Dossier de clôture

TORNADE
Fusée expérimentale 2011-2013

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Tornade Cles-Facil 2013
Sommaire
IPrésentation de l'équipe...........................................................................................
I

Présentation de l'équipe
I.1

Bureaux

1.a Bureau 2011-2012
Président
Vice-président
Secrétaire
Trésorier

Michal RUZEK...
II Présentation des expérience
II.1

Expérience 1 : Mesure force parachute

Nous avions, deux ans auparavant, effectué la ...
II.3

Expérience 3 : Ejection ogive

Le projet Fusex précédent comportait lui aussi un système d’éjection d'ogive. Mais, c...
III Description de la fusée
III.1 Partie mécanique
1.a Données techniques
Propriétés générales
Diamètre

125 mm

Longueur ...
Stabilité

Valeur

Minimum autorisé

Maximum Autorisé

Finesse

15,5

10

35

Portance (Cn)

19,9

15

40

Marge statique ...
1.b Structure de la fusée

Le corps de la fusée est composé d'un tube d'aluminium de 1 635 mm de long, de diamètre 120
mm ...
La stabilité de la fusée est assurée par quatre ailerons en aluminium découpés dans une plaque
de 2 mm d'épaisseur. Ils so...
Pour assurer la solidité et la fixation des différents éléments de la fusée, cinq bagues ont été
conçues. En raison de leu...
Illustration 2: Bague supérieure de liaison fusée/ogive

Illustration 3: Système de blocage des goupilles de la bague supé...
Illustration 4: Bague propulseur

1.c Système d'ouverture de la porte parachute
La porte du parachute est maintenue fermée...
III.2 Partie électronique et informatique
2.a Carte « télémesure »
Pour ce projet, cette carte avait plusieurs fonctions. ...
Illustration 5: Schématique carte télémesure

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2.b Cartes « amplificateur »
Il y en a deux. Elles sont identiques à un seul composant près (détaillé plus loin) et serven...
2.c Carte « minuterie »
Elle gère l'ouverture du parachute par l'intermédiaire d'un microcontrôleur Atmega88p. Elle est
re...
2.d Logiciel de télémesure
Le logiciel utilisé cette année est une version modifiée de celui d'il y a deux ans (le champ G...
IV Campagne C'Space
Nous sommes arrivés sur le site d'essai de missile des Landes de la DGA le samedi 24 août dans
la soir...
électroniques ont donc été passés avec succès lundi après-midi.
La fusée était donc prête, il ne manquait plus que le vol ...
V Résultats
V.1

Bilan du vol

A cause d'un vent important sur la zone de lancement, notre fusée a été déviée en sortie de...
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Efforts à l'ouverture du parachute

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condition que la fusée soit soumise seulement à son propre poids.
Cette expérience devra être retentée l'année prochaine a...
2.c Ejection de l'ogive
Cette expérience n'a pas fonctionné. Il y a eu
un problème dans la transmission de puissance
mécan...
VI Remerciements
Le Cles-Facil tient à remercier toutes les personnes ayant soutenu le projet Tornade au cours des
années ...
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Fusex 2011-2013 : TORNADE (CLES-FACIL, INSA de Lyon)

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Expériences embarquées :

Mesure de l'effort à l'ouverture du parachute
Mesure des vibrations des ailerons
Ogive éjectable

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Fusex 2011-2013 : TORNADE (CLES-FACIL, INSA de Lyon)

  1. 1. Dossier de clôture TORNADE Fusée expérimentale 2011-2013 Page 1/25 Tornade Cles-Facil 2013
  2. 2. Sommaire IPrésentation de l'équipe......................................................................................................................3 I.1Bureaux........................................................................................................................................3 1.aBureau 2011-2012..................................................................................................................3 1.bBureau 2012-2013..................................................................................................................3 I.2Répartition des membres............................................................................................................3 IIPrésentation des expérience..............................................................................................................4 II.1Expérience 1 : Mesure force parachute......................................................................................4 II.2Expérience 2: Mesure vibratoire ailerons...................................................................................4 II.3Expérience 3 : Ejection ogive......................................................................................................5 II.4Expérience 4 : Rotation caméra..................................................................................................5 IIIDescription de la fusée......................................................................................................................6 III.1Partie mécanique.......................................................................................................................6 1.aDonnées techniques...............................................................................................................6 1.bStructure de la fusée..............................................................................................................8 1.cSystème d'ouverture de la porte parachute........................................................................12 III.2Partie électronique et informatique........................................................................................13 2.aCarte « télémesure »............................................................................................................13 2.bCartes « amplificateur ».......................................................................................................15 2.cCarte « minuterie »..............................................................................................................16 2.dLogiciel de télémesure.........................................................................................................17 IVCampagne C'Space..........................................................................................................................18 VRésultats...........................................................................................................................................19 V.1Bilan du vol................................................................................................................................19 V.2Bilan des expériences................................................................................................................19 2.aMesure de force sur le parachute........................................................................................19 2.bMesure des vibrations des ailerons.....................................................................................19 2.cEjection de l'ogive.................................................................................................................19 VIRemerciements...............................................................................................................................19 Page 2/25 Tornade Cles-Facil 2013
  3. 3. I Présentation de l'équipe I.1 Bureaux 1.a Bureau 2011-2012 Président Vice-président Secrétaire Trésorier Michal RUZEK Damien LIEBER Clément POTIER David GUERIN 1.b Bureau 2012-2013 Présidente Florence LACRUCHE Vice-présidente Aurélie FIGER Secrétaire Xavier PICHOT Trésorier Rémi CHATEAU I.2 Répartition des membres Equipe mécanique Michal RUZEK, David GUÉRIN, Damien LIEBER, Florence LACRUCHE, Aurélie FIGER, Rémi CHATEAU, Jean TRAPET, Florian ROUSSEAU, Flavien DENIS, Pauline GEOFFROY, Nicolas POMMIER, J-C. Equipe électronique Flavien DENIS, Xavier PICHOT, Michal RUZEK, Clément POTIER, Ana GAVRILESCU, Rafik MEZIANI. Equipe informatique Xavier PICHOT, Raphaël ANTOINE, Fabio GUIGOU, Quentin DUNOYER, Pierre-Henri SHOFFIT. A cause d'un manque d'effectif pour le lancement de Tornade prévu en août 2012, le projet a été reconduit pour l'année 2012-2013. C'est pour cela qu'ici figurent deux bureaux et beaucoup de noms dans les différentes équipes. Ce projet d'une durée de deux ans nous a posé un problème majeur : les équipes ont beaucoup changé entre deux années consécutives et nous nous sommes retrouvés avec beaucoup de novices devant reprendre le travail déjà commencé. La partie mécanique n'a pas posé de problèmes particuliers. En revanche, l’absence de personnes très compétentes en électronique et en informatique nous a fait perdre pas mal de temps. Il a fallu reprendre beaucoup de choses qui ne fonctionnaient pas, mais grâce au soutien, encore une fois, des « anciens », nous avons pu mené notre projet à terme. Le projet Tornade a donc pris son envol mardi 27 août 2013 aux alentours de 17h pour un vol nominal lors du C'Space 2013 à Biscarosse. Page 3/25 Tornade Cles-Facil 2013
  4. 4. II Présentation des expérience II.1 Expérience 1 : Mesure force parachute Nous avions, deux ans auparavant, effectué la même expérience consistant à mesurer la force exercée sur l'attache du parachute lors de son ouverture, et cela à l'aide d'une pièce métallique circulaire intégrée à la sangle du parachute, sur laquelle sont fixées plusieurs jauges de déformation. L'objectif était de valider les critères mécaniques du cahier des charges de Planète-sciences pour l'attache du parachute. Le résultat était au rendez-vous mais ne nous satisfaisait pas à cause d'une légère déformation plastique de la pièce. Celle-ci a donc été redimensionnée pour l'expérience de cette année afin de ne pas se plastifier. Paramètre Domaine de variation Précision attendue Grandeur effectivement mesurée Formule de conversion Évaluation des erreurs de mesure Méthode d'étalonnage II.2 Force parachute 0 à 150N 1N Déformation jauge sur boucle F = contrainte/section = déformation*Young/section Sur le taux d'échantillonnage Test avec dynamomètre Expérience 2: Mesure vibratoire ailerons Une étude vibratoire des ailerons de la fusée précédente, Detrona, avait été effectuée durant l'année. L'objectif de cette année est de valider les forces auxquelles sont soumis les ailerons sur Tornade au travers d'une étude vibratoire. Des jauges de déformation vont donc être fixées à un aileron de Tornade afin d'obtenir les déformations subies et de valider le modèle numérique et par la même occasion le cahier des charges de Planète-sciences. Paramètre Domaine de variation Précision attendue Grandeur effectivement mesurée Formule de conversion Évaluation des erreurs de mesure Méthode d'étalonnage Fréquences vibration aileron 20 à 500Hz 5Hz Déformation aileron La variation de la déformation échantillonnée sera post-traitée pour obtenir son spectre de fréquences Dues au taux d'échantillonnage Etalonnage avec mesure de la déformation pour une charge donnée Page 4/25 Tornade Cles-Facil 2013
  5. 5. II.3 Expérience 3 : Ejection ogive Le projet Fusex précédent comportait lui aussi un système d’éjection d'ogive. Mais, celui-ci n'ayant pas pu être fonctionnel à cause d'une force de maintien trop faible, l'expérience a donc été reconduite avec un système totalement nouveau. L'objectif de cette expérience est donc la conception, réalisation et validation d'un nouveau système d'éjection entièrement mécanique et basé sur l'utilisation de la force que produit le parachute sur la fusée lors de son ouverture. Le système est constitué de deux bagues maintenues en position l'une par rapport à l'autre par des goupilles appartenant à la bague supérieure et passant au travers de la bague inférieure, bloquées par des crochets solidaires d'une pièce fixée en pivot sur la bague inférieure. L'objectif est donc de faire tourner cette pièce avec les crochets afin de libérer les goupilles et de permettre à des ressorts (au départ comprimés entre les deux bagues) d'éjecter la bague supérieure et donc l'ogive. Pour cela un câble, par l'intermédiaire d'une poulie, va récupérer sur la sangle du parachute la force développée à son ouverture. II.4 Expérience 4 : Rotation caméra L'objectif pour cette expérience est d'obtenir une vidéo stable du vol. Il n'est donc pas ici question de fixer une direction spatiale pour la caméra mais uniquement de contrecarrer la rotation de la fusée autour de son axe. Pour cela nous utilisons un gyromètre placé selon l'axe de la fusée, récupérant sa vitesse de rotation, qui une fois convertie est appliquée à un moteur pas-à-pas sur lequel est fixée la caméra. Paramètre Domaine de variation Précision attendue Grandeur effectivement mesurée Formule de conversion Évaluation des erreurs de mesure Méthode d'étalonnage Vitesse de rotation du moteur pas à pas 0 à 3tr/s 0.1tr/s Vitesse rotation gyroscope Vmoteur = Anglepas / Pas = - Vgyro = - Tensiongyro / Sensibilitégyro Virtuellement nulles Test sur banc d'essais tournant Malheureusement, la DGA nous interdit cette année l'utilisation de caméra embraquée dans la fusée. Par conséquent, le système a été retiré pour offrir plus de place à l'expérience d'éjection de l'ogive. Page 5/25 Tornade Cles-Facil 2013
  6. 6. III Description de la fusée III.1 Partie mécanique 1.a Données techniques Propriétés générales Diamètre 125 mm Longueur totale 1933 mm Envergure totale 489 mm Masse (avec propulseur vide) 9,15 kg Masse (avec propulseur plein) 10,19 kg Surface aileron 0,04 m2 Propulseur Barasinga Pro54-5G Caractéristiques du vol Rampe utilisée Médérix Inclinaison rampe 80° Vitesse de sortie de rampe (7 m) 31,5 m/s Vitesse maximale 159 m/s Vitesse à la culmination 24 m/s Vitesse à l'ouverture du parachute 32 m/s Accélération maximale 78 m/s² Altitude à la culmination 1100 m Temps à la culmination 15 s Temps de vol avec parachute 130 s Descente Surface du parachute 1,74 m² Vitesse de descente 9,2 m/s Durée de la descente 117 s Page 6/25 Tornade Cles-Facil 2013
  7. 7. Stabilité Valeur Minimum autorisé Maximum Autorisé Finesse 15,5 10 35 Portance (Cn) 19,9 15 40 Marge statique (Ms) 3,60 à 4,06 2 6 Couple (Ms x Cn) 71,8 à 81,0 40 100 Vitesse à la sortie de rampe 31,5 m/s 20 m/s _ Page 7/25 Tornade Cles-Facil 2013
  8. 8. 1.b Structure de la fusée Le corps de la fusée est composé d'un tube d'aluminium de 1 635 mm de long, de diamètre 120 mm extérieur et de 2 mm d'épaisseur. Les efforts exercés sur la fusée sont donc repris par la peau d'où le nom de peau porteuse. Page 8/25 Tornade Cles-Facil 2013
  9. 9. La stabilité de la fusée est assurée par quatre ailerons en aluminium découpés dans une plaque de 2 mm d'épaisseur. Ils sont positionnés tous les 90° pour ne pas déséquilibrer la fusée. L'extrémité des ailerons est pliée pour pouvoir les boulonner à trois endroits au corps de la fusée. L'inconvénient de cette technique réside dans les fragilités et les fissures induites par le pliage de la tôle. Nous avions déjà observé ce phénomène sur le projet précédent et lors de l'atterrissage de Tornade, un aileron a cassé à cause du choc. La fusée est surmontée d'une ogive éjectable, initialement conçue en deux parties (comme indiqué sur le plan d'ensemble). La partie basse est en plastique transparent, prévue pour accueillir une caméra tournante et son système électronique d'asservissement. La partie supérieure est de forme parabolique pour l'aérodynamisme. Nous l'avons fabriquée en fibres de verre. Lors de la campagne de lancement, pour des raisons de confidentialité, la Direction Générale de l'Armement (DGA) a refusé toute prise de vidéo sur la zone de lancement et à l'intérieur de la fusée. Nous avons donc enlevé la partie inférieure de l'ogive. Le parachute de cette dernière est plié dans un tube de PVC fixé au corps de la fusée pour que lors de l'éjection de l'ogive, le parachute sorte automatiquement. Page 9/25 Tornade Cles-Facil 2013
  10. 10. Pour assurer la solidité et la fixation des différents éléments de la fusée, cinq bagues ont été conçues. En raison de leurs tailles, nous les avons fabriquées à l'aide des machines de fabrication du Premier Cycle de l'INSA de Lyon. • • • • Une bague en plastique est située à la base de la fusée, elle permet de bloquer en translation la base du propulseur grâce à une cale fixée par un système vis/écrou. Une bague en aluminium est située sur la partie haute du propulseur. Son rôle est de reprendre les efforts de propulsion et de les transmettre au reste de la structure. Un couple de deux bagues en aluminium permet de lier le corps de la fusée à la partie basse de l'ogive. Ce système contient le mécanisme d'éjection de l'ogive (voir la partie sur expérience de l'ogive éjectable). La cinquième bague est en aluminium et permet la liaison encastrent entre la partie supérieure et inférieure de l'ogive. Comme nous n'avons pas utilisé la partie basse de l'ogive, nous avons directement fixé la partie haute de celle-ci au corps de la fusée grâce au couple de bagues contenant le système d'éjection. Nous n'avons donc pas utilisé la dernière bague mentionnée dans la liste ci-dessus. Illustration 1: Bague inférieure de liaison fusée/ogive Page 10/25 Tornade Cles-Facil 2013
  11. 11. Illustration 2: Bague supérieure de liaison fusée/ogive Illustration 3: Système de blocage des goupilles de la bague supérieur à la bague inférieure Page 11/25 Tornade Cles-Facil 2013
  12. 12. Illustration 4: Bague propulseur 1.c Système d'ouverture de la porte parachute La porte du parachute est maintenue fermée pendant du décollage jusqu'à la culmination. Pour ce faire, une petite plaque métallique prolonge le bas de la porte pour venir se placer dans une gorge située dans le corps de la fusée. La partie supérieure de la porte est maintenue plaquée à la structure grâce à une ventouse électromagnétique. Pendant la phase de montée, le signal électrique est à 0 V : la ventouse garde son effet attractif. A l'apogée du vol, la carte minuterie envoie un signal électrique de 12 V, qui désactive la ventouse et permet la libération de la partie supérieure de la porte. Celle-ci est emportée par le vent relatif s'écoulant sur la fusée et entraîne avec elle le parachute replié en accordéon qui se déploie ensuite. Ce système a été utilisé pour la première fois dans le club pour le projet Padmé en 2009 et ensuite dans les nombreux projets fusex et minifs entre 2009 et 2011. Les ventouses électromagnétiques possèdent des avantages par rapports aux systèmes mécaniques. Il n'y a pas de friction entre les pièces et le système ne peut pas se bloquer. La ventouse utilisée avait une force attractive de 150 N. Page 12/25 Tornade Cles-Facil 2013
  13. 13. III.2 Partie électronique et informatique 2.a Carte « télémesure » Pour ce projet, cette carte avait plusieurs fonctions. La plus importante est celle de la récupération des données fournies par les système de mesure de déformation du mousqueton du parachute et de la vibration des ailerons. Ces systèmes fournissent des signaux électriques continus compris entre 0V et 5V. Chaque système donne deux signaux analogiques, l'un correspondant à la valeur de la déformation et l'autre à une référence. La carte « télémesure » est munie d'un microcontrôleur type Atmega88p, et sert tout d'abord à convertir nos signaux analogiques en signaux numériques codés sur un octet. Chaque signal est traité suivant le même processus de conversion mais sur quatre entrées différentes. Ses données sont alors stockées temporairement dans la mémoire interne du microcontrôleur sous forme d'une trame numérique : Numéro trame Valeur déformation parachute Référence déformation parachute Valeur déformation ailes Référence déformation ailes L'atmega88p va ensuite transmettre cette trame à un ordinateur au sol par l'intermédiaire des deux modules radios de chez HAC (émission/réception). L'avantage de ce système est qu'il est très simple d'utilisation grâce au protocole de communication qu'est le RS-232 (liaison série). L'ordinateur affiche les valeurs des dernières données reçues mais surtout, il enregistre toutes les informations captées dans un fichier exploitable par un tableur. Ceci nous facilitant beaucoup l'exploitation des données par la suite. Cette carte était également munie d'une mémoire type EEPROM permettant d'enregistrer les données à bord. Les données étaient enregistrées immédiatement après avoir été envoyées à l'antenne en utilisant le protocole I²C. Ce système était en fait utilisé comme « backup ». Il servait de sécurité au cas où la transmission des données ne se ferait pas bien. Page 13/25 Tornade Cles-Facil 2013
  14. 14. Illustration 5: Schématique carte télémesure Page 14/25 Tornade Cles-Facil 2013
  15. 15. 2.b Cartes « amplificateur » Il y en a deux. Elles sont identiques à un seul composant près (détaillé plus loin) et servent d'intermédiaires entre les jauges de déformation et la carte « télémesure ». Le montage électronique associé à la mesure de déformation des jauges ne délivre pas un signal électrique aisément exploitable par la carte « télémesure », il est trop faible. C'est la raison pour laquelle nous avons mis en place une carte d'amplification permettant d'augmenter la variation du signal émis par le pont de jauges. Elles sont reliées d'un côté aux jauges et de l'autre au convertisseur intégré dans le microcontrôleur de la carte « télémesure ». Des potentiomètres permettent de régler le gain d'une part, et la valeur d'origine lorsque que les potentiels Vin+ et Vin- sont égaux d'autre part. La carte reliée aux ailerons se distingue de l'autre par le fait qu'une résistance a été remplacée par un condensateur afin de créer un filtre. Il nous permet de centrer nos mesures sur le mode vibratoire des ailerons et de supprimer les parasites. Illustration 6: Schématique carte amplificateur Page 15/25 Tornade Cles-Facil 2013
  16. 16. 2.c Carte « minuterie » Elle gère l'ouverture du parachute par l'intermédiaire d'un microcontrôleur Atmega88p. Elle est reliée à ce qu'on appelle la prise JACK fonctionnant comme un interrupteur. La prise femelle est connectée au microcontrôleur tandis que la prise mâle est fixée sur la rampe de lancement. Lorsque la fusée décolle, la prise se débranche et l'interrupteur devient ouvert. A partir de ce moment là, la carte compte 13,25 secondes (d'après Stabtraj) et ensuite ouvre la porte du parachute. La porte est normalement maintenue par une ventouse électromagnétique. Si on applique une tension de 12V aux bornes de la ventouse, le maintien ne se fait plus et la porte est éjectée par des ressorts entraînant avec elle le parachute qui pourra se déployer grâce à la force du vent. A noter que le décompte des 13,25 secondes se faisait à l'aide d'une fonction d'attente de 250ms appelée 53 fois avant l'ouverture du parachute. Cette solution fonctionne parfaitement, mais cependant, cette routine monopolise totalement la carte minuterie. Il pourra être intéressant à l'avenir d'utiliser les registres informatiques des TIMERs internes au microcontrôleur, ce qui permettrait de décompter le temps parallèlement à la réalisation d'une autre action (communication avec une autre carte par exemple). Illustration 7: Schématique carte minuterie Page 16/25 Tornade Cles-Facil 2013
  17. 17. 2.d Logiciel de télémesure Le logiciel utilisé cette année est une version modifiée de celui d'il y a deux ans (le champ GPS n'a pas été utilisé cette année, cf illustration 8). Il permet d'afficher en direct les dernières valeurs des jauges de déformation reçues. De plus, il enregistre directement les données captées dans un fichier « .csv », convertible en un fichier lisible par un logiciel « tableur ». Ceci nous permet d'exploiter nos mesures à l'aide de graphes et de courbes facilement traçables. Il faut cependant remarquer que le protocole de communication mis en place entre la fusée et la télémesure ne permet pas de gérer les erreurs de données. C'est-à-dire que les trames erronées sont perdues définitivement. Les antennes que nous utilisons fonctionnent dans les deux sens de communication. Il serait donc intéressant que la télémesure confirme la réception correcte ou non d'une trame, afin que la fusée puisse lui réémettre en cas d'erreur. Illustration 8: Aperçu de notre logiciel de télémesure Page 17/25 Tornade Cles-Facil 2013
  18. 18. IV Campagne C'Space Nous sommes arrivés sur le site d'essai de missile des Landes de la DGA le samedi 24 août dans la soirée. Ce moment a été pour nous l'occasion de déballer le matériel apporté et de préparer notre stand. Le travail a commencé immédiatement après l'installation afin de faire quelques tests de fonctionnement des organes principaux de la fusée. Elle est d'ailleurs arrivée à Biscarosse dans de très bonnes dispositions. En effet, pratiquement toute l'électronique fonctionnait. La minuterie était déjà au point depuis plusieurs mois et la transmission télémesure marchait très bien. Il nous restait à fixer une carte électronique (une carte amplificateur), à fixer les batteries et les tester, à faire des tests d'intégration du parachute et surtout à calibrer les jauges de déformation. De plus, nous savions qu'une partie non indispensable à la fusée n'était pas en était de marche : le stockage mémoire. Ce système devait servir uniquement en cas de perte de données par transmission télémesure, il n'était donc pas prioritaire. Nous avons alors pu passer avec succès les contrôles mécaniques dès le dimanche matin afin d'avoir un maximum de temps pour calibrer nos jauges. Cette opération a duré jusqu'à lundi soir, pilotée par Flavien, David et Florence. D'un point de vue informatique, l'écriture de nos données dans la mémoire était alors devenu la tâche prioritaire et était menée par Xavier. Mais pour une raison qui se trouvait alors inconnue, il nous était absolument impossible d'accéder à notre mémoire d'un point de vue informatique malgré des heures de travail acharné. Pour éviter de continuer à gaspiller notre temps, Xavier a décidé de rajouter un programme permettant de commander à distance le débit de données envoyées par la fusée. Ceci nous a permis d'économiser l'énergie des batteries avant le décollage. Il nous suffisait ensuite de demander à la fusée de passer en débit maximal quelques secondes secondes avant le décollage. Les tests Page 18/25 Tornade Cles-Facil 2013
  19. 19. électroniques ont donc été passés avec succès lundi après-midi. La fusée était donc prête, il ne manquait plus que le vol simulé le lundi soir. Mais, grâce à Yann ROUY, ancien membre du Cles-Facil et contrôleur technique cette année à Planète-Sciences, nous avons trouvé d'où venait le problème de la mémorisation des données. Le vol simulé simulé a donc été décalé au mardi midi afin de nous laisser mardi matin pour la faire fonctionner. Il n'aura fallu finalement que 2 heures à Xavier pour mettre en place l'enregistrement de données à bord ainsi que leur récupération. A 11h, nous étions donc prêts pour le vol simulé de 12h. La fusée n'ayant présenté aucune déficience pendant cette simulation, nous avons obtenu l'autorisation de lancement sur les coups de 13h pour un départ sur la zone de lancement vers 15h. Mardi 27 août 2013, 16h57, notre fusée Tornade prend son envol dans un ciel totalement clair et dépourvu de nuage pour un vol nominal. Les points négatifs de ce lancement seront l'échec de l'éjection de l'ogive à cause de la rupture d'un élément de transmission de puissance à l'intérieur de la fusée, et un problème dans l'écriture de la mémoire. Mais ce dernier n'aura eu aucun impact sur l'exploitation de nos résultats, puisque la transmission télémesure a parfaitement fonctionné. Le mercredi a été consacré à l'analyse du vol et à l'exploitation de nos mesures. Ces résultats seront détaillés dans la partie suivante. Nous avons ensuite pu profiter du jeudi et du vendredi pour aller à la plage et souffler après nos activités intenses en début de semaine. Page 19/25 Tornade Cles-Facil 2013
  20. 20. V Résultats V.1 Bilan du vol A cause d'un vent important sur la zone de lancement, notre fusée a été déviée en sortie de rampe. Initialement à 80° de l'horizontale, elle s'est retrouvée à 90° à cause des forces dues au vent s’exerçant sur les ailerons. Elle s'est ensuite élevée jusqu'à l'ouverture de la porte du parachute, 2 secondes environ avant l'apogée de sa trajectoire. Le parachute s'est déployé selon nos prévisions et la fusée a pu redescendre au sol en 2 minutes environ. Cette année, nous avons pu récupérer notre fusée facilement puisqu'elle n'est pas tombée très loin de la zone publique. HeureLocale Numero Jauge_para Ref_para Jauge_aile Ref_aile 27082013163418000 0 58 51 94 131 27082013163419000 1 58 51 94 130 27082013163420000 2 58 51 94 131 27082013163421000 3 58 51 94 131 27082013163422000 4 58 51 94 131 27082013163423000 5 44 51 94 130 27082013163424000 6 62 51 94 130 27082013163425000 7 58 51 94 131 27082013163426000 8 58 51 94 131 27082013163427100 9 58 51 94 130 27082013163428100 10 58 51 94 130 Illustration 9: Echantillon des données reçues V.2 Bilan des expériences 2.a Mesure de force sur le parachute L'expérience a correctement fonctionné. Nous avons mesuré un effort maximal à l'ouverture du parachute de 21kg. Cette valeur peut paraître faible mais nous avons plusieurs explications à cela : soit nous avons était très chanceux et le parachute s'est déployé exactement à l'apogée ou juste avant, soit le pic d'effort se trouvait entre deux instants de mesure, soit c'est le câble relié à l'éjection qui a encaissé tout l'effort jusqu'à rupture d'un des éléments de transmission (voir 2.c). Page 20/25 Tornade Cles-Facil 2013
  21. 21. Effort (kg) 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 13 -1 Efforts à l'ouverture du parachute 13,1 13,2 13,3 13,4 13,5 13,6 13,7 13,8 13,9 14 14,1 14,2 14,3 14,4 14,5 14,6 14,7 14,8 14,9 Temps écoulé depuis le décollage (s) 2.b Mesure des vibrations des ailerons Les mesures effectuées sur les ailerons nous ont permis de déterminer un effort maximal, au centre de l'aileron, de 12,5kg. Malheureusement, la fréquence d'oscillation des ailerons était trop élevée par rapport à celle d'échantillonnage. Cela était due à la conception de notre système d'acquisition, nous perdions trop de temps à envoyer les données par télémesure et à les enregistrer dans la mémoire interne. En revanche, nous pouvons faire des observations très intéressantes. Les forces aérodynamiques ont commencé à s'appliquer sur les ailerons au bout de 0,6s, ce qui correspond environ au moment où la fusée a commencé à tourner sur elle-même. De plus, on remarque un effort relativement constant jusqu'à 1,2s. Cet instant peut-être assimilé à celui où la fusée arrive à une accélération angulaire nulle, c'est-à-dire une vitesse de rotation constante. A partir de ce moment, les ailerons subissent pleinement les vibrations à une fréquence difficile à déterminer, comme expliqué ci-dessus. Enfin, on peut observer la fin des efforts sur l'aileron à 4,2s. En théorie, le propulseur termine sa poussée au bout de 3,5s. A partir de ce moment, l'accélération de la fusée est celle de la pesanteur. Or, les forces persistent, ce qui signifie que l'air continuait à contraindre les ailerons jusqu'à 4,2s. Puis, après cet instant, les efforts deviennent insignifiants (0,3kg). Les forces de l'air sur les ailerons peuvent donc être négligées en-dessous d'une certaine vitesse, à Page 21/25 Tornade Cles-Facil 2013 15
  22. 22. condition que la fusée soit soumise seulement à son propre poids. Cette expérience devra être retentée l'année prochaine avec un meilleur système d'acquisition. Nous savons désormais que les jauges utilisées sont fiables. Merci à HBM. Efforts sur les ailerons pendant la montée 12 10 Force sur l'aileron (kg) 8 6 4 2 0 -1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 4 4,2 4,4 4,6 4,8 5 -2 Temps écoulé depuis le décollage (s) Page 22/25 Tornade Cles-Facil 2013
  23. 23. 2.c Ejection de l'ogive Cette expérience n'a pas fonctionné. Il y a eu un problème dans la transmission de puissance mécanique. Une fois arrivés à Biscarosse, nous nous sommes rendus compte que le câble relié au système d'éjection était un tout petit peu trop court. Il a fallu rajouter une corde intermédiaire. Mais celle-ci n'était visiblement pas bien dimensionnée puisqu'elle a été sectionnée. Par contre, il est difficile de savoir si l'ogive a été déverrouillée car, bien qu'elle n'eût pas été éjectée, elle a sauté à 50cm de la fusée en atterrissant tout en cassant une goupille. Nous ne pouvons donc pas savoir si l'impact au sol suffisait pour la faire sauter ou s'il fallait qu'elle soit débloquée. Page 23/25 Tornade Cles-Facil 2013
  24. 24. VI Remerciements Le Cles-Facil tient à remercier toutes les personnes ayant soutenu le projet Tornade au cours des années 2011-2012 et 2012-2013. Merci à toute l'équipe technique qui a permis la conception et la fabrication de cette Fusex. Nous sommes très reconnaissants envers nos sponsors qui nous permettent financièrement et matériellement de fabriquer nos projets : Thalès, Insa de Lyon, Arianespace, HBM, Zodiac Aerospace. Très gros remerciements à Planète-sciences et au CNES qui suivent nos projets tout au long de l'année et nous permettent de les conclure durant la campagne du C'Space. Remerciement spécial à : Michal pour avoir initié et suivi le projet activement pendant 2 ans, Rafik pour avoir conduit la camionnette et apporté de la bonne humeur pendant la campagne et Yann qui a permis de faire fonctionner la mémoire EEPROM 3 heures avant le décollage. Page 24/25 Tornade Cles-Facil 2013
  25. 25. Page 25/25 Tornade Cles-Facil 2013

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