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Fusée bi-étage Prométhée

Projet Prométhée

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La fusée Prométhée est une fusée bi-étage passive (2ème étage non propulsé), sur laquelle a travaillé une équipe d’étudiant de l’ENSMA pendant l’année scolaire 2012-2013. Le but fixé était d’opérer une séparation  des deux étages pendant le vol, et de mesurer ensuite la distance d’éloignement des deux étages au cours du temps.

 

Séparation

Les deux étages sont maintenus solidaires par deux ventouses électromagnétiques de 12daN, bloquant toute translation axiale. Au niveau structurel, deux cylindres s’encastrent l’un dans l’autre d’une longueur de un centimètre à chaque bout de ceux-ci (séparé d’une quinzaine de centimètres), permettant d’éviter tout autre mouvement de translation ou rotation, excepté une petite rotation axiale.

 

 

Mesure de distance de séparation

La mesure de distance de séparation est réalisée à l’aide d’un fil de pèche embobiné dans une structure de mètre déroulant (le ressort ayant été enlevé pour que le rappel du mètre ne perturbe pas la séparation). Ce fil relie les deux étages, et à la séparation, celui-ci va se dérouler faisant ainsi tourner une roue en plastique recouverte sur la moitié de sa surface de scotch d’électricien. Cette roue passe dans une fourche optique dont la tension de sortie varie entre 1V et 5V en fonction de l’intensité du rayonnement infrarouge capté. Le scotch d’électricien étant plus « imperméable » à ce rayonnement que le plastique dans lequel est fait la roue, on obtient un signal créneau à chaque tour de roue. En enregistrant le temps à chaque détection de front montant, et en sachant quelle longueur de fil est déroulée à chaque tour, on est en mesure de déterminer la distance de séparation entre les deux étages au cours du temps.

 

Prométhée a été lancée avec succès lors du C’Space 2013 à Biscarrosse, réalisant un vol nominal (deux vols nominaux même, puisque les deux étages se sont séparés et sont redescendus séparément, chacun avec son parachute ouvert). Cependant cela s’est fait non sans mal, puisque Prométhée s’est qualifiée in extremis une heure seulement avant la date butoir. Autant dire que les choses auraient put être plus simple et plus rapide. Pour améliorer les choses à l’avenir nous allons détailler dans la suite les problèmes que nous avons rencontrés et différentes solutions envisageables.

 

 Problèmes rencontrés

Tout d’abord le problème qui nous a occupé la plus part du temps, la flèche :

Mis de coté le problème de la flèche naturelle du à un souci de montage, et sans doute au système de séparation sur lequel on reviendra plus tard, notre fusée avait tendance à pencher un peu (voir beaucoup) trop lors des tests de flèche. Ne pas hésiter à prendre un bon gros coefficient de sécurité lors du calcul de flèche lors de la conception pour éviter ce genre de problème difficile à régler une fois sur place.

Autre problème, la complexité de réglage du système de séparation :

Les ventouses électromagnétiques c’est sympa, mais pour que ça accroche bien, il faut que la pastille et la ventouse se superpose parfaitement. Une fois que c’est bien enclenché, ça tient pas mal quand on tire axialement mais si on rajoute un moment de flexion, ça tient tout de suite moins bien. Pour éviter ce genre de moment, il faut laisser le moins de jeu possible au niveau du centimètre d’encastrement des deux cylindres, que ceux-ci soient encastrés l’un dans l’autre jusqu’au bout.  Or pour cela, il faut que les ventouses soient réglées à la bonne hauteur, ni trop haut pour ne pas empêcher l’encastrement des cylindres, ni trop bas pour qu’au maximum de l’encastrement, les ventouses soient en contact avec les pastilles. Le problème est que pour régler la hauteur de celle-ci, nous devions enlever la peau de l’étage du bas, or cette peau devait être montée avant d’assembler les deux étages ensemble. En plus, le cylindre extérieur nous empêchait de voir comment se positionnait les ventouses. Sans compter qu’une différence de hauteur entre les deux ventouses et leur pastille peut entrainer une flèche supplémentaire. Bref, ça serait pas mal de trouver un moyen pour faciliter ce réglage. Il serait aussi judicieux d’ajouter une ventouse aux deux déjà existantes, pour solidariser un peu plus les deux étages, et peut-être allonger un peu la distance d’encastrement des cylindres. Eventuellement changer les petits ressorts qui servent à éjecter le deuxième étage par un seul gros car il arrive que les petits se tordent et empêchent les ventouses de bien s’enclencher.

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Conseil valable pour toute fusée avec trappe parachute sur le côté  se fermant pas ventouse électromagnétique :

Prendre de grosses ventouses de 12daN car les plus petites ne tiennent pas très bien. Prévoir aussi des languettes à placer aux coins à l’intérieur de l’ouverture des portes, pour qu’en appuyant ensuite aux coins de la porte une fois en place, cela ne décroche pas la porte.

Exemple de petits problèmes auquel il aurait fallu penser avant :

Bien que ça n’ait pas eu d’incidence autre que de nous faire un peu peur au dernier moment, lors du dernier test de vol simulé, il aurait fallu s’en rendre compte plus tôt. Nous nous sommes aperçu que quand nous attachions le fil de pêche à l’autre étage de la fusée et que nous assemblions les deux, le fil se coinçait à chaque fois entre les deux cylindres et se coupait. On a donc du improviser un système pour guider le fil lors de l’assemblage, à l’aide d’un rouleau de sopalin. Si nous ne trouvions pas de solution dans l’heure, nous ne lancions pas.

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Au niveau de l’intégration des cartes électroniques laisser de petites marges dans l’assemblage des cartes si cela vous est possible. En effet, nous

avions des cartes qui s’échelonnaient sur deux ou trois niveau avec de nombreux branchements. Cela rend assez long leur démontage ce qui est gênant lors du C’Space quand le temps  vous est compté. Dans notre cas, nous avons du réorganiser l’emplacement d’une cartes car ce que nous avions prévu au début rendait difficile le branchement de certains fils.

Étiqueter les fils, on en avait beaucoup et ça nous a été très utile pour retrouver facilement où ils se branchent.

Prévoir une sauvegarde des donnée des expériences sur carte SD au cas où la télémesure ne fonctionnerait, ce qui nous est arrivé. Heureusement que nous avion prévu le coup.

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Malgré tout ces déboires, Prométhée a finalement réussi son vol. L’expérience à fonctionné bien que nous n’ayons pas enregistré toute les données que nous espérions à cause d’un bug de la carte Arduino qui reste à ce jour inexpliqué. Prochaine étape, on l’espère, la fusée bi-étage active. Reste plus qu’à opérer ces modifications, mettre un propulseur dans le deuxième étage et c’est reparti !!!

C'Space 2013 - Ensma Space Project - Promethee_2_600

 

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