L'ASK-18 Lithium-ion

1 - A la recherche de Patrick Piotte

: Voilà bientôt 8 années que j'ai acquis cet ASK-18. Une première naissance réussie puisque admirablement construit par René Piotte (bien connu pour ses grands Ka 6) avec l'aide de son fils Patrick. Cette magnifique reproduction de l'ASK-18 de Schleicher est tout en structure. C'est Patrick qui me l'a cédé. J'ai perdu sa trace et je souhaiterai le retrouver. Il doit être actuellement président d'un club de modélisme dans le Bordelais...
Le planeur grandeur a fait son premier vol en décembre 1974. Dans la gamme des planeurs Schleicher il succède au Ka6e. C'est un hybride du Ka6 et du Ka8. Conçu par l'ingénieur Kaiser, ses performances ont été décrites dans l'excellent ouvrage de Richard et Monique Ferrière "Motoplaneurs et Planeurs d'Alexandre Schleicher" publié en 1982 par les Editions SEIDEC.
Au tout début j'utilisais un sandow ou un remorqueur pour faire voler ce planeur. C'est ainsi que j'ai découvert ses remarquables qualités de vol. Pour un appareil de cette envergure (3 mètres) son poids est très modeste. Il est très peu chargé (41gr/dm2) et accroche facilement les ascendances, ce qui autorise des vols de 10 à 15 minutes.

Caractéristiques:

Envergure: 3000 mm

Longueur: 1360 mm

Poids : 2.6 kg

Surface alaire: 54 dm2

Charge alaire: 48 g/dm2

Profil: genre Eppler

Motorisation: LRP VX Turbo (Nr 5725) réducté 3.7/1 Robbe Planeta

Hélice: 13x7 CamProp Graupner repliable

Energie: 8 éléments 1250 SCRL Sanyo de 9.6 volts et 360 grammes.

Fonctions: Dérive, profondeur, ailerons, moteur.

Autonomie: 10 à 12 minutes de vol sans ascendances notables.

2 - La seconde naissance de l'ASK-18

: L'idée de l'électrifier m'est venue durant l'année 1997. Je voulais être plus autonome et ne plus dépendre d'un remorqueur. Pour couper le cordon ombilical, il fallait une propulsion. Je fis une étude rapide des motorisations possibles (à cette époque). Mon choix se fixa sur un groupe motopropulseur constitué d'un moteur LRP VX Turbo (Nr 5725) de 168 grammes, associé à un réducteur planétaire Robbe Planeta 3.7/1 de 112 grammes.
Les premières évaluations sont réalisées à partir de batteries Ni-Cd (8 éléments 1250 SCRL Sanyo de 360 grammes). L'ensemble (moteur et réducteur) est un peu lourd (280 grammes sans la batterie) mais relativement performant pour l'époque. L'hélice retenue est un 13x7 CamProp Graupner repliable. La batterie de propulsion assure l'alimentation de la réception grâce à la fonction BEC du variateur. Au banc d'essai, cette motorisation conduit aux valeurs suivantes (au plein régime):

Moteur	Réduction	Hélice	Consommation	Tension	Watts input	RPM
LRP VX Turbo (Nr 5725)	Robbe Planeta 3.7/1	13x7 CamProp Graupner	17.6 A	8.6 volts	151 Watts	5400 tr/mn

Les premiers essais en vol sont effectués par Arnaud Proux. Le bébé semble assez bien né car l'ASK-18 se révèle très agréable en dépit de son poids (2.6 kg en ordre de vol). Mais l'enfant s'essouffle vite. Son autonomie reste toujours limitée à 10-12 minutes de vol sans ascendances notables. Je ne voulais pas en rester là...

3 - Il fallait attendre la fée Lithium-ion

: Resté quelque temps en sommeil, mon ASK-18 va naître une troisième fois. Deux fées magnifiques vont se pencher sur son berceau pour lui donner un don exceptionnel: celui de voler plus d'une heure.
Les fantastiques progrès technologiques permettent actuellement d'améliorer considérablement l'ASK-18. Les progrès des batteries tout d'abord. Le Lithium-ion possède une haute densité énergétique (4x le plomb, 3x le Ni-Cad, 2x le Ni-Mh). Les progrès des moteurs et des réducteurs sont également très sensibles.
Pour conserver à mon ASK-18 toutes ses qualités, je décidais d'un cahier des charges:

son poids total en version Lithium-ion ne devra pas excéder celui de la version Ni-Cd (2.6 kg) de manière à conserver la même charge alaire.

La source d'énergie devra-être capable de fournir les 150 W input (151 en réalité). Ceci correspond à un niveau de décharge qui n'est possible qu'avec la batterie du Fieseler Storch (3 MP174865 SAFT de 10.8 volts, 4.5 Ah et 400 grammes).
Comment déterminer la motorisation susceptible d'absorber les 150 W input?

4 - Comment choisir une motorisation

? Pour tenir le cahier des charges que nous nous sommes imposé, nous devons compenser le surpoids occasionné par la batterie Lithium-ion de 400 grammes. Cette dernière pèse en effet 40 grammes de plus que la batterie 8 éléments Ni-Cd 1250 SCRL Sanyo de 360 grammes. Rappelons qu'elle embarque 3.3 Ah de plus (4.5 Ah - 1.2 Ah)! D'autre part, une batterie de réception de 4 éléments Ni-Cd 900 mAh est indispensable. C'est 90 grammes qui s'ajoutent en raison de l'impossibilité d'utiliser la fonction BEC du variateur. Au total ce n'est pas moins de 130 grammes (40 + 90 gr) que nous devons économiser sur le planeur.
La série des moteurs Plettenberg HP 200/20/.. réductés 4.4/1, déjà testés sur le Ventura, le Fieseler Storch et l'ASW22 BE, nous avait donné toute satisfaction. Un rapide bilan des masses fait apparaître que ce moteur, à lui seul, présente un grand intérêt. Il pèse 163 grammes soit 280 - 163 gr = 117 grammes de moins que le LRP VX Turbo (Nr 5725) réducté 3.7/1 Robbe Planeta!
Notre problème est pratiquement résolu! A 13 grammes près, il semble possible, de réaliser une version Lithium-ion de l'ASK-18 pesant 2.6 Kg grâce à la fée Plettenberg.
Dans la pratique, deux problèmes restent en suspend. Quel nombre de spires doit avoir le moteur réducté 4.4/1 et quelle hélice peut le mieux absorber les 150 W input?

5 - La fée Plettenberg avait 7 spires à sa baguette

! L'expérience et les mesures réalisées sur des appareils précédents (Ventura, le Fieseler Storch et l'ASW22 BE) nous a conduit très rapidement à sélectionner le moteur Plettenberg HP 200/20/7 réductés 4.4/1. Une hélice de diamètre 13 et d'un pas restant à définir est envisagée. Pour affiner la propulsion de l'ASK-18, des mesures comparatives au banc d'essai, ont concerné les hélices disponibles: 13x7 Cam Prop Graupner, 13x8 Cam Carbon Aero-naut et 13x11 Cam Carbon Aero-naut. L'étude systématique à plein régime a permis d'obtenir les valeurs suivantes:

Motorisation	Réduction	Hélice	Intensité	Tension	Watts input	Régime moteur	Pas relatif
Plettenberg HP 200/20/7	4.4:1	13x7 Cam Prop Graupner	12.3 A	10 V	123 W	5200 tr/mn	0.53
		13x8 Cam Carbon Aero-naut	13 A	10 V	130 W	5000 tr/mn	0.61
		13x11 Cam Carbon Aero-naut	15.4 A	9.54 V	147 W	4600 tr/mn	0.84

Energie: 3 MP174865 SAFT de 10.8 volts, 4.5 Ah. Origine des données: Jean Paul Gabano.

Le tableau ci-dessus montre que la 13x11 est particulièrement appropriée pour absorber les 150 W de la batterie Lithium-ion. C'est également l'hélice qui possède le pas relatif le plus important (11/13 # 0.85). Nous pouvons en attendre un rendement élevé.

6 - Calcul de la vitesse de vol des fées

: La vitesse de vol d'un avion peut-être calculée à l'aide de la vitesse de rotation et du pas de l'hélice. Nous avons déjà traité un exemple avec l' ASW22 BE de Graupner. En prenant comme coefficient de glissement 0.80 nous obtenons les vitesses de vol suivantes. Les résultats sont nettement en faveur de l'hélice 13x11.

Motorisation	Réduction	Hélice	Pas relatif	Vitesse de vol
Plettenberg HP 200/20/7	4.4/1	13x7 Cam Prop Graupner	0.53	44 km/h
		13x8 Cam Carbon Aero-naut	0.61	49 km/h
		13x11 Cam Carbon Aero-naut	0.84	62 km/h

Caractéristiques ask 18:

Envergure: 3000 mm

Longueur: 1360 mm

Poids : 2.6 kg

Surface alaire: 54 dm2

Charge alaire: 48 g/dm2

Profil: genre Eppler

Motorisation: Plettenberg HP 200/20/7 réducté 4.4:1

Hélice: 13x11 Cam Carbon Aero-naut

Energie: 3 MP174865 SAFT de 10.8 volts, 4.5 Ah et 400 grammes.

Fonctions: Dérive, profondeur, ailerons, moteur.

Autonomie: environ 60 minutes de vol sans ascendances notables.

7 - L'ASK-18 version Lithium-ion

: Si nous revenons 5 années en arrière et calculons la vitesse de vol de la version Ni-Cd qui tournait une 13x7 Cam Prop Graupner à 5400 RMP. Ce qui équivaut à 90 trs/seconde (5400/60) qui correspondent à une distance parcourue de 1600 cm/seconde (90x2.54x7) soit 57600 m/heure (16x3600), c'est-à-dire 57.6 km/heure. Appliquons notre correction aérodynamique (57.6x0.80) et l'ASK-18 Ni-Cd devait voler à 46 km/heure.
On devrait obtenir des performances encore supérieures avec le Lithium-ion à condition d'utiliser une hélice 13x11. Cette hélice assure les vitesses de vol les plus élevées dans tous les cas. C'est ce qui a été observé sur le terrain. Il suffit de regarder Jérôme David se contenter de quelques pas d'élan pour lancer l'ASK-18 Lithium-ion qui s'envol littéralement pour près d'une heure de vol!