Du quadrirotor en général au X-BL-UFO de PC-Quadrat

Préambule : Ce texte est tout public, mais contient des références au modélisme. Des connaissances de base en modélisme sont donc nécessaires.

La théorie

stationnaire

Un quadrirotor est un appareil volant comportant 4 rotors pour sa sustentation. Les 4 rotors sont généralement placés aux extrémités d'une croix, et l'électronique de contrôle est habituellement placée au centre de la croix. Afin d'éviter à l'appareil de tourner sur lui même sur son axe de lacet, il est nécessaire que deux hélices tournent dans un sens, et les deux autres dans l'autre sens. Pour pouvoir diriger l'appareil, il est nécessaire que chaque couple d'hélice tournant dans le même sens soit placé aux extrémités opposées d'une branche de la croix.

De part sa nature, l'appareil est totalement instable : autant essayer de faire tenir une assiette ( sans la faire tourner ) au bout d'un manche à balai...
Pour que l'appareil soit stable, il faut donc un système qui soit capable de contrer toute variation d'inclinaison sans attendre un ordre du pilote: les réflexes humains sont 10 fois trop lents. Par ailleurs, les ordres provenant du système de stabilisation se traduisent par des variations de régime sur les moteurs. Donc plus les hélices sont légères, plus les moteurs sont puissants, et plus l'appareil sera stable.
C'est pour cela que les quadrirotors sont des machines électriques et que le système de stabilisation est généralement électronique.
Dans sa version de base, on a donc affaire à un appareil se pilotant à l'aide d'une télécommande 4 voies, de la même façon qu'un hélicoptère modèle réduit à pas fixe comme le Honeybee V2 d'Esky, ou le DF4 de Walkera. L'appareil n'a pas de distinction physique permettant de situer un nez ou une queue. L'avant de l'appareil est donc attribué de façon arbitraire et repéré par un signe distinctif ( bras de croix peint en rouge,etc..). Sur certains modèles, on peut même désigner l'avant de l'appareil par programmation.

Conception à partir de zéro

Plusieurs écoles d'ingénieurs se sont intéressées au quadrirotor pour développer des projets d'étude. Exemple : l'Ecole Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Constructions Aéronautiques

Autre exemple intéressant est le projet UAVP, mais bien qu'on puisse trouver les composants de base dans le commerce, sa réalisation nécessite des compétences poussées en électronique: programmation de processeurs embarqués, soudures de mini-composants...

Il existe aussi un forum spécialisé dans la conception et la réalisation de quadrirotors :xbird.fr.

Un exemple de réalisation se trouve ici : le Gorrazoptère

Mais ici, l'idée consiste plutôt à recenser les informations techniques et commerciales permettant de mettre le quadrirotor à la portée de modélistes pas forcéments férus d'électronique, mais sachant tout de même bricoler.

Je vais donc parler des solutions qui partent d'une base commerciale et qui nécessitent toutes plus ou moins de savoir bricoler, mais sans avoir forcément besoin d'un niveaux d'expertise en électronique.

Les différents modèles commerciaux.

l'UFO 4 de Walkera

UFO4

Cet appareil est le tout nouveau challenger dans le monde des quadrirotors RTF. On ne sait pas encore grand chose de ses performances.

Il est actuellement en vente chez rc-fever à un prix avoisinant les 200 euros.

le Draganflyer V TI

Cette machine n'a visiblement pas rencontré son public : composants fragiles et chers, introuvable ailleurs qu'aux USA, et incompatibles avec l'équipement europeen (pas de vis différents).

Par ailleurs, la stabilisation est basée sur la détection d'horizon par capteur infra-rouge ce qui reste assez aléatoire. Les moteurs brushed réductés par engrenage font que ses performances de vol sont assez moyennes.

On la trouve pour 800$

Un sujet a été ouvert sur le Le forum du modelisme: Voici le lien direct

L'intellicopter

D'une conception soignée et capable de bonnes performances en vol (mais toujours avec des moteurs réductés), son prix nu supérieur à 1000 euros le met hors de portée de la plupart des bourses.

voir aussi le site ovirc

Le MD4-200 de la société Microdrones

Je le cite ici pour mémoire : c'est un quadrirotor réservé aux professionnels. Le prix est définitivement dissuasif : 11000 euros pièce...

l'X-UFO de Silverlit

Lancé en 2005, cette soucoupe volante fabriquée en Chine fonctionne sur le principe du quadrirotor. Il s'agit en fait d'un jouet : vendu entre 120 et 180 euros, sa coque en polystyrène le rend relativement incassable.

X-UFO

Le gyroscope mécanique est composé d'un tout petit disque métallique tournant à haute vitesse et permet à l'UFO de connaitre sa position par rapport à l'horizontale. Il assure la stabilisation du roulis et du tangage, mais pas du lacet.

Utilisé en intérieur, ou par vent nul, l'appareil offre un comportement identique à un hélicoptère birotor type Lama.

Il y a d'abord eu une version 1, puis une version 2 ( la plus courante).

L'X-UFO souffre d'un problème de positionnement marketing : un rien trop compliqué à piloter pour un enfant, trop jouet pour intéresser vraiment les modélistes.

Il est devenu difficile à trouver ailleurs que sur les sites de ventes généralistes comme ebay.

Par ailleurs, des copies totalement impilotables et non évolutives circulent également.

Les défauts constatés sont les suivants:

Malgré ses défauts, cet appareil est toujours très recherché parce qu'il accepte toute une série de modifications DIY, des upgrades également réalisables soi même, ainsi que des upgrades commerciaux proposés par la société PC-Quadrat. (attention : il faut impérativement partir d'un appareil estampillé Silverlit)

le X-BL-UFO de PC-Quadrat/Asctec

Le X-BL-UFO est sorti en aout 2007. Il est composé des élements suivants qu'il faut assembler soi même :

total environ 880 euros


L'assemblage prend environ 6H00, et nécessite rigueur,méthodologie et une bonne maitrise de la soudure au fer. Les documentations d'assemblage sont en anglais/allemand.

Cette machine est nettement au dessus des autres modèles en terme de performances: Les moteurs assurent plus d'1kg de poussée, et l'électronique fonctionne à fréquence élevée ce qui rend cette machine très stable, et capable de voler même par vent fort. Les hélices sont vissés directement sur les moteurs brushless, et le seul bruit émis est donc celui du vent dans les hélices, et des roulements à bille des moteurs.

voici une video de démonstration:

Les modifications/améliorations DIY de l'X-UFO de Silverlit

Remplacement de la batterie Nimh

Il suffit de remplacer la batterie d'origine par une batterie Lipo ( voir http://ni-cd.net pour les infos générales concernant la technologie Lipo ). Plus puissante et plus légère, elle permettent à l'UFO d'avoir une meilleure réactivité,de soulager les moteurs, et de voler plus longtemps.

Batterie conseillée : Lipo 3S, de 400mAh à 950mAh ( au delà, la batterie devient plus lourde que la Nimh d'origine).

Remplacement de la télécommande d'origine

Le récepteur de l'X-UFO peut accueillir n'importe quel quartz de 27 à 41Mhz

Il suffit d'utiliser un quartz de la fréquence de votre radio, et d'utiliser le mode PPM pour pouvoir piloter l'UFO. Les voies sont affectées ainsi : Voie1=gaz, voie2=... voie3=... voie4=.... Pour les radios graupner, il faut donc tricher avec le mode de pilotage pour mettre le gaz sur la voie 3. Si la permutation des voies 2 et 3 n'est pas possible sur votre radio ( ex : FF9 ), il suffit de considérer que l'avant de votre UFO est placé sur l'anneau de droite.

suppression de la carène

Le fait de supprimmer la carène rend l'UFO moins sensible au vent de travers. Il peut alors translater plus rapidement.

Photo de l'X-UFO nu

Cette modification est toutefois déconseillée avec le gyroscope mécanique d'origine: la carène protège efficacement l'appareil en cas de crash, et un FOD à plus de 3m de haut sans carène pourrait se révéler fatal. De plus, il faudra prévoir une autre protection pour l'électronique centrale, ainsi qu'un train d'atterissage.

renforcement du gyro mécanique

Collage du gyro

Cela consiste à ouvrir l'X-UFO, et à faire en sorte que la toupie du gyro ne puisse plus se déboiter de son axe.
Il existe plusieurs techniques : superglue comme sur la photo, utilisation d'un fer à souder pour fusionner les 2 parties.

Assemblage d'un gyro piezo DIY.

Cette modification est appelée plotmod en référence à son concepteur allemand plottermeier. Collage du gyro Il s'agit de réaliser un petit montage électronique à base de 2 résistances, 2 condensateurs et 2 gyro piezo. Le montage est soudé sur le gyro mécanique d'origine dont on aura retiré la toupie. Les gyro piezo proviennent d'un jeu Marioware ( source d'approvisionnement la plus abondante et la moins chère), ou d'un gyro conservateur de cap d'hélicoptère.
Un tutorial très détaillé est disponible sur le site de héli4, Lien direct

Ajout de dissipateurs sur les moteurs

Dissipateur

A base de petites lamelles d'aluminium, ou de pieces fraisées en aluminium. Ces dissipateurs permettent d'éviter la surchauffe, et de voler plus longtemps pour quelques grammes de plus.

Les upgrades de la société PC QUADRAT pour l'X-UFO de Silverlit.

Roulements à bille ( Bearing/ Kugellager )

on peut remplacer les 2 paliers assurant la fixation de l'axe de chaque hélice par 2 roulements à bille. Il faut donc 8 roulements pour rééquiper complètement son UFO. Gain espéré : meilleur rendement de l'UFO.


Montage roulements sur l'X-UFO

X-Frame ALU-Motorhalter

Je parle ici de la version à 36,90 EUR. Il s'agit de cages pour moteurs en aluminium qui remplacent la cage en plastique d'origine. L'aluminium assure une bonne dissipation thermique des moteurs, et l'achat d'un exemplaire anodisé rouge et 3 exemplaires anodisés bleu permettra de rester dans la philosophie de l'UFO ( une LED route devant, et 3 LED bleues sur les 3 autres anneaux) Cette version est compatible avec les tubes en carbone originaux de l'UFO (mais PAS avec l'X-csm.. voir plus loin)

X-Csm

la version complète, pas la version "BL only": on peut remplacer la croix d'origine par cette structure en balsa/carbone/magnésium. Elle est très légère mais toutefois un peu plus lourde que la croix d'origine. Par contre, elle est plus solide.
Cet upgrade demande une bonne maitrise du fer à souder : il faut dessouder tout le cablage de la platine chinoise et ressouder ensuite tous les cables une fois qu'on les a fait passer dans la nouvelle carène.

X-3D + X-3D cable for Chinaboard

Si il n'y avait qu'un upgrade commercial à faire sur votre UFO, prenez celui-là. De plus, il ne demande qu'un petit tournevis et un peu de patience.

Le X3D remplace le gyro mécanique et offre de plus un conservateur de cap sur l'axe de lacet. Grâce à cet upgrade, l'UFO devient réellement pilotable, même à l'extérieur par vent léger. C'est comme si on passait d'un hélicoptère bi-rotor sans conservateur de cap à un hélicoptère à pas fixe,mais en plus stable.

X-base + X-act bundle

Carte mère assurant le lien entre tous les éléments : récepteur, moteurs de l'UFO et X-3D.

Il faut choisir la version 35 ou 40/41Mhz en fonction de son pays.

Cet upgrade demande une bonne maitrise du fer à souder : il faut dessouder tout le cablage de la platine chinoise et ressouder tous les cables sur la Xbase.

Le X3D et son interface USB sont obligatoire avec la X-base. En effet, la X-base ne reconnait que le X3D, et pas le gyro mécanique. Par ailleurs,on utilise l'interface USB également directement avec la X-base et elle est obligatoire pour configurer le récepteur en fonction de votre radio.

Installation X-base

Avec la X-base et son récepteur ACT, la qualité de réception est à la hauteur des meilleurs modèles réduits. De plus, l'UFO devient particulièrement progressif : on exploite à fond la finesse de la radio ( je parle d'une MX12 ou équivalent,pas de la télécommande d'origine).

Les moteurs brushed sont un peu plus silencieux et un peu plus performants car les triacs de puissance de la X-base travaillent à une fréquence élevée. On le voit particulièrement en poussant doucement la manette des gaz: les moteurs commencent à tourner doucement et régulièrement alors que c'est impossible à réaliser avec la platine chinoise.

Cette carte comporte de plus un mode apprentissage qui permet de faire reconnaitre n'importe quelle télécommande en PPM: reconnaissance automatique des voies et des inversions.

Video de demonstration :

X-BL set : 4 moteurs brushless et leurs 4 controleurs

le Xbase est obligatoire avec ce kit, ( donc le X-3D également).

De plus, le X-csm est fortement conseillé car sinon, il faut se bricoler soi même des fixations moteurs BL au bout des tiges en carbone. Par ailleurs,les tiges de l'XUFO d'origine ne sont pas assez rigides : l'UFO va plier sous la puissance des moteurs.

On obtient donc au final la machine X-BL-UFO décrite ci-dessus. Seules les hélices seront encore d'origine.

Conclusion à propos de l'X-UFO + PC QUADRAT:

Comme on peut le voir, on peut donc upgrader progressivement son X-UFO de Silverlit pour arriver au X-BL, ou alors acheter directement ce modèle chez PC-Quadrat

Si on se décide pour l'option "X-UFO + upgrades selon mes envies", le plus difficile reste encore de se procurer un X-UFO vraiment estampillé Silverlit, et à un prix raisonnable.

On agira donc selon ses moyens et sa passion.

Les upgrades de l'X-BL de PC-Quadrat

L'XBL accepte égament un certain nombre de modifications DIY, ainsi que des upgrades commerciaux

Le module ACC de PC-Quadrat

Ce module commercial n'est pas encore en vente. il s'agit d'une centrale inertielle qui permet à l'X-BL-UFO de contrôler sa vitesse relative. Voici une video de démonstration de l'X-BL+ACC:

Le buzzer

Ce montage DIY est proposé ici par OrangGilaTahi. Il s'agit d'un petit montage électronique qui exploite le fait que les LED de controle clignotent par couple opposés quand la batterie arrive en fin de charge ou qu'on éteint la radio.

Diagrame du montage

Les deux LED bleues dont il est question dans le montage font références aux LED équipant l'X-UFO de Silverlit. En fait, ce montage a d'abord été conçu pour l'X-UFO, puis validé tel quel pour le X-BL. Sur l'X-BL, les LED en question sont optionnelles, et il faut les souder soi-même. Elles seront donc de la couleur que vous avez choisi.

Mes modèles