🛩️4 - L'avion élastique (à voir)

📝 Séquence 4 ⏳ 4 semaines 👪/👷 Travail de groupe et travail individuel

Les informations ci-dessous vous sont données avec un avion comme exemple. Pour la suite de l'étude, le conception de l'objet est libre.

La problématique finale est bien: OBJET volant à propulsion élastique.

Comprendre les phénomènes de portance.

Objectif de l'étude

L'objectif est de créer un objet volant à propulsion élastique ayant le meilleur rapport poids/surface de voilure.

Le constat est simple pour faire voler un avion il faut une vitesse de poussée et une force de portance (comme expliqué sur la vidéo, liée à la différence de vitesse de l'air entre le dessus et de le dessous de l'aile).

Afin de faire l'objet volant le plus performant possible il faut optimiser le rapport $k\ =\ \frac{Masse\ de\ l'avion}{Surface\ de\ la\ voilure}$.

Pourquoi ?

La formule de la portance est donnée par la relation : $Portance=\ \frac{1}{2}.\rho.Cx.S.V²$

Avec :

• $\rho$= Densité de l'air

• $Cx$= Coefficient lié à la forme de la voilure (coefficient de trainée)

• $S$ = surface de la voilure

• $V$= Vitesse de propulsion

On notera ici que la vitesse est fournie par le système de lancement. Il apparait bien que pour cette étude la force de portance ne dépendra que de la surface de la voilure.

Le photo ci-dessus montre bien que, si la différence de la force de portance et de la masse de l'avion reste positif, alors la performance de l'avion en l'air sera meilleure.

Partant de ce constat, à vous de créer votre objet volant...!!

Travail élève

Avec les hypothèses simplificatrices et les différents paramètres liés à l'étude, il vous ai demandé de respecter ces conditions ci-dessous:

• Avec le rapport $k\ =\ \frac{Masse\ de\ l'avion}{Surface\ de\ la\ voilure}$le plus faible possible (voir explications ci-dessus)

• Les dimensions de l'objet volant ne doivent pas dépasser un brut de 150x150 mm

• Le système de propulsion vous ai donné avec la rampe de lancement

• Le procédé de fabrication utilisé est à votre discrétion (impression 3D, Moulage, ....)

✏️ Par groupe de 3 élèves réaliser la conception de l'objet que vous souhaiter faire voler.

✏️ Montrer les étapes de fabrication de votre objet

✏️ Noter l'évolution du paramètre k en fonction des étapes de conception et d'évolution de votre objet.

✏️ Pour obtenir le Centre de Gravité et le poids du sytème sous Solidworks penser à appliquer le matériaux de l'objet puis faire Evaluer > Propriété de masse

⚠️ Le centre de gravité doit se trouver au niveau de la surface de voilure de l'objet.

Vous devez fournir par groupe un document montrant:

• Vos choix de conception ainsi que la démarche utilisée.

• Une étude sous flow simulation du parcours de l'air autour de votre profil d'aile (voir tutoriel fourni)

• Un schéma de votre objet avec les représentations des efforts (voir photo ci-dessus)

• Une analyse de la trajectoire du point de votre objet ainsi que les calculs de vitesses et d'accélération (voir support de cours - XXX)

✏️ Préparer une présentation orale du projet (énoncer les problématiques, développer la démarche de conception, présenter les résultats,...) d'une durée de 10 minutes (+ 10 minutes de questions).

✏️ Un défi en fin de séquence sera réaliser pour comparer les résultats et vérifier les attendus.