1LF

Louis FOURDAN 7 avril 2011

IUT-Ville d’Avray

LF (46 diapos) 2

ULM ELECTRIQUE

REGLEMENTATION ULM

ULM = aéronef , FFPLUM (Fédération française)ULM = aéronef , FFPLUM (Fédération française)

< 300 kg monoplace (330 kg si amphibie)< 300 kg monoplace (330 kg si amphibie)

< 450 kg biplace (495 kg si amphibie)< 450 kg biplace (495 kg si amphibie)

< 315 kg monoplace avec parachute< 315 kg monoplace avec parachute

< 472.5 kg biplace avec parachute< 472.5 kg biplace avec parachute

P max 45 kW monoP max 45 kW mono

P max 60 kW biplaceP max 60 kW biplace

V atterrissage à 65 km/h (vitesse de décrochage < 65 km/h)V atterrissage à 65 km/h (vitesse de décrochage < 65 km/h)

3LF

Charge alaire < 30 kg/m2Charge alaire < 30 kg/m2

Puissance max continuePuissance max continue

Catégories ULM

• Paramoteur (à pied ou chariot)Paramoteur (à pied ou chariot) classe 1classe 1

• Pendulaire (delta)Pendulaire (delta) classe 2classe 2

• Multi-axeMulti-axe classe 3classe 3

• Autogyre (60 kW mono, 80 kW bi)Autogyre (60 kW mono, 80 kW bi) classe 4classe 4

• Aérostat ultra légerAérostat ultra léger classe 5classe 5

< 2000 m3 (air chaud)< 2000 m3 (air chaud)

< 900 m3 (hélium)< 900 m3 (hélium)

4LF

HISTORIQUE • 1883 Gaston Tissandier : Dirigeable électrique ….• 1979 Solar riser • 1980 Gossamer Penguin (solaire)• 1981 Solar challenger• 1983 Solair 1• 1990 Sun seeker• 1992 Antares 20E• 2006 Paramoteur électrique : Czaba Lemak• 2007 e-Souricette et Electro Trike• 2009 Pouchelec APEV• 2009 e-Cri-cri (bimoteur)• 2010 Luciole MC25E

5LF

Puissance pour voler ?

• Puissance pour décoller 10-12 kW …

• Puissance en vol de croisière 4 kW …..

Autonomie des batteries?

• Une heure 5-8 kWh

• Poids (Lithium) 50-80 kg

6LF

7LF

Hélice

• Traction statique 50-100 kgf

• Vitesse d’éjection (pas-pitch) 90-160 km/h

• Le produit est en gros proportionnel à la puissance

• Paramoteur 8-10 kW

• Pendulaire 10kW

• Planeur électrique 10-20 kW

• Avion électrique 10-40 kW

• Hélicoptère électrique ?

8LF

Moteurs à balais

• Usure des balais (pour les fortes puissances)

• Démarre facilement

• Contrôleurs existent (Alltrax)

• Marques : Lynch, Agni, LEM, Perm, NetGain

9LF

Moteurs brushless PM-BLDC

• Commutation par Mosfets

• Contrôleurs existent (Kelly, Sevcon ..)

• Marques :

Parawatt, Flytec, Yuneec, Enstroj, Mars-Etek

• Excellent rendement

• Bonne densité 2 à 2.5 kW/kg

10LF

Moteurs à cage d’écureuil

• Moteurs dits à induction AC

• Excitation sinusoidale triphasée

• Contrôle vectoriel (amplitude-fréquence)

• Moteur utilisé par la voiture TESLA

UN PEU DE THÉORIE …

• FORCE DE LAPLACE (LORENTZ)

OU

• INTERACTIONS MAGNÉTIQUES

Rotor = aimants permanents

Stator = Champ magnétique « tournant » par commutation de l’excitation des bobines, en général triphasée et par impulsions

11LF

http://www.univ-lemans.fr/enseignements/physique/02/electri/forcelaplace.html

FORCE DE LAPLACE (LORENTZ)

12LF

N

S

Main droite

FBI

F = B I dL

Fendt

http://www.univ-lemans.fr/enseignements/physique/02/electri/forcelaplace.html

PM-BLDC• Rotor externe : outrunners

• Rotor interne : inrunners

• Rotor disque / flux magnétique axial

• (Avec ou sans encoches - slotted or slotless)

LF 13

AIMANTS

• Néodyme (NdFeB)

• Poudre frittée + protection Nickel ou Or

• Taille/forme : parallépipède

• Force .. N40, N45, N48, N50

• Magnétisation dans l’épaisseur

• Gamme de température

19LF

PARAMETRES DE BASE

• Kv rpm/V coefficient de vitesse

• Rm ohm résistance phase-phase

• Io A courant à vide (@ tension V)

= pertes fer

• (Kt Nm/A) coefficient de couple

• Produit Kv Kt = CONSTANTE

15LF

16LF

Vitesse rpm

Puissance

rendement courant

Point de fonctionnement (couple ou courant I)

Couple résistant Nm blocage

I max

Tension V

Eta max

Zone utile

CONTROLEURS DE VITESSE

• Difficile à faire soi-même

• Prix de 600 à 1000 euros

• MGM-ComPro

• Schulze

• SLS

• Jeti

17LF

18LF

5 V

S Détection Position Rotor

Séquencement

6 switches

a

A

b

B

c

C

MosfetsPIC, ATMEL ..

S

consigne

ESC

Quelques moteurs brushless

19LF

Parawatt 16 kW

Mega Motors 12 kW

Plettenberg 10 kW Flytec 10-14 kW

LF cellule 40 Ah Pack GBS 40Ah 20

BATTERIES

Lithium polymère (LiPo) Lithium fer (LiFePO4)

Hélices• Composant crucial pour l’ULM électrique

• Pas fixe ou pas variable ? (ou ajustable au sol) ?

• Diamètre

• Pas (en degrés ou en m)

• Surface de pale, corde

• Bipale ou tripale ? bois ou carbone ? un , deux ou trois pièces ?

• Helix, Duc, Arplast, Bolly, Warp drive, Electravia e-Prop

ULX, Varlex, Peszke …

• Logiciel = Heliciel

www.heliciel.com

LF 21

Hélice pour paramoteur

LF 22

Performances des hélices

D diamètre

P pas (pitch)

rpm vitesse de rotation (rev. per minute)

Traction statique

Kt x (P/D) x D^4 x rpm^2

Vitesse de transparence

K x P x rpm

Puissance ~ produit traction statique x vitesse

Kp x (P/D) x D^5 x rpm^3

LF 23

UN PEU DE THÉORIE …

LF 24

Fabrication, bricolage d’une hélice en bois …

Paramoteur électrique Parawatt

LF 25

• Moteur Parawatt 12 kW

• Contrôleur Schulze

• Batteries LiPo Kokam 13S 48V 40Ah, poids 15 kg, 1.9 kWh

• Diamètre hélice 1.30 m, pas 6 deg

• Voile Nervures Kailash 29 m2

• Poids 32 kg

• décollage à pied, mono

• Autonomie 30 minutes

• Concurrents : Yuneec, Flytec ..

Electro trike (pendulaire)

• chariot DTA Alizé

• aile Fuji 16 m2

• moteur Electravia

• batteries Kokam 3 kWh

• hélice bois bipale

26LF http://www.e-trike.electravia.fr/

3 Cri-cri électriques (bimoteurs)

LF Jean-Luc SOULLIER, Hugues DUVAL, Green Cri-Cri 27

Souricette électrique (MB)

Monoplace - bois & toile Envergure : 9 mLongueur : 7 m Masse à vide sans moteur : 115 kg Vitesse de croisière : 90 km/h Finesse : 13Moteur brushed Lynch/AgniBatteries Kokam

LF Electravia 28

Luciole électrique (MC30E)

Monoplace - bois & toile Envergure : 6.9 m

Vitesse de croisière : 150 km/h Moteur brushless Flytec HP13Batteries

LF Jean-Luc SOULLIER (LSA) 29

Yuneec E430 (2009)

Twin seatWing Span: 13.8 m Fuselage Length: 6.68 mEmpty Weight: 178 kg + batteriesMotor : 40 kW @ 2450 rpmBattery : Lithium PolymerBattery Weight (6 Packs): 72 kg

LF 30

Yuneec (e-Spyder)

Monoplace : envergure 9.14 m, longueur 5m (e-Sportstar)Surface alaire : 13.4 m2, allongement 6.25V décrochage 38.6 km/h, croisière 80 km/hMoteur brushless 20 kW (66V)Batteries LiPo 60Ah 24 kg

LF 31

Taurus Electro G2Planeur biplace cote à coteenvergure 14.97 m, longueur 7.27m Surface alaire : 12.33 m2, allongement 18.6V décrochage 71 km/h Moteur pylone 42 kWBatteries Lithium

LF 32

Antares 20E

Planeur monoplace : envergure 20 m, longueur 7.4m Surface alaire : 12.6 m2, allongement 31.7V décrochage 73 km/h @ 530 kgMoteur pylone 42 kWBatteries Lithium

LF 33

Apis EA1 (Pylône) 77000 euros - Slovénie

Envergure 14.97 m

Poids à vide 215 kg

Finesse à 150 km/h = 27

FES (Front Electric Sustainer) - Slovénie

LF 34

Elektra-One (Calin GOLOGAN)- Allemagne

Envergure 8.23 m

100 kg à vide + batteries 6kWh + pilote

A volé le 23 mars 2011 (first flight)

30 minutes avec 3 kWh (50%)

LF 35

Sonex (2010)

Avion électrique: envergure 6.7 m, longueur 5.5m Surface alaire : 9.1 m2V décrochage 74 km/h Moteur 54 kWBatteries Lithium

LF 36

POUCHELECPou du ciel électrique monoplace (formule H. Mignet)Envergures 7.3m (Av) et 5.3m(Ar), corde 1.2m Surface alaire : 14.6 m2V croisière 90 km/h Moteur brushed Agni 12 kW, réducteur à courroieBatteries LithiumVoir aussi « Electra Flea « (Nedo Lavorini , Italie)

LF Daniel DALBY, Charles DONNEFORT 37

DEMOICHELLEC

Monoplace : env. 8.3 m, long. 5.3m Surface alaire : 9.96 m2, aspect 8, incidence différentielleV décrochage 40 km/h @ 250 kgBatteries Lithium

LF Daniel DALBY, Charles DONNEFORT 38

Dynabulle électrique

Ballon à air chaud (Christian MULLER) motorisé électriqueMoteur Parawatt 12 kW + cage orientableBatteries LiFePO4 16S 40Ah

LF 39

ElectroPlume Dirigeable électrique , trois moteurs, trois hélices

LF 40

Tableau de bord « électrique »

LF 41

Futur Protoplane Ultra-E Entreprise française Biplace cote à cote, 450 kg Puissance estimée pour vol croisière à 160 km/h = 13 kW

LF Bela NOGRADY 42

Bon à electrifier Bionic bat (human flight ~ 300-500 W ?)

LF 43

Curiosité américaine !

LF Terrafugia e-Transition 44

DOCUMENTATION

• Internet, Wikipedia …• Challenges avion électrique (CAFE foundation)• Groupes / listes de discussion• Vidéos (après la présentation par diaporama)

LF 45

CONCLUSIONS

• Avenir – rapport à la voiture électrique / batteries

• DIY

• Travaux dans les universités et grandes écoles

IUT Chartres (Bruno SOHIER), Demoichellec 02

IPSA Green (Ecole d’Ingénieurs Aéronautique et Spatial)

• Questions - débat

LF FIN 46