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Mini CQFD

Projet de 2013

 

Le Colugo version FPV ayant montré ses limites, j'ai entrepris la conception d'un nouveau mini quadcopter. Par jeu, je me suis attaché à copier le CQFD, l'élément déclencheur étant certainement le fait de trouver des tamis à scellement chimique de taille convenable pour faire les patins d'atterrissage...

Caractéristiques

  • Dimensions : 23 centimètres de côté (de rotor à rotor)
  • Poids prévu : 250g en ordre de vol FPV, réalisé 240g !
  • Moteurs: 18-11, 2000kV
  • ESCs: Turnigy Plush 6
  • Hélices: 6x3
  • Accus: 2S 600mAh et 2S 1300mAh
  • Autonomie: 5 minutes (600mAh), 15 minutes (1300mAh)
  • Contrôleur de vol: MultiWii Lite v1.0 (40mm de côté, 9g)
  • Radio: Graupner MX16S et récepteur Corona micro


Introduction

Comme d'habitude, l'étude part de la motorisation. J'ai acheté chez HobbyKing quatre petits moteurs sympathiques, des 18-11 donnés à 2000kV, prévus pour tourner sous 2S et qui développent 130 grammes de poussée avec une hélice 6x3. Appliquant la règle empirique qui a bien réussi jusqu'à présent, je me donne un budget masse pour l'engin égal à deux fois la poussée, soit 260 grammes tout mouillé. Je réutiliserai les composants du Colugo, et un rapide décompte indique qu'il y a de la marge pour la cellule et l'accu de propulsion.


Construction

Le problème rencontré sur le Colugo FPV étant un niveau de vibration difficile à réduire, je fais l'hypothèse qu'une structure carbone trop rigide est préjudiciable. D'où le choix de partir sur une conception tout en balsa, d'assez forte section.



La croix est réalisée en baguettes 8 x 8 mm, mais à la différence du CQFD les bras se croisent au centre, avec un collage encastré pour compenser la fragilité du balsa. La nacelle est une planche de balsa tendre 50/10 ème. Sa fixation reprend le principe des cordes à piano. Elles sont de diamètre 10/10 ème, et encastrées dans la nacelle comme sur le CQFD "grandeur". Côté croix, chaque extrémité des cordes à piano est noyée dans un support réalisé avec une goutte de pâte silicone "Sugru", accrochée au balsa, pour désolidariser au maximum les deux éléments. Les collages de la croix sont faits à la colle vinylique. La réalisation de la nacelle est faite à la cyanoacrylate.



Les baguettes balsa sont renforcées au niveau des fixations (moteurs, patins) par l'application de cyanoacrylate étalée à la surface. Ceci rigidifie fortement les fibres de surface et évite que les colliers de fixation ne rentrent dans le bois. Les serrages sont modérés cependant, car tout ça reste fragile...

La fixation des hélices me pose souci, car les prop-savers fournis avec les moteurs offrent un diamètre de support de 5 mm, alors que l'alésage des hélices est de 6 mm... J'ai finalement opté pour d'autres prop-savers, les mêmes que sur le CQFD originel. Leur diamètre côté axe moteur est de 3 mm, et pour assurer leur bon centrage sur l'axe, qui fait quant à lui 2 mm, l'astuce est de positionner un petit morceau de gaine thermorétractable sur l'axe moteur, ce qui augmente son diamètre de façon uniforme.

En vol

Pour les premiers essais j'embarque les mêmes accus que le Colugo, à savoir deux éléments 1S de 600 mAh, qui pèsent 32 g à eux deux. La masse totale en ordre de vol (sans équipement FPV pour le moment) sort à 165 grammes ! C'est très léger, ce qui me laisse l'option d'accus plus conséquents. Je commande donc des 1300 mAh en 2S... Ces accus, ainsi que les composants FPV, devraient faire monter la balance à 249 g, en-dessous de la prévision ! C'est la première fois que je construis plus léger que prévu, et c'est de bonne augure.





Malheureusement la météo est désastreuse et je dois patienter pour faire les essais... Petit test entre deux averses : l'oiseau est affligé d'une méchante vibration basse fréquence sur la nacelle, sur l'axe de lacet... J'incrimine d'abord les fixations des hélices, et je remets les prop-savers axe 2 mm livrés avec les moteurs, en assurant le centrage de l'hélice au moyen de fines bandes de scotch enroulées sur le prop-savers. C'est nettement mieux au niveau des vibrations des bras, en statique, mais ma nacelle tremblote toujours en vol... Petit tour dans les paramètres PIDs de la carte contrôleur, je monte le pitch et le roll, je baisse le yaw... Ah, la vibration n'est plus visible, je suis sur le bon chemin. Au final, les paramètres PID que j'ai adoptés sont les suivants : P=4.5 / I=0.030 / D=0.

Bilan, l'oiseau est très agréable aux manches, nerveux mais souple, avec un axe de lacet qui répond bien, et une réserve de puissance impressionnante (et encore j'ai un petit accu de 600 mAh, d'ailleurs j'ai mis du lest pour figurer l'accu de 1300 mAh que je n'ai pas encore reçu). Je me prends à rêver d'embarquer la GoPro sur ce moustique, je ferai certainement un essai avec la forme lestée en tout cas !



Mise à jour après une nouvelle séance de tests. J'ai reçu mes accus 1300 mAh, parfaitement adaptés à la bestiole, qui se retrouve du coup avec une autonomie de l'ordre de 15 minutes, c'est top. Les essais confirment le comportement du mini CQFD, très sain et souple. Je l'équipe ensuite de matériel micro-FPV, et là, la souplesse des cordes à piano induit des vibrations désagréables qui vont nécessiter une mise au point détaillée...

A côté de son grand-frère, l'engin fait vraiment moustique...



FPV

Après quelques séances passées de vol FPV dans le jardin, voici mes impressions... Le mini-CQFD est certainement le meilleur multicoptère que j'ai réalisé, et son seul défaut est sa sensibilité au vent, rançon du poids plume. Côté qualités, il est vraiment très maniable et souple, silencieux (on ne l'entend quasiment plus passé une dizaine de mètres d'éloignement), et l'autonomie avec les accus Nanotech 1300 mAh est confirmée à 15 minutes sans souci, ce qui est vraiment sympa à l'usage. Sa petite taille et sa faible inertie en font un engin idéal pour voler dans le jardin, sans risquer d'abîmer quoi que ce soit, avec une enveloppe de vol nettement plus évoluée que le Ladybird et sa courte portée... Bon il me reste à trouver le courage de faire le tour complet de la maison, d'après mes tests la portée vidéo le permet mais il faut se lancer n'est-ce pas


Pour l'équipement FPV j'ai réalisé une platine amovible qui accueille la micro-caméra précédemment testée sur le Ladybird, avec un émetteur 2,4 GHz sans son coffret (trop lourd) pourvu d'une antenne à polarisation circulaire directement soudée (la connectiques coaxiale étant lourde elle aussi). Le montage est complété par un régulateur de courant qui abaisse la tension pour la caméra, et par une ferrite (gros modèle, lourde mais efficace) sur les fils d'alimentation. En effet, la batterie de bord alimente tout, et grâce à cette ferrite les parasites vidéo restent raisonnables. La platine est juchée sur quatre "pieds" en mousse qui sont en fait des bouchons d'oreille, en vente en grande surface de bricolage au rayon des protections auditives. Cette mousse a l'air de bien filtrer les vibrations, et l'image obtenue est exploitable en condition de pilotage.



Le moustique a essuyé deux crashs, tous les deux provoqués par la même cause (et j'admets avoir été négligent après le premier crash...ce qui aurait évité le second). Dans les deux cas une soudure sur un des contrôleurs de moteur a lâché, occasionnant l'arrêt brutal du moteur correspondant et la descente verticale du quadcopter. Dans le premier crash, un buisson a réceptionné l'oiseau et je n'ai eu qu'à refaire la soudure pour revoler immédiatement. Le second crash a quant à lui été l'occasion de rencontrer la planète, ce qui a cassé un bras balsa et la platine FPV, en amochant l'antenne cloverleaf au passage... Suite à ces dégâts j'ai entrepris de noyer les connexions sur les ESCs avec de la colle chaude, en espérant que les soudures des moteurs ne lâchent plus désormais !


J'ai également testé des accus Nanotech 1800 mAh, qui procurent une autonomie de 18 minutes en alourdissant un peu la bête. Je pense au final que les 1300 mAh procurent le meilleur compromis poids / autonomie, et sont idéaux pour ce petit quad.

Crash !!

Premier vol FPV avec éloignement et prise d'altitude. J'ai rompu le regard FPV pour repasser en vol à vue sans savoir l'orientation du quad. Prise de vitesse et perte d'altitude... A la dernière seconde j'abandonne et je coupe les gaz. Bilan crash dans les algues, la croix balsa cède... Pas de dégât visible des composants, à tester. Après test, un voire deux moteurs et/ou contrôleurs sont suspicieux...

Leçon apprise : repasser en LOS n'est pas une bonne idée. Si on veut le faire, identifier l'orientation du modèle avant. La configuration du moustique rend la chose impossible tel quel, il faut ajouter un indicateur d'attitude (LEDs ou balle de ping-pong...). J'aurais probablement évité le crash en me concentrant dans les lunettes... Faire confiance !!

Voici le résultat, un petit quad en kit...




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