Bordage d’une voile d’un char à

voile radiocommandé

PROJET

Sciences de

l’ingénieur

Dossier de : RAUWEL Léonard

MASSELOT Corentin

BRÜNNER Louis

TSSI - Lycée Colbert TOURCOING

Bordage d’une voile d’un char à

voile radiocommandé

2013-2014

PROJET

Sciences de

l’ingénieur

Dossier de : RAUWEL Léonard

MASSELOT Corentin

BRÜNNER Louis

Lycée Colbert TOURCOING

Bordage d’une voile d’un char à

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PROJET Sciences de l’ingénieur

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SOMMAIRE

Introduction…………………………………………………………………………………………….. p.3

Cahier des charges…………………………………………………………………………………… p.4

Analyse du projet…………………………………………………………………………………….. p.6

Conception………………………………………………………………………………………………. p.7

Réalisation……………………………………………………………………………………………….. p.9

Conclusion……………………………………………………………………………………………….. p.11

ANNEXE 1………………………………………………………………………………………………… p.12

ANNEXE 2………………………………………………………………………………………………… p.13

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INTRODUCTION

Le char à voile radiocommandé, est un modèle réduit du char à voile.

Le char à voile est un voilier sur roues, il se déplace sur des surfaces planes, en

général sur de grandes plages de sable.

Il est souvent dit qu’il avance avec la seule force du vent (définition du

Larousse). Ce qui n’est pas totalement vrai, car il est nécessaire d’apporter un

effort de traction à cette voile, de la border, sinon le char ne peut avancer.

Dans notre cas du char à voile radiocommandé, cette traction sera apportée

par un servomoteur. Mais la force d’un vent de force 4 nécessite un bon effort

de traction qui ne sera peut-être pas apportée par le simple servomoteur que

nous avons à notre disposition.

Et si notre servomoteur ne convient pas, comment faire pour démultiplier la

force du servomoteur afin de border la voile.

Voilà tout l’enjeu de notre projet.

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CAHIER DES CHARGES

BORDAGE D’UNE VOILE D‘UN CHAR À VOILE RADIOCOMMANDÉ

ENJEU Question de société, enjeu du DD , …

Lors de l'utilisation d'un char à voile radiocommandé, le vent exerce une force sur la voile qui doit être manœuvrable en toutes circonstances. Pour border cette voile, on utilise un servomoteur qui consomme de l'énergie électrique en fonction de la force du vent.

PROBLEMATIQUE Problème technique à résoudre

Le servomoteur utilisé est-il suffisamment puissant pour pouvoir border la voile lorsque le vent atteint force 4 (jolie brise)? Peut-on prévoir un dispositif qui démultipliera l'action du servomoteur et donc limiter la consommation d'énergie?

PRODUCTION FINALE ATTENDUE Instrumentalisation de la maquette. Réalisation d'un dispositif de démultiplication de l'effort fourni par le servomoteur, ce dispositif sera représenté par un programme.

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FONCTIONS CRITERES

FP: Permettre à un utilisateur de border la voile d'un char à voile radiocommandé

Vitesse du vent � Mini: 20 km/h

Maxi: 28km/h

FC1: La voile doit être manœuvrable par le servomoteur

Surface de la voile � 800cm² maxi

FC2: Etre aisément utilisable par l'utilisateur

Radio commande � portée: 200m maxi

FC3: Utiliser les caractéristiques des servomoteurs Futaba S3003

Couple � 4,1 daN.cm maxi

Vitesse � 0.19 s/60° maxi

FC4: Utiliser l'énergie disponible: 4 piles

Tension � 6 volts continu

Courant � 2500 mAh

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Analyse du projet

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Qu’est-ce qu’un servomoteur ?

Un servomoteur est un organe de commande empruntant son énergie à une source

extérieure afin de permettre la commande à distance d’un mécanisme en ne fournissant

qu’un effort très réduit

C’est un moteur capable de maintenir une position à un effort statique et dont la position

est vérifiée en continu et corrigée en fonction de la mesure.

Le servomoteur utilisé est-il suffisamment puissant ?

Pour répondre à cela nous avons réalisé un dispositif permettant d’imiter un vent de force 4

(entre 20 et 28km/h). A l’aide d’un tuyau à air comprimé, et d’un pommeau de douche pour

répartir l’air sur un maximum de surface.

Après avoir réalisé le test, nous nous sommes rendus compte qu’il était impossible de

border la voile pour un vent de force 4, avec le servomoteur Futaba S3003

Identifier les modifications à apporter à la transmission de puissance

Pour identifier les modifications à apporter à la transmission de puissance, il faut tout d’abord étudier ce qui, dans notre projet, apporte la transmission de puissance :

Le servomoteur Futaba S3003 : Couple � 4,1 daN.cm maxi

Vitesse � 0.19 s/60° maxi

Une poulie � 3,5 cm de diamètre

Nous avons déterminé grâce à une formule, la force du vent exercée sur la voile :

F= �

���.��. �. ²

� F : la force (N)

� ��: Coefficient de pénétration

� ��: Masse volumique du fluide (kg/m3)

� S: La surface de la voile (m²)

Conception

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� V: La vitesse du vent (m/s)

Représentée grâce au logiciel de simulation MATLAB - Simulink :

� ANNEXE 1

La force théorique du vent exercée sur la voile est donc de 14.03N mais le vent a un angle

d'incidence d'environ 15° avec la corde de la voile.

Du fait du réglage de la voile à 15° par rapport au vent, la courbure de la voile crée un effet

de portance. Autrement dit, l'effet de dépression de la face sous le vent n'est plus à négliger.

Comme les efforts de pression atmosphérique s'annulent, les efforts restants sont :

• sur la face au vent, la pression due au vent,

• sur la face sous le vent, la dépression due au vent.

Donc la force exercée sur la voile est donc supérieur à 14.03N !

Donc l’effort du couple est insuffisant pour une force de plus de 14,03N, il faut donc

déterminer un dispositif capable d’augmenter le couple

Après avoir effectué plusieurs recherches sur un système de poulie permettant de multiplier

la force (les palans), je me rendis compte que c’était de bons systèmes pour les vrais chars à

voile, mais que c’était trop compliqué à réaliser sur notre char à voile miniaturisé.

Alors j’ai décidé de partir de la formule du couple :

C=F*r

Avec c : le couple en N.m

F : la force en N

r : le rayon en m

Et de cette formule, j’en ai déduit que plus le rayon est grand plus le couple est grand

Ce qui m’a amené à un système pour démultiplier la force tout simple, il faut simplement

rajouter une poulie avec un plus grand rayon r

De cette formule j’ai pu en déduire aussi la force maximale délivrée par le servomoteur

F=c/r Voir ANNEXE 2

F=11,71N � Le servomoteur délivre donc une force de 11,71N

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Pour des raisons de simplicité et pour ne pas faire une poulie démesurée, nous avons choisi

de doubler le diamètre de la poulie déjà existante.

Pour fabriquer cette poulie, j’ai choisi de d’abord la modéliser sur SolidWorks qui est un

logiciel de simulation. Pour espérer ensuite l’imprimer grâce à l’imprimante 3D du lycée

Cette modélisation m’a prise du temps car ne sachant pas utiliser SolidWorks, j’ai dû d’abord

apprendre les techniques de base pour maitriser ce logiciel, et modéliser cette poulie de 7cm

de diamètre

Réalisation

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La poulie n’étant finalement pas réalisable, le dispositif final de démultiplication de force n’a donc

pas pu être réalisé, nous n’avons donc pas pu valider notre hypothèse et réaliser les dernières

mesures. J’ai donc cherché à mettre ce dispositif sous forme de calcul et le mettre en relation avec la

force du vent mais en vain.

Conclusion :

Ce projet en équipe fût instructif, il m’a permis d’acquérir des connaissances dans le domaine de la

voile, et de comprendre son fonctionnement, il m’a aussi permis d’apprendre à utiliser des logiciels

que je ne connaissais pas

Il m’a permis d’apprendre à travailler en équipe, se répartir les tâches, partager ses savoirs et ses

compétences, se motiver les uns les autres, faire émerger de nouvelles idées et savoir compter les

uns sur les autres en cas de non réussite.

Le projet n’étant pu être complétement abouti, j’en garde quelques frustrations. Mais cela reste une

bonne expérience.

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ANNEXE 1

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ANNEXE 2

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