Quadricoptere: fonctionnement, configuration et pilotage RC

 

Les quadricoptères sont des engins fascinant  et il est relativement facile de s’en construire de très performant.

Tout ce dont vous avez besoin, ce sont quelques pièces (moteurs brushless + variateurs / contrôleur de vitesse ESC, batteries Li-Po, châssis, la partie radio TX/RX) et enfin une carte contrôleur dont l’électronique va gérer la vitesses des moteurs. Il en existe différentes type sur le marché:

– HobbyKing Quadcopter Control Board
– OpenPilot / Copter Control (Open Source)
– ArduPilot / Flyduino / ArduCopter (Open Source)
– Arduino Pro + MultiWii ou FCWII
–UAVP: (Universal Aerial Video Plateform) (Open Source)
– MK Flight-Ctrl
– kk Multicopter
– AQ50D / Free Flight FF

Avant de vous lancer dans la réalisation de votre projet, il est intéressent de connaitre le principe de fonctionnement d’un quadricoptère mais aussi d’avoir quelques notions rudimentaires d’aéronautique.

Vous trouverez à la suite 4 chapitres pour vous aider à bien débuter dans le monde du modélisme RC et des multicoptères.:

– vocabulaire: quelques mots à connaitre Tanguage, Roulis, Lacet
– configurer votre Radio Commande (RC Mode 1 vs Mode 2)
– Configurer votre quad: attitude mode et rate mode.
– un multi rotors : comment ça marche?

Lexique du modélisme adapté au monde des multicoptères (quad, hexa…):

Vous trouverez ci-dessous un petit glossaire avec des définitions des mots fréquemment employés pour désigner les  principaux composants utilisés dans l’aéromodélisme.

Tangage (Pitch): permet d’avancer ou reculer en inclinant respectivement vers l’avant ou l’arrière le quad autour d’un axe imaginaire traversant le quad dans un plan horizontal et perpendiculaire à l’axe de vol (gauche droite)

Roulis  (Roll): permet d’effectuer un virage vers la droite ou la gauche en effectuant une rotation au tour de l’axe de roulis traversant le quad dans son axe de vol.

Lacet (Yaw) :  permet d’orienter horizontalement l’appareil qui pivote sur lui même suivant son axe de lacet dans un sens ou dans l’autre en faisant appel au dispositif Anti-couple.

Throttle : c’est la manette des gaz, elle permet de monter ou descendre en faisant travailler tous les moteurs ensemble.

 

Choisir le mode de configuration de votre Radio Commande:

Sur la plus part des TX, il est possible de choisir la répartition des commandes (YAW, Roll, Pitch) sur les sticks de droite et de gauche. Il existe en tout 4 modes, les plus utilisés sont le 1 et le2.
Pour le pilotage de quadricoptère, le mode 2 est le plus adapté car toute l’assiette est contrôlée par un même manche (ce qui se rapproche le plus d’un vrai hélico )

 

Schéma décrivant les 4 modes de RC pour hélico et multicoptère.

 

Quelle différence entre le rate mode et attitude mode?

Rate mode: dans cette configuration  seul les gyroscopes entrent en jeux dans la stabilisation du quad. Concrètement, si le manche de la machine est lâchée, cette dernière continue à évoluer selon l’inclinaison qu’elle avait au moment du lâché du manche. C’est le comportement le plus proche de l’hélico à pas collectif (model réduit ou réel). Sur un quad, il n’y a pas de pas collectif et c’est la commande de gaz qui fait office de. (cf explication du fonctionnement plus bas.)

Attitude mode: ici la stabilisation est géré à la fois par les gyroscopes et les accéléromètres . En lâchant le manche, le quad se stabilise horizontalement et ne dérive pas (à condition bien que l’appareil et la télécommande soit bien étalonnée). Ce mode reproduit le comportement type d’un hélicoptère model réduit à bi rotor coaxiale. Ici, la commande des gaz permet de monter et descendre.

Un multirotors : comment ça marche?

En tournant, les hélices de votre quadricoptère créent une force de sustentation qui lui permet de décoller puis de volé.
Mais sur un aéronef à multi rotors, en l’absence de gouvernes aérodynamiques comme les ailerons ou dérive/profondeur d’un avion, vous vous demandez sans doute comment l’engin arrive à pivoter sur ses 3 axes X, Y et Z (tangage, roulis et lacet) ?

En fait, c’est relativement simple, il suffit de faire varier la vitesses des hélices de manière synchronisé ou non celons les mouvements et l’orientation de l’engin souhaité.

En effet, sur un quadricoptère nous avons deux groupes d’hélices travaillant comme suit:

– 2 hélices fixées sur des bras opposées tournent dans le sens horaire et les 2 autres dans le sens antihoraire. Cela permet d’annuler le couple induit par l’effort de chaque moteur pour faire tourner ses hélices.

 

En poussant à fond tous les moteurs à fond de manière synchro. Le quadri monte.

 

 

Il suffit de donner un inclinaison du quadri vers l’avant pour le faire avancer… Pour ce faire un couple de moteur va tourner plus vite que l’autre duo.

et même principe pour entamer une translation latérale.  (inclinaison sur la droite ou la gauche pour aller dans la direction correspondante).

Pour le lacet, la technique ce complique pour arriver à faire pivoter le quadri sur son axe vertical Z et maintenir son assiette à l’horizontal.

Prenons l’exemple d’un un hélico, le couple induit par le moteur qui fait tourner le rotor principal est annulé par la petite hélice verticale sur la queue de l’hélico. C’est ce qu’on appel  … l’anti-couple, c’est grâce à cela que l’hélico ne part pas comme une toupie. Il suffit de diminuer la force de l’anti couple pour faire tourner l’hélico sur lui même.

Pour faire pivoter le quadricoptère sur son axe de lacet (yaw), c’est le même principe, en faisant tourner légèrement plus vite les 2 moteurs tournant dans le même sens (flèches 1 et 3 ci dessous) et un poil moins vite les 2 autres (flèches 2 et 4). Pour plus de détails techniques, vous pouvez vous référer à cette page.