs qui vous intéressent permet de déterminer lesquels d’entre eux auront le rendement de poussée nécessaire pour la fabrication du drone. Attention de bien vous assurer que la taille du moteur corresponde à ce que votre châssis est capable d’accepter.

Si vous êtes un peu perdu, il est toujours possible de trouver un guide, un tutoriel ou un drone multi-rotor similaire à celui que vous construisez. Ils vous permettront de voir les types, modèles de moteurs et équipements associés qui peuvent être utilisés comme point de départ pour votre construction.

Vérification de la poussée des moteurs

Une fois que le choix du moteur est arrêté, il est nécessaire de rassembler les données techniques pour vous assurer que la poussée fournie par l’ensemble du système de motorisation sera suffisante. Attention, les fabricants réalisent des tests avec des tensions différentes (2S = 7,4 Volts, 3S = 11,1 Volts) et des hélices spécifiques. Avec les informations sur :

• l’ampérage,
• la poussée produite et son efficacité (poussée en gr / puissance en watts),
• le type de batterie,

Le tableau permet d’estimer la poussée produite en fonction du type d’hélice utilisée (dans le tableau ci-dessus, le moteur dégagera une poussée suffisante (> à 300 gr) s’il est utilisé avec une batterie 3 S (11,1V), 7,5 ampères et des hélices en fibre de carbone 5×3. La configuration 11,5 volts et des hélices 6×3 semble trop puissante.

Comparaison de la performance

La puissance d’un moteur n’est pas tout, il faut aussi s’assurer de sa performance. Vous calculez la performance en divisant la poussée en grammes par la puissance en Watts. Une bonne efficacité montre que le moteur est de bonne qualité, car il a une faible déperdition (ce qui, au final, contribue à une bonne qualité de vol).

Toutefois, le niveau d’efficacité recherché est à adapter en fonction du type de drone que vous construisez. Concernant un drone de loisir ou utilisé pour prendre des photos, vous pouvez tendre vers une efficacité de 7. Par contre, pour un drone de course, qui sera petit, agile et réactif, capable d’acrobaties, il sera préférable de monter des moteurs qui tournent vite. Ces moteurs disposent d’un KV élevé.

Remarque : le KV est une mesure importante qui permet d’indiquer le nombre de rotations du moteur par minute pour 1 volt. Par exemple un moteur de 500 kv alimenté par un moteur 3S (11,1v) tournera à 500 x 11,1 = 5 550 tours par minute.

L’adéquation entre le moteur et ses équipements

Pour une bonne efficacité, il faut adapter le moteur, l’ESC et l’hélice qui fonctionnent de manière homogène.

Il s’agit donc de choisir un ensemble de composants qui fonctionnent bien ensemble. C’est pour cette raison qu’il est conseillé de commencer par acheter des kits ou des configurations connues. Cela permet de disposer d’une meilleure efficacité.

Si vous préférez choisir vous-même les différents composants, sachez qu’il existe un nombre de configurations important. Avant de tester des configurations exotiques dont vous trouverez toutes les informations sur les blogs spécialisés, commencez par suivre les indications du constructeur. Celui-ci vous donne généralement l’ampérage maximum, ce qui vous permet de déterminer le type de batterie nécessaire et le type d’hélice qui convient.

Puis, au fur et à mesure de votre apprentissage, vous pourrez apporter des modifications qui vous permettront de comprendre comment régler un drone avec finesse.

Remarques sur les hélices : la désignation des hélices se fait par une double valeur du type 8*5.

• La première valeur indique la longueur de l’hélice en pouces – ou inches en anglais (dans notre exemple l’hélice fait 8 in de long (soit 20,32 cm). Plus l’hélice est grande, plus elle va apporter de portance et de stabilité. Une grande hélice sera moins agile, vive et réactive.
• La seconde valeur indique le « pas de l’hélice » 4 – 4,5 – 5 – 5,5 -… Plus le pas est important, plus l’hélice va brasser d’air en 1 tour, et plus elle va nécessiter d’énergie.

Les configurations habituelles pour les quadri vont de 8*5 et 10*5. Attention 2 in d’écart entre deux hélices représente 5 cm de différence de longueur, ce n’est pas anodin. Par ailleurs, n’oubliez pas d’intercaler le sens de rotation des moteurs entre eux, car sur un multirotor toutes les hélices ne tournent pas dans le même sens. Il y a les hélices CW (clockwise) qui tournent dans le sens des aiguilles d’une montre et les CCW (counter clockwise) qui tournent dans le sens inverse.

Remarque :

Attention de bien acheter à chaque fois des moteurs CW et CCW par paires, accompagnés des hélices qui vont avec.

Si vous vous êtes trompés, faites un échange, car intervertir les polarités des moteurs pour les faire tourner dans le sens inverse ne suffit pas. Vous risquez de voir votre écrou de fixation se dévisser (car le pas de vis sera à l’envers) et votre hélice se détacher en plein vol.

Une grande hélice va apporter de la traction et de la stabilité pour faire décoller et voler le drone alors qu’une petite hélice va apporter de la vivacité et de la réactivité.

Ainsi, un grand diamètre associé à un faible pas favorise la traction alors qu’un petit diamètre avec un pas élevé favorise la vitesse :

• Une hélice qui dispose d’un petit pas aura une plus grande traction à faible vitesse, mais sa vitesse sera limitée.
• À l’inverse, une hélice qui dispose d’un grand pas aura une traction plus faible et une vitesse maxi plus élevée.

Affiner l’estimation du poids pour choisir la batterie adaptée

Une fois que l’ensemble des composants ont été choisis, il est possible d’arrêter sa décision sur la batterie LiPo nécessaire. Prenez le poids total du drone quadcopter que vous fabriquez et choisissez une batterie en fonction du futur poids total du drone (poids à vide + batterie) et de ce que vous voulez en faire (course, loisir, photos…). Si les choix sont restreints ou inadaptés, cela signifie qu’il faut modifier un élément, souvent le moteur ou les hélices. La marque de la batterie LiPo dépendra des caractéristiques du drone, mais aussi de votre budget.