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E.N.S.M.A.

Minifusée expérimentale

Ensmatic New Space Module Aeroglider

 

 

L’équipe :

Constance LAURE  Antoine BIERJON  Manon FREYSSINET  Jeremi MAPAS  Gillian POMMARET  Cyril PETITJEAN                      Julien KINTZINGER  Valentin LECHNER  Bastien WIOLAND

 

groupe minif minif 1

 

Présentation de l’équipe  :

Nous sommes une équipe de 9 étudiants (20-22 ans) en première année à l’ENSMA (Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et d’Aérotechnique) à avoir travaillé sur ce projet. Ce  fut une expérience riche en découvertes mais également en partage, nous permettant de créer une réelle cohésion au sein de l’équipe.

 

Présentation du projet et de ses objectifs :

En tant qu’élèves suivant une formation dans l’aéronautique et le spatial nous n’avons pas su résister à l’envie de faire les deux en un ! L’idée a émergé assez vite, presque comme une plaisanterie, avant de devenir un réel défi qui nous a motivés tout au long de l’année : mettre un avion dans une fusée.

L’objectif était alors le suivant : lancer une fusée qui larguerait un planeur à son apogée. La fusée redescendrait à l’aide d’un parachute et le planeur, inerte rejoindrait le sol en planant de façon concentrique. Cela permettrait de réduire la zone de vol.

Nous avons rapidement dressé un cahier des charges pour notre projet, dont la principale contrainte résultait de la limite de masse appliquée aux minifusées. En effet une masse maximale de 2,3kg devait permettre à la fusée d’avoir une vitesse de sortie de rampe suffisante pour garantir sa stabilité. De plus, logiquement, l’augmentation de la masse diminue l’altitude d’apogée.

La conséquence directe de cette contrainte forte fut la miniaturisation des éléments principaux, à commencer par le diamètre du corps qui nous a, par la suite, induit de fortes contraintes sur la conception de notre planeur.

Comme pour tout projet, nous avons commencé par des croquis, explorant des pistes plus ou moins réalistes, plus ou moins élégantes. Ce projet s’est beaucoup bâti sur l’échange. Nous avions certes divisé le travail pour avancer de façon plus efficace mais chaque avancée était discutée, critiquée, de sorte que nos choix étaient plus robustes.

 

Elements principaux du développement :

 

1. Développement de la fusée

Notre but était de créer un lanceur permettant l’éjection d’une charge utile (le planeur) avec une vitesse initiale et le déploiement d’un parachute. Les dimensions de notre fusée découlaient donc de la taille du planeur. En effet l’envergure des ailes nous a contraint à prendre un tube de 80mm de diamètre minimum et la gouverne de profondeur nous a contraint en longueur.

Après plusieurs méthodes envisagées, nous avons conclu qu’une méthode efficace consisterait à ouvrir une trappe sur toute la longueur de la fusée.

Nous avons ainsi dessiné une trappe en essayant de maximiser la rigidité de la structure. En effet sur les prototypes précédents, la rigidité insuffisante de la fusée engendrait une flèche trop importante. Pour valider nos contraintes en terme de masse et de budget nous avons opté pour un tube de PVC.

Deux aspects ont particulièrement demandé de la réflexion :

-    le système d’ouverture de trappe

-    le système d’éjection du planeur

En effet les deux trappes étaient soumise à un effort provenant de la compression du parachute et du planeur à l’intérieur du corps de la fusée. Nous avons fait le choix de mettre ces éléments sous tension pour deux raisons :

- offrir un expulsion facilitée lors de l’ouverture des trappes

- gagner en place (et donc en masse)

schéma 1

 

Nous avons donc choisi de nous pencher sur une solution qui ne risquerait pas de s’ouvrir en cas de puissants efforts appliqués. De plus la rigidité de la fusée restant globalement faible, cela permettait de garantir le maintient des trappes en cas de torsion ou de flexion de la fusée (testé empiriquement). Une solution simple fut trouvée dans l’utilisation d’un « L » métallique actionné par un servomoteur.

 

Pour l’éjection du planeur nous avions deux critères à valider, lui donner une vitesse initiale de sortie et diriger sa trajectoire de sorte qu’il évite la coiffe (voir schéma). Nous avons choisi d’utiliser une ventouse magnétique pour maintenir un ressort comprimé. Nous avons fait ce choix pour le gain de masse que nous faisions par rapport à un électroaimant et également pour une question de sureté électronique, la ventouse ne consommant pas de l’énergie en continu.

schéma 2

2. Le développement du planeur

Notre préoccupation principale fut dans un premier temps le déploiement des ailes, comment faire rentrer des ailes avec une envergure suffisante dans un tube de 80mm de diamètre ? Nous avons opté pour deux ailes pouvant pivoter sur la même liaison pivot afin de s’aligner avec l’axe du planeur. Cela a induit une dissymétrie au niveau de la hauteur des ailes et ce qui jouait sur la stabilité de l’avion.

Nous avons alors imaginé un système permettant de garder les deux ailes superposée lorsqu’elles étaient repliée et d’aboutir aux deux ailes sur le même plan une fois déployées. Une fois encore nous avons cherché la solution la plus simple afin de gagner en masse mais aussi pour assurer un bon fonctionnement.

Nous avons également travaillé sur la stabilité longitudinale de l’avion pour que celui ci se stabilise quelles que soient les conditions initiales.

minif 2

 

Nous avons également travaillé sur le choix des matériaux utilisés :

-    une flèche en carbone en guise de corps pour garantir une bonne rigidité à faible encombrement et masse.

-    une structure et des mécanismes en impression 3D

-    le nez et les parties portantes en polystyrène pour gagner en masse et atténuer les chocs à l’atterrissage.

Nous avons choisi de ne pas mettre d’électronique dans le planeur pour plusieurs raisons :

-    cela permettait d’alléger le planeur et donc la fusée

-    la réalisation d’un objet inerte retrouvant sa stabilité indépendamment des conditions initiales était élégant

-    La mise en place d’un dispositif électronique nous paraissait compliquée à mettre en oeuvre en un an avec une équipe orientée plutôt mécanique

 

Pour valider les demandes en terme de sécurité (requises par le CNES) mais aussi pour conjecturer le comportement du planeur en vol, nous avons effectué de nombreux tests de vol. Nous avons démontré différents éléments :

-    la stabilité de vol du planeur (longitudinale et en roulis)

-    le bon déploiement des ailes

-    la portée et la vitesse de descente

Nous avons ainsi réalisé des tests à une hauteur de 20m puis nous avons extrapolé les résultats pour notre altitude maximale. A la suite du C’space nous avons pu vérifier que ces valeurs critiques que nous avions calculées (dans le pire des cas) étaient bien supérieures à la réalité et représentaient un ordre de grandeur réaliste. Les résultats figurent dans le tableau ci-dessous :

Prévisionnel maximal Réel
Portée 360 m 150 m
Vitesse verticale 4 m/s 3,8 m/s

 

 

 

 

Déroulement du C’Space – Juillet 2017

 

minif 3

Six des neufs élèves impliqués dans le projet ont pu faire le déplacement pour assister au C’Space en juillet dernier. Après une journée de réglages techniques et derniers tests nous avons qualifié la fusée. Nous avons procédé au lancement le mardi matin.

minif 4

Les conditions météorologiques étaient optimales : ciel dégagé et aucun vent.

Le décompte est lancé, 3 … 2 … 1 … le porteur de projet, fébrile, appuie sur le déclencheur. La fusée s’élève, toute l’équipe retient son souffle pendant les interminables 6 secondes de montée. La trappe s’ouvre libérant le planeur, et la fusée descend tranquillement sous parachute. Le planeur quant à lui a rejoint le sol avec une belle trajectoire circulaire.

 

Nous avons pu constater par le biais d’une vidéo que la réponse en stabilité fut très rapide, de l’ordre de quelques seconde

 

Ce que nous a apporté ce projet :

 

Ce projet fut avant tout pour nous un moyen de passer un bon moment tous ensemble autour d’un projet qui nous tenait à coeur. Le cadre scolaire ne nous permet pas, bien souvent, de mener à bien des projets aussi ambitieux et personnels. Cette fusée a donc été un moyen de laisser libre cours à notre imagination, mais aussi d’appréhender de façon bien plus concrète le travail en équipe ainsi que les contraintes de conception réelles liées à la fabrication. Nous avons ainsi pu développer des compétences relationnelles et d’organisation, indispensables pour les futurs ingénieurs que nous sommes. Nous sommes sortis du cadre théorique de notre cursus pour mettre en application ce que nous apprenons au fil des jours et cela est une vraie satisfaction pour toute l’équipe.

De plus, dès le début, nous avons perçu ce projet comme un défi. Même si pour bon nombre de personnes le projet peut paraître anodin, nous y avons mis tout notre coeur et notre énergie pour le terminer, et pour être fier de ce que nous avions réalisé. Le lancement et le vol nominal furent bien entendu l’aboutissement de notre travail. Il nous a permis de prendre conscience que nous pouvions concevoir, fabriquer et mettre en oeuvre un projet par nous même, en totale autonomie.

Ce lancement a également été l’occasion pour notre club de se développer et de pérenniser l’implication des étudiants dans le domaine du spatial. Le partage des connaissances au sein du club nous a permis, et permettra à d’autres élèves nous l’espérons, de finaliser leur projet. La transmission des connaissances est un élément essentiel pour l’évolution du club.

Nous avons eu la chance de venir nombreux au C’space (6 personnes), grâce à la prise en charge financière de notre école que nous souhaiterions remercier. C’est grâce à son ouverture et son implication dans la vie étudiante et scientifique que tant de projets peuvent voir le jour.

Et quelle meilleure satisfaction pour notre équipe que de voir notre fusée réaliser au mieux ce pour quoi nous avions travaillé !

 

Nous avons eu l’honneur de recevoir le prix CNES – Planète Sciences lors du C’Space 2017. Cela a été une belle reconnaissance pour notre travail.

 

Pour plus d’informations vous pouvez contacter le porteur du projet :

Bastien WIOLAND

Tel : 06 40 17 89 95

Mail : bastien.wioland@outlook.fr