BONNES PRATIQUES N° 11 Estimer la puissance nécessaire d’un servo
Choisir des servos dont les caractéristiques seront compatibles avec le domaine de vol de votre futur modèle n’est pas toujours évident. Si acheter un modèle ARTF totalement équipé en usine simplifie et évite des erreurs aux pilotes débutants ou peu expérimentés, il est tout de même fréquent de devoir équiper un kit de A à Z. Dans cette deuxième hypothèse, on trouvera généralement dans la notice la classe de servos prévue par le fabricant. Mais par contre, concernant leur puissance, leur vitesse, on ne dispose pas toujours des informations…
Il faut alors estimer les besoins pour avoir un contrôle fiable du modèle, quels que soient la vitesse d’évolution et les angles de braquages des gouvernes.
LE MODÈLE
Le kit que l’on souhaite équiper (ou la construction personnelle) possède des caractéristiques connues ou estimées : la masse en ordre de vol, la plage de vitesses supposée et l’angle de braquage des gouvernes sont précisés dans la notice, le plan ou l’essai de votre revue préférée.
1. Commencez par mesurer la taille des gouvernes
(unité de mesure en mètres, « m »). Par exemple, une gouverne de profondeur mesure 7 cm de large pour 32 cm de largeur. On convertit ces mesures en mètres, ce qui nous donne: 7/100 = 0,07 m 32/100 = 0,32 m
2. La masse du modèle :
on prend celle en ordre de vol, exprimée en kilogrammes, « kg ».
3. L’angle de braquage :
on trouve les valeurs de débattement indiquées en « mm », mesurées au bord de fuite à la plus grande corde si la gouverne est effilée. Mais on trouve parfois des valeurs en degrés « ° » : c’est l’angle de braquage. Nous verrons plus loin que l’angle est à intégrer dans la formule proposée. Lorsque l’on a une valeur en « mm », prendre un rapporteur permet une l ecture immédiate de l’angle sur le plan ou sur le modèle.
4) La vitesse d’évolution :
rares sont les essais ou kits indiquant des vitesses réelles d’évolution en km/h ou m/s. Un capteur à tube de Pitot est nécessaire pour obtenir une mesure précise. Aussi, les quelques valeurs i ndiquées cidessous vous permettront d’avoir un ordre de grandeur.
Un avion de début vole à 70100 km/h, un avion rapide 80-150 km/h, un racer de vitesse entre 180 et 330 km/h, un jet 180350 km/h, un planeur de l oisir 60-110 km/h, un planeur F3B/F3F 180-350 km/h (en Dynamic Soaring). Par exemple, un avion doit voler à 100 km/h : on en déduit 100 000 m / 3 600 s = 27,78 m/s.
SERVO : LA THÉORIE
L’appellation servomécanisme ou servomoteur vient du fait que le mécanisme est asservi à la valeur de l’impulsion de commande. Il en découle l’appellation servomécanisme. Dans le langage courant, l’abréviation « servo » est devenue incontournable. Leur boîtier renferme deux parties distinctes : • Une première partie « mécanique », constituée d’un moteur
électrique qui entraîne un train d’engrenages. En sortie, un palonnier, orientable sous différents angles, est relié à la commande qui actionne la gouverne du modèle. Le dernier pignon a deux rôles : supporter le palonnier et entraîner le potentiomètre de recopie. Le potentiomètre va lire la position de la mécanique et assurer l’interface avec la partie électrique en informant cette dernière.
• Une deuxième partie « électronique », constituée d’un double amplificateur pour assurer les deux sens de rotation du moteur. Une comparaison est faite entre l’ordre en provenance du décodeur (ordre du pilote) et la valeur lue par le potentiomètre de recopie. Le résultat est la tension de commande de l’amplificateur. Une concordance entre l’ordre du pilote et la position est effectuée. L’électronique compare cette valeur à celle issue du potentiomètre. Si elle est différente, l’électronique donne l’ordre au moteur de démarrer pour rejoindre cette position. Lorsque les signaux sont identiques, le moteur s’arrête.
En pratique :
le pilote donne un ordre via un manche ou un interrupteur de son émetteur. Le récepteur va alors recevoir cet ordre et le transmettre au servo qui va se positionner. La fidélité
du positionnement sera tributaire du soin apporté à la conception, ainsi qu’à la fabrication du servomécanisme, mais aussi de la puissance développée. Un servo sous-dimensionné ne pourra actionner fidèlement la gouverne. Cas classique, en voltige 3D, les efforts nécessaires pour obtenir des angles de braquage de 45 à 60° sur de grandes gouvernes d’un VGM (voltige grand modèle) sont très importants. Si le servo est à la peine, l’avion sera moins réactif, le servo va surconsommer, voire arriver à son couple de blocage.
COUPLE DE SERVICE : MÉTHODE EMPIRIQUE
La méthode la plus simple qui soit consiste à relever la masse du modèle en kilogrammes, puis à choisir, pour les gouvernes, des servos affichant le même couple en Kg.cm
Exemple:
Un avion de loisir pèse 6 kg sur la balance en ordre de vol : on achète des servos de 6 kg.cm pour chaque gouverne. C’est on ne peut plus simple, très empirique mais, dans les cas courants, cela fonctionne parfaitement.
COEFFICIENT DE SÉCURITÉ
Les fabricants, dans un panel de servos, vont en sélectionner quelques-uns et les passer au banc. Ils vont mesurer leur couple et vitesse avec du matériel plus ou moins sophistiqué suivant la taille de l’entreprise. En clair, un petit fabricant asiatique ne dispose pas des mêmes moyens que Futaba, et il faut parfois être prudent avec les valeurs affichées.
Le fabricant indique, pour une tension donnée (4,8, 6,0 ou 7,4 volts), le couple de blocage (kg.cm), la vitesse de rotation angulaire (°/s) et la consommation (mAh). Plus rarement, les fabricants indiquent le couple de service, c’est pourtant la valeur qui nous intéresse le plus ! Multiplex affiche généralement cette valeur, c’est tout à leur honneur, car un néophyte sera toujours tenté d’acheter le servo délivrant les meilleures valeurs affichées, ignorant qu’un couple de blocage ne peut être comparé à un couple de service, réellement utilisable pour piloter son modèle…
Comme les valeurs de couple des fabricants de servos, et le plus couramment des couples de blocage (l’idéal est de connaître le couple de service du servo, valeur obtenue en fonctionnement normal sans faire forcer le servo), sont optimistes, on applique 50 % en plus.
Exemple:
Un servo de 4kg.cm est conseillé par le fabricant du kit. On achète un servo de 4 kg.cm x 1,50 = 6 kg.cm. Avec cette marge de sécurité, on a l’assurance de contrôler le modèle en toutes circonstances.
CALCULER LE COUPLE DE SERVICE NÉCESSAIRE
Comme exemple, j’ai pris un park flyer de 1,20 m d’envergure avec des gouvernes de taille moyenne. Les angles de braquage sont de 30°, la vitesse de vol de 30 m/s maximum (soit 108 km/h). Il s’agit donc d’un avion de loisir très classique.
On constate que le couple nécessaire est faible, 605 g.cm, soit 0,6 kg.cm maximum pour la dérive. Ici, il faudra plutôt privilégier des pignons robustes pour être tranquille, une vitesse de déplacement ordinaire car un servo ultrarapide n’aurait pas une grande utilité.
CONCLUSION
Équiper un modèle de servos mérite un minimum de réflexion pour éviter toute approximation potentiellement dangereuse. Si un avion indoor évoluant à très basse vitesse peut éventuellement recevoir des servos d’entrée de gamme, pour un avion ou un planeur rapide, très puissant, il est impératif d’estimer aussi précisément que possible le couple nécessaire. Les modélistes de longue date ont tous connu, au moins une fois, la désagréable sensation d’un modèle répondant mal à la profondeur lors d’un piqué prononcé. À l’extrême, c’est le crash assuré si la planète se rapproche vite et qu’il est trop tard pour couper le gaz. Notre sécurité, tout comme celle de nos spectateurs, n’a pas de prix. Bons vols à toutes et à tous !