Navimodélisme RC - Webzine de modélisme naval radiocommandé

mercredi 23 août 2017

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Théorie

Motorisation, les formules

Albertus

Je vais ici énoncer quelques règles à mémoriser lorsqu’on veut construire ou adapter un bateau en le rendant navigant. Toutefois, je pense qu’il faut avant tout expliquer ces règles, ce qui va nous faire un article assez long à lire, mais qui je crois sera intéressant et de toutes façons indispensable pour ceux qui se lancent dans le naval RC !

La maquette étant construite à une certaine échelle, il faut se baser sur le bateau réel pour déterminer les caractéristiques que devra avoir le modèle réduit.

Le bateau que nous allons prendre en exemple pour ces explications est une vedette, ses caractéristiques sont énoncées en haut de la colonne de droite

Voyons les choses dans l’ordre :


LA DIMENSION

Le modèle terminé mesurera donc 1 mètre, c’est facile :

On divise la réalité par l’échelle


LE POIDS

Première remarque :
-  Si on veut avoir sur l’eau un comportement le plus réaliste possible, il faut essayer de ne pas descendre sous 1 mètre de long. En effet, la vague d’étrave qui va être générée par le bateau sera la même quelle que soit la longueur de la coque, et il est important que cette coque soit plus longue que la vague.

Mais la longueur n’est pas tout, il faut surtout tenir compte du déplacement.
-  Si le modèle réduit est long mais fort étroit, il va rouler à la moindre vague (roulis= balancement latéral)
-  Si le modèle est court et étroit il va flotter comme un bouchon (roulis+tangage)

Le déplacement, c’est le volume d’eau déplacé par la coque, dépendant de son enfoncement. A noter que le modèle réduit doit s’enfoncer jusqu’à la ligne de flottaison définie par l’architecte naval et indiquée sur le plan. Pas question de croire que la ligne de flottaison sera être peinte là où la coque sort de l’eau : au contraire, on peint la ligne suivant le plan, puis on leste le bateau pour qu’il s’enfonce jusque là !

Et si le bateau est déjà plus enfoncé sans lest, on jette tout et on recommence en construisant plus léger !

Il est donc impératif de connaître le poids final du modèle réduit tout équipé (moteur, radio, accus) avant de commencer à construire, afin de définir le bois et les différents éléments de la construction. Le choix des moteurs et du type des accus sera lui aussi déterminant (12 ou 6v, Brushed ou brusless, Plomb ou LiPo...)

Puisque le bateau réel de notre exemple pèse 18000 kg,

Le poids de la maquette toute équipée doit être le poids réel divisé par le cube de l’échelle

L’échelle est le 1/15e, le cube de l’échelle c’est 15x15x15=3375.
-  On divise 18000 par 3375 et on obtient 5,33 kg.

Avec une marge pour le poids de l’équipage, disons 5,5 kg (équipage 6 hommes, soit +/-500 kg) plus le plein de carburant et l’équipement... arrondissons le poids du vrai bateau à 19500 kg. Avec une tolérance, disons que le modèle réduit ne peux absolument pas dépasser 5,8 kg. Sur une maquette du même bateau qui serait au 1/10e, cela ferait un poids de
-  19500 :(10x10x10=1000) = 19,5 kg. Beaucoup plus facile à obtenir !

Si la maquette est au 1/25e, elle ne doit pas dépasser
-  19500 : (25x25x25=15625) = 1,250 kg.

Autant dire que c’est impossible à réaliser (poids des moteurs, + accus, +... on y est déjà !)

Si maintenant on reproduit un bateau de 3600 tonnes et de 50m au 1/50e, la maquette mesurera aussi 1m mais devra peser 29 kg

Il est donc impératif, en modélisme navigant, de se tracasser du poids et de l’échelle avant de commencer à construire ! Il faut donc aussi se rendre compte qu’il est parfois impossible de réaliser un bateau à une échelle trop petite. C’est pourquoi on voit sur les plans d’eau des porte-avions navigants au 1/72e...qui mesures 4,50m de long

Pour le lest à ajouter dans les bateaux RC, on utilise généralement des gueuses de plomb, amovibles, qu’on installe une fois le bateau mis à l’eau. On peut aussi envisager d’installer une carène liquide (le lest est constitué par des caissons étanches qui se remplissent d’eau) mais ce n’est pas évident à réaliser. De grandes maquettes peuvent donc peser 150 kg et plus.


LA VITESSE

Pour calculer la vitesse du modèle, il est admis de

Diviser la vitesse réelle par la racine carrée de l’échelle

C’est une convention admise, mais ce n’est pas correct : En effet, ce calcul privilégie l’aspect du bateau lui même par rapport à sa vague d’étrave. On réduite le bateau, mais on ne réduit pas les molécules d’eau, et cette vague n’est pas proportionnelle à la vraie vague d’étrave, mais bon, on fait ainsi ! Si il s’agit de fabriquer et faire naviguer une maquette pour le cinéma, il faut alors calculer la vitesse par rapport à l’environnement : Un bateau pétrolier de 200m de long navigue à 20 km/h, il parcours donc 20.000 mètres en 3600 secondes. A cette vitesse, il parcourt sa propre longueur en 36 secondes. Si on veut une vitesse réaliste à l’écran, la maquette au 1/100e devra avancer de 1m en 36 secondes, autant dire que sur le plan d’eau on ne le verrait même pas bouger !

Reprenons notre bateau de 18 tonnes au 1/15e qui dans la réalité a une vitesse de pointe de 25 noeuds (1 kn = 1852m) cela donne 25 noeuds divisé par la racine carrée de 15, donc 46,3 kmh divisés par 3,9 = 11 km/h de vitesse maxi

La forme de la coque a une importance capitale :
-  Avec une coque "planante" ou "semi-planante", il faudra certainement un peu dépasser la vitesse de déjaugeage, disons qu’on visera une vitesse de 13 km/h


-  Avec une coque dite "à déplacement", c’est la forme de la coque qui déterminera la vitesse maximum possible. Augmenter la puissance du moteur ne servira pratiquement à rien, le bateau une fois sa "vitesse critique de coque" atteinte n’ira pas plus vite !

√² longueur à la flottaison x 2,5 = Vitesse critique (en noeuds) x 1,9 = vitesse limite en km/h



EXEMPLE PRIS POUR LES EXPLICATIONS :


-  Type de bateau = Vedette
-  Longueur = 15 mètres
-  Poids = 18 tonnes
-  Motorisation = Deux moteurs de 350cv
-  Hélices = Deux hélices tripales
-  Vitesse = 25 noeuds
-  Echelle : 1/15e

LA PUISSANCE

Je retiens deux info : la puissance et le déplacement, soit 2x350 = 700cv pour 19500 Kg j’obtiens donc un rapport poids/puissance de 27,8 Kg/cv

Il faut établir le même rapport poids-puissance que l’original

Je dois obtenir, à l’échelle 1/15eme, le même rapport poids/puissance.

Le poids du modèle est de 5,5 kg, j’ai donc 0,192 cv
-  Sachant que 1 Cv = 736 Watt, en électrique on doit avoir une puissance totale de 0,192 x 736 = 141 watts. Il faut donc installer AU MINIMUM 150w, donc deux moteurs électriques de 75 w. Avec cette puissance, on aura la puissance théoriquement disponible, mais avec un rendement admis de 70% il vaut mieux prévoir 200 w
-  Heureusement, l’arrivée sur le marché du modélisme des moteurs brushless (sans charbons) et de piles au Lithium capables de délivrer de grandes puissances permet enfin de naviguer vite sans avoir recours aux moteurs thermiques.


LES HELICES


-  Le diamètre des hélices ainsi que le nombre de pales seront indiqués par le plan

On respecte l’échelle pour définir le diamètre des hélices

Quand il y a une hélice installée, un effet de couple fait que le bateau a tendance à tirer d’un coté. C’est facilement corrigeable au trim sur l’émetteur. Avec deux hélices l’effet est doublé. Pour y remédier, on fait tourner les hélices en sens inverse l’une de l’autre, en s’arrangeant pour que le sens de rotation s’écarte en haut : un dessin est utile à la compréhension

Les hélices sont installées "supra divergeantes" Vu de l’arrière, en marche avant l’hélice de gauche tourne en sens inverse-horaire, l’hélice de droite en sens horaire
Hélices supra-divergentes vues de l’arrière du bateau, en marche avant - 16.1 ko
Hélices supra-divergentes vues de l’arrière du bateau, en marche avant

Et donc avec une hélice qui a le pas à gauche et l’autre avec le pas à droite.

Hélices Rivabo - 7.7 ko
Hélices Rivabo

Le nombre de pales étant défini par le plan, leur forme et leur surface sera choisie en fonction du modèle de bateau :

Choix d’hélices Raboesch - 13.3 ko
Choix d’hélices Raboesch

Il faut parfois réduire la vitesse de rotation des hélices pour éviter la cavitation. On installe alors un réducteur. La roue dentée montée sur l’arbre d’hélice doit être plus grande que celle de l’axe moteur, par exemple avec un rapport de 3/1 ce qui fera tourner (à vide) l’hélices à 8000 tours/minute avec un moteur qui tourne à 24000 tours/minute !
-  Bien entendu, un régulateur de vitesse permet de contrôler et de limiter la vitesse de rotation, mais une hélice qui tourne trop vite dissipe son énergie sans faire avancer le bateau.
-  Avec les nouveaux moteurs Brushless, on choisi le moteur en fonction de son KV. Le KV est le nombre de tours par volt. Il est donc facile de trouver le moteur idéal.

Reste l’option d’un ou de deux moteurs pour deux lignes d’arbre. Je vous recommande deux moteurs sans hésitation : Cela aura déjà le gros avantage d’éviter une boite de transfert et une perte d’énergie donc deux moteurs seront moins chargés qu’un seul. Cela peut aussi servir à diriger le bateau : en diminuant la vitesse d’une hélice par rapport à l’autre, le bateau tournera. En inversant carrément un moteur, il tournera sur place, bien mieux qu’avec un safran !

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