Présentation : Franck Aguerre Photos : Pascale Constantin

Pour des jets abordables

Cela fait quelque temps déjà que GWS, constructeur taïwanais bien connu pour ses petits servos, propose sur le marché des turbines électriques. Beaucoup de gens en parlent, quelques-uns les utilisent, mais le flou demeure quant à leurs performances réelles. Nombre d’entre nous ont déjà entendu la chanson : les turbines GWS, c’est du pas cher, pas terrible, pour les petits avions légers voire sous-motorisés. Pour les vrais jets, il y a d’autres marques à tendance germanique plus réputées...
Eh bien, laissez-moi vous le dire d’entrée, j’ai effectivement commencé par essayer des turbines que je considérais avec un peu de méfiance, et j’ai finalement obtenu des résultats véritablement excellents. En effet, que penseriez-vous si je vous dis que l’on peut facilement faire un jet économique ayant un rapport masse/poussée inférieur à 1, en utilisant justement ces turbines ? Il suffit de lire la suite...

La gamme des turbines GWS comporte actuellement 16 références. Parmi elles, 3 ont été jugées intéressantes pour être entraînées par 3 éléments Li-Po : les 50BH, 55-300H et 64-300H. Les turbines sont livrées prêtes à l'emploi avec leurs moteurs. A noter : le radiateur sur le minuscule moteur de la 50BH (à gauche).

Première prise de contact
Bien sûr, comme vous vous en seriez douté, je n’ai pas essayé toutes les turbines GWS. Ma première démarche a été d’éplucher toute la gamme, afin de sélectionner les turbines les plus adaptées à la majorité des modélistes. En effet, le nombre de modèles proposés par GWS est impressionnant : pas moins de 16 versions réparties en 6 diamètres de rotor (Ø 30, 40, 50, 55, 64 et 75 mm). Chaque diamètre de rotor est décliné en plusieurs versions au nombre de pales différent (3, 4, 5 ou 6 pales suivants les diamètres), utilisant des moteurs différents.
Pour faire cette sélection, à partir des tableaux de performances publiés par GWS, je suis parti de l’idée simple que la majorité des utilisations actuelles (et à priori à venir) seraient basées sur des accus au Lithium Polymer, donc avec des tensions sous charge d’environ 7 V pour 2 éléments Li-Po et 10,5 V pour 3 éléments. De plus, vu les faibles puissances proposées, j’ai opté pour les turbines offrant les meilleures poussées, dans la mesure ou la consommation ne devient pas excessive par rapport au gain de poussée. Et dans la majorité des cas, le choix a été simple, car la meilleure poussée est obtenue avec le moteur le plus gros, qui présente un meilleur rendement et consomme moins que la version plus petite. Cela limite alors le choix à quelques modèles, qui sont les turbines 50BH, 55-300H et 64-300H. J’ai écarté les modèles en Ø30 et Ø40, de puissances bien trop modestes, et les Ø75 car je les ai trouvées très encombrantes pour leur faible puissance. Une seule autre turbine aurait trouvé grâce à mes yeux pour cet essai, la EDF-50, car offrant des performances intéressantes avec seulement 2 éléments Li-Po, mais je ne l’ai pas essayée. Au passage, les turbines retenues sont plutôt adaptées à une utilisation avec 3 Li-Po, éventuellement 2 pour les EDF-55 et 64, mais il faudra les monter sur un modèle très léger.

La turbine 50BH ne possède pas de veine d'entrée d'air profilée. Elle peut être placé dans un conduit, mais attention à la perte de rendement qui peut suivre.

Les EDF 55 et 64 ont une lèvre permettant de les intégrer dans les nacelles des reproductions d'avions à réacteurs fixés sous l'aile ou contre le fuselage.

Mais regardons d’un peu plus près ces turbines. Les emballages sont très colorés, avec un côté translucide pour voir la turbine, l’autre côté étant réservé à un tableau de performances. C’est bien, et cela permet de ne pas trop se tromper en faisant son choix. Deux coups de cutter pour couper l’adhésif fermant chaque boîte, et je peux enfin les contempler. Et, ma foi, le résultat n’est pas trop mal. L’aspect est simple, tout est déjà assemblé et prêt à installer dans un modèle. La réalisation semble propre et l’aspect général est convaincant. Voici une petite inspection de chaque élément composant ces turbines, toutes bâties de la même manière :

Le rotor
Il est constitué d’un plastique type polyamide d’une couleur orange caractéristique, il est d’une réalisation très correcte. En effet, les plans de joints sont excellents, et l’équilibrage se révèle être suffisant, voire très bien pour la 50 dont les masses tournantes sont plus recentrées (cône plus petit). Les pales sont au nombre de 5 pour la 50, et 6 pour les autres. La forme des pales semble bien pensée, et l’épaisseur a été étudiée avec une attention particulière : les pales sont très fines et légères tout en gardant une résistance à un effort radial surprenante (force centrifuge), ce qui laisse à penser que ces rotors doivent accepter des régimes de rotation très élevés, ce qui sera confirmé par la suite. Dans le cas des 55 et 64, le rotor est serti sur un adaptateur d’arbre en aluminium, mis en force et sécurisé par deux vis pointeau, ce qui les rend démontables. A noter que la clé Allen adaptée à ces vis est fournie dans la boîte, on apprécie.

Le carter
Lui aussi constitué d’un polyamide, gris cette fois-ci pour les 55 et 64 et noir pour la 50, avec un aspect avenant. Par rapport au rotor, la réalisation est presque aussi bonne, les plans de joints étant un peu plus marqués. Pour les fignoleurs, un petit raclage avec une lame pas trop affûtée permet de supprimer complètement toute irrégularité. Comme la plupart des turbines de cette catégorie, le carter est moulé directement en intégrant les redresseurs de flux (au nombre de 3) et le support moteur. Un simple petit trou est placé radialement en vis à vis des vis pointeaux du rotor pour faciliter un éventuel démontage. A noter que dans le cas des 55 et 64, le carter intègre une lèvre d’admission, excellent pour le rendement, particulièrement avec un montage en nacelle.

Le moteur
Celui de la 50 est minuscule, et enveloppé d’un radiateur en aluminium extrudé et anodisé noir. Celui des 55 et 64 est au format 300, et se révèle être exactement le même sur les deux turbines. Tous sont entièrement métalliques, y compris la flasque, et la qualité de réalisation semble comparable aux productions badgées Speed ou autres. Seul regret vu les vitesses de rotation, c’est l’absence de roulement à billes sur le palier avant (le plus sollicité), mais il est vrai qu’un roulement n’est pas courant sur ces petits moteurs. Dans tous les cas, le moteur est déjà en place sur la turbine, et un petit câble d’une dizaine de centimètres de long y est déjà soudé. Ce câble se termine par une prise au format BEC, suffisant pour les courants peu importants à passer. Côté moteur, les soudures sont recouvertes d’une résine souple pour éviter une possible casse de fil à ce niveau, et deux condensateurs d’antiparasitage sont déjà soudés. Une dernière remarque, un moteur sur les 3 présentait un léger jeu (sur la 55) au niveau du palier avant, ce qui est néfaste à sa durée dans le temps. Les essais ont confirmé cela, alors que les autres moteurs n’ayant pas de jeu ont tenu le temps des essais sans soucis.

Avant de commencer les essais proprement dits, une petite inspection sur la balance permet de voir que les masses réelles sont bien conformes aux fiches techniques du constructeur : 30 g tout ronds pour la 50 (30 g annoncés), 72 g pour la 55-300H (73 g annoncés) et 75 g pour la 64-300H (73 g annoncés). C’est excellent, tant par la correspondance avec les données constructeur que par le fait que ces masses sont très réduites, et cela prouve bien que GWS maîtrise parfaitement ses outils de production.

Le A-10 GWS, tout en polystyrène, utilise selon la version 2 turbines EDF 50 ou 55.

Préliminaires aux essais
Sans détailler la méthodologie utilisée pour ce genre d’essais, il me semble important de répéter certains éléments indispensables pour utiliser au mieux les résultats qui suivent :
La précision des mesures est de +/- 200 tr/min pour les régimes, +/- 0,01V pour la tension, +/- 2 g pour la traction et +/- 0,1A pour l’intensité. Pour garantir un résultat objectif, chaque mesure a été faite après environ 20s de stabilisation.

Pour utiliser le graphique de consommation/régime/poussée, il suffit de connaître la tension de l’accu qui alimente la turbine (soit une mesure avec un voltmètre moteur plein pot, soit une estimation en comptant 3,5 V par élément pour un accu Li-Po et 1 à 1,1 V par élément conventionnel) pour connaître alors les performances et la consommation.

Quant au graphique de régime/traction, il permet de se passer de banc de mesure pour connaître la poussée en mesurant simplement le régime. Cela n’a bien sûr aucun intérêt avec les moteurs d’origine des turbines GWS, mais prend tout son sens quand on sait qu’il est possible d’y greffer des moteurs brushless d’une puissance bien supérieure aux moteurs d’origine. Juste une remarque à ce sujet : j’ai poussé la 55 à 250 W et la 64 à 285 W (consommation en entrée d’un moteur brushless d’un rendement d’environ 75 à 80%) sans arriver aux limites de ces turbines. Ces puissances correspondent à la fin des courbes (respectivement 35 800 tr/min et 470 g, et 34 800 et 550 g). Par contre, faute de posséder un moteur adapté, la courbe de la 50 a été extrapolée à partir des mesures sur banc avec le moteur d’origine et de quelques mesures publiées sur certains forums internet, dont principalement RC-Groups. Mais cette courbe est à prendre pour ce qu’elle est, c’est-à-dire une simple indication.

Une remarque sur la mesure des régimes. Mon compte-tour n’étant pas assez sensible pour faire une mesure directe en visant les pales, j’ai collé un petit bout d’adhésif de couleur foncée sur le cône d’entrée de chaque turbine, et pris donc une mesure de régime qu’il a fallut multiplier par 2. Bien sûr, il a fallut faire plusieurs essais avant de trouver la bonne position de l’adhésif de manière à limiter un éventuel défaut d’équilibrage.

Le X-Rush de l'auteur, présenté avec son plan téléchargeable, est motorisé par une GWS 55 et un petit moteur brushless.

Les essais
Deux séries de tests ont été réalisées. La première série concerne bien entendu les turbines telles qu’elles sortent de l’emballage, après un petit rodage sous environ 5 V pendant une heure (indispensable, les moteurs étincellent beaucoup autrement). La seconde série intéressera beaucoup les modélistes insatisfaits des performances d’origine, et souhaitant utiliser un moteur brushless.

Essais avec moteurs d’origine
Voici quelques conclusions que l’on peut tirer de cette première série d’essais, sachant que je commenterai uniquement les caractéristiques correspondant à une utilisation avec 3 Li-Po (10 à 11 V), qui correspondent le mieux à une utilisation optimale de ces turbines :

EDF-50-BH : voilà une turbine qui tourne vraiment très vite, et est particulièrement bien équilibrée. Son sifflement strident sera un régal pour les amateurs de très petits jets. Question performances, GWS annonce 2,5 A de consommation et 77 g de poussée sous 10,8 V. La turbine essayée consomme quant à elle 2,5 A pour 79 g de poussée sous 11 V, ce qui est extrêmement proche des données construction. En ramenant ces valeurs à un ratio poussée/puissance, on a 2,87 g/W mesuré pour 2,85 g/W annoncés, soit une différence de moins de 1% ! C’est vraiment exceptionnel. Après les essais, j’ai constaté avec plaisir que le moteur était froid, signe à la fois d’un bon rendement et d’une évacuation correcte des calories par le petit radiateur.

EDF-55-300 : comparée à la 50, le régime est moins élevé, et on sent quelques légères vibrations. Ces dernières ont été très facilement corrigées en positionnant judicieusement sur le cône le petit carré d’adhésif destiné à la mesure du régime. Par rapport à la concurrence, la poussée est excellente, puisque la turbine mesurée délivre 210 g de poussée sous 11 V, en consommant 9 A. C’est très proche d’une Graupner 400, mais utilisée avec un moteur brushless perso (220 g pour 100 W) ! Par rapport aux données constructeur, on arrive à 2,12 g/W mesurés pour 2,36 g/W. Cette différence peut s’expliquer par le petit défaut du moteur (jeu de l’arbre), qui d’ailleurs a été en s’amplifiant dangereusement pendant les essais (0,5 mm de jeu après 1 heured’essais !) jusqu’au point de ne plus pouvoir utiliser la turbine à cause des vibrations.

EDF-64-300H : de la même veine que la 55, les résultats ont été eux aussi extrêmement probants. Sous 11 V, la consommation se situe à 9,7 A pour une poussée de 273 g, soit 2,58 g/W contre 2,62 g/W donnés par le constructeur. Les régimes et consommations sont proches de ceux enregistrés pour la 55, ce qui rend logique l’utilisation du même moteur. Les mesures sont excellentes, à un détail près : en effet, c’est aussi le cas pour la 55, si le rendement est conforme aux données constructeur, les poussées et les consommation sont en réalité bien plus importantes, de l’ordre de 20 à 25 % environ. A mon avis, cela n’est pas grave en soi, car les rendements ne chutent pas. Par contre, il y a des chances que cela révèle une certaine disparité entre des turbines d’une même version mais fabriquées à des périodes différentes, les caractéristiques des moteurs devant ne pas être aussi constantes que celles de la turbine. Au vu de l’étincelage important constaté sur les collecteurs de ces moteurs à partir de 8-9 V avant rodage, j’insiste sur l’utilité du rodage, sans lequel je ne donne pas cher de la durée de vie de ces moteurs. Hormis cela, ces moteurs au format 300 chauffent modérément, et à mon avis ne justifient pas l’utilisation d’un petit radiateur en aluminium (en option) du type utilisé sur la EDF-50. De toute manière, il ne faut pas se leurrer, ces moteurs sont jetables et il ne faudra pas trop espérer faire beaucoup d’heures de vol.

Essais avec moteurs brushless
Passons maintenant à des utilisations plus musclées, c’est-à-dire avec des moteurs brushless, synonymes de puissances et de rendements importants, sans parler de la longévité. Ils n’ont été réalisés que sur les EDF-55 et 64, n’ayant pas de moteur adéquat pour la 50.
Pour procéder à ces essais, il a fallut démonter le rotor de l’axe du moteur, et là ce n’est pas une affaire simple. En effet, même après avoir entièrement sorti les 2 vis pointeaux, le rotor est littéralement collé sur l’arbre du moteur. La seule astuce que j’ai trouvée est de passer un petit tournevis plat entre l’arbre de rotor en aluminium et le moteur, jusqu’à toucher l’arbre moteur, puis de tourner le tournevis pour faire levier jusqu’à faire glisser le rotor. Ce n’est pas évident, et il faut même s’aider d’une pince pour entraîner en rotation le tournevis pour passer le premier millimètre. Ensuite, on comprend pourquoi cela est si difficile : l’arbre du moteur est légèrement cannelé, ça ne risque pas de partir. Le montage d’un nouveau moteur est ensuite un jeu d’enfant. Il faut juste que l’arbre du moteur fasse un diamètre de 2 mm pour les 55 et 64, 1,5 mm pour la 50.
Question moteur, j’ai utilisé un moteur à cage tournante du commerce, en kit, le AC-DIYMot-VL, moteur spécifiquement conçu pour les turbine GWS. Le rendement de ce moteur semble excellent, et il chauffe très peu (moins de 50°C) à des puissances très élevées (285 W maxi lors de ces essais).

Voici les résultats
EDF-50-BH : comme dit précédemment, pas testé, mais certains internautes ont poussé avec bonheur cette turbine à plus de 50 000 tr/min, avec des poussées proches de 350 g et des puissances d’entrée de l’ordre de 150 W. Par rapport aux 27 W d’origine, cela fait une différence à proprement parler ahurissante. Cependant, n’ayant pas eu l’occasion de les vérifier, ces chiffres sont à prendre avec précaution.

EDF-55-300H : avec cette turbine, j’ai été conduit à refaire plusieurs mesures pour bien vérifier qu’il n’y avait pas d’erreur. En effet, j’ai réussi à lui faire passer 250 W (en entrée du moteur), ce qui se traduit par un régime de 35 800 tr/min et 470 g de poussée. D’après toutes les infos que j’ai pu collecter sur les produits concurrents de dimensions comparables (Graupner 400, Fantex 240, Wemotec MicroFan, VasaFan55), ce sont des résultats qui les enterrent littéralement, de l’ordre de 10 à 25% de poussée en plus à puissance équivalente, suivant les turbines.
Seule la VasaFan55 (en carbone) semble tenir le choc, avec apparemment des résultats identiques à 100 W et une meilleure poussée à 250 W, en se basant sur les données théoriques du constructeur exprimées au niveau de l’arbre moteur (et donc ne tenant pas compte du rendement du moteur). J’ai donc pris un rendement moyen du moteur de 75% pour comparer avec les mesures de la GWS, mais il est fort possible et logique que le moteur que j’ai utilisé ait un rendement inférieur passé 200 W. La comparaison entre la EDF-50 et la VasaFan 55 est donc à prendre avec des pincettes, il est possible qu’il n’y ait pas réellement de différence à forte puissance, voire même que la EDF-55 soit supérieure. Cela est d’ailleurs confirmé par un résultat publié sur RC-Groups, qui donne une poussée de 280 g pour la VasaFan 55 avec des Li-Po 3S2P E-Tec1200 et une consommation de 12,6 A, soit environ 130 W, avec le même moteur utilisé pour mes essais. Or à 130 W avec ce moteur, la GWS 55 délivre environ 305 g, ce qui est 9% de mieux.
La plupart des autres informations utilisées pour ces comparaisons proviennent soit d’essais sur le même banc (Graupner 400), soit de constructeurs de turbines (Wemotec et VasaFan), soit de fabriquants de moteurs brushless réputés (Wemotec et Fantex). C’est dire si la EDF55 soutient brillamment la comparaison, car le rendement du moteur joue dans les résultats, et j’ose espérer qu’un moteur en kit n’a pas un rendement supérieur à un moteur Kontronic ou Hacker pour ne pas les citer. Pour finir d’enfoncer le clou : à 250 W, elle se permet le luxe de faire légèrement mieux en poussée qu’une turbine Fantex 400 équipée Kontronic Fun 480-33 sous une tension comparable, alors que la Fantex présente un rotor de plus grand diamètre, ce qui favorise la poussée au détriment de la vitesse de vol. Et encore, je n’ai pas réussi à avoir les pales du rotor qui touchent le stator sous la force centrifuge, c’est dire qu’il est possible de lui faire passer encore plus de puissance. Cette petite turbine est vraiment stupéfiante !

EDF-64-300H : les mesures confirment que le régime de rotation et la consommation sont proches de la EDF-55. Seule la poussée change, de manière assez importante, mais dans un ratio inférieur à celui constaté avec les moteurs d’origine. Là aussi, en se référant à des turbines connues de dimensions semblables, on peut dire qu’elle soutient sans rougir la comparaison. Les données utilisées pour les comparaisons suivantes sont publiées par Kontronic : la Fantex 400 est loin derrière (- 25%), la Wemotec MiniFan 480 est légèrement meilleure sans cône d’éjection mais s’incline avec un cône d’éjection de surface équivalente à la surface de rotor de la GWS (même surface d’éjection), et la Vasafan65 fait à peine 2% de mieux en poussée à 285 W. Comme pour la 55, je n’ai pas réussi à atteindre les limites de cette turbine, malgré les 285 W maxi enregistrés à l’entrée du moteur.

Pour faire une synthèse de ces essais, on ne peut que faire l’éloge de ces turbines. Le moteur d’origine, fortement sollicité, ne risque pas de faire plus de quelques dizaines de vols, mais cette faible durée de vie (normale pour un moteur ferrite) est compensée par des performances excellentes et une masse réduite. Et comme vous l’avez constaté, les performances deviennent étonnantes avec un moteur à la hauteur. Sachant qu’un jet bien conçu vole correctement avec une poussée équivalente à la moitié de sa masse, ces petites turbines pourront motoriser des jets de 150 à 500 g avec leur moteur d’origine, et plus du double motorisé en brushless. Et pour les accros des hautes performances, il sera très facile, grâce aux nouveaux accus Li-Po capables de délivrer 12 à 16 C, d’avoir des petits appareils dont la poussée sera supérieure à la masse. Qui plus est, tout cela n’est plus réservé à des budgets déraisonnables.

Le Micro Deltafan de Denis Rousseau peut voler en intérieur avec une EDF 50.

Ce SR71 (toujours de Denis Rousseau) tout Dépron s'est avéré trop rapide pour du vol indoor. Une version plus grande a été développée avec succès pour le vol en extérieur. Cette dernière est présentée ici.

Il reste un dernier point en suspend : quel moteur brushless choisir ?
Pour la EDF-50, le meilleur choix est un petit brushless destiné au remplacement du moteur d’origine sur les réducteurs GWS IPS, avec un KV de 5 300 ou 5 800, commercialisé sous différentes marques. Il est très facile à reconnaître grâce à son anodisation couleur or, et ses dimensions : 12x30 mm. Une alternative est possible : on trouve dans le commerce américain (voir sur le Net :www.conversionmotorworks.com), ou on peut réaliser soi-même, des moteurs performants à base de CD-Rom, capables de tourner à plus de 50 000 tr/min.
Pour les 55 et 64, le choix de motorisation est très vaste, particulièrement en brushless classique. Il faut que le moteur fasse au maximum 24,5 mm de diamètre, et ait un KV de 3 600 pour absorber environ 100 W avec 3 Li-Po, 5 400 pour la même puissance avec 2 Li-Po, ou pour environ 200 W avec 3 Li-Po. Ce sont des données approximatives, mais elles permettront de dégrossir votre choix. Un moteur à cage tournante est aussi possible, là aussi en utilisant une base de CD-Rom. Par contre, il sera difficile de sortir plus de 150 W d’un tel moteur, même particulièrement bien réalisé. On trouve aussi des moteurs à cage tournante sur le marché, comme celui que j’ai utilisé pour mes essais, qui provient de chez Aircraft World au Japon (Sur le Net : www.aircraft-world.com). Ce moteur est donné pour 160 W, mais comme vous avez pu le lire dans ces ligne, il a été capable d’absorber 285 W (14 V, 20,4 A) sans sourciller.

Pour finir, une petite info de dernière minute : pour ceux qui trouvent la EDF-50 trop grosse, je viens de trouver sur le Net un résultat apparemment fiable pour la EDF-40, avec un moteur brushless Feigao 5300 et 3 éléments Li-Po 730 mA : masse 28 g, consommation 5,9 A, poussée 150 g. J’imagine déjà un petit Vampire de 40 à 50 cm d’envergure pesant dans les 180 à 200 g ainsi motorisé...

Il existe quelques kits de jets à turbine sur le marché français, comme ce Rush CCM.

Conclusion
J’ai été extrêmement surpris par les performances élevées de ces turbines, que ce soit d’origine ou dans le cadre d’une utilisation avec moteurs brushless. Sous des apparences basiques, les performances sont de premier plan - particulièrement les versions 55 et 64 dont les limites n’ont pas été trouvées faute de moteur assez puissant - et ces petites turbines dament le pion à des concurrentes autrement plus réputées, et plus chères. Bien sûr, dans le cadre d’une utilisation en brushless, il faut lutter un peu pour les démonter, mais leur tarif justifie sans aucun doute le petit quart d’heure à passer. Pour les personnes désirant acheter ces turbines directement pour une utilisation brushless, sachez que CCM (à Alès) est en contact avec GWS pour importer ces turbines sous forme de kit sans moteur.
Pour mettre tout ceci en pratique, le plan d'un jet est téléchargeable sur ce site : Le X-Rush.

On aime Les masses réduites La conception simple et efficace Les rendements bons avec moteur d’origine Les performances au-dessus du lot avec moteur brushless La plage de puissance très importante en brushless Les prix canons

On aime moins La durée de vie des moteurs faible (à confirmer) L’absence de lèvre d’entrée pour la EDF-50 Le démontage assez difficile

Contacter l'auteur : franck.aguerre@jivaro-models.org