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Construction dun aéroglisseur actionné par un seul moteur. Durand Thomas Lamy Fabien Pisani Julie Travaux Personnels Encadrés Année 2003-2004 TS4 L.G.T.

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1 Construction dun aéroglisseur actionné par un seul moteur. Durand Thomas Lamy Fabien Pisani Julie Travaux Personnels Encadrés Année TS4 L.G.T. Paul Langevin

2 Sommaire Comment réaliser cette alimentation indépendante des caissons avec un seul moteur et une seule hélice ? Par quel moyen pourrait-on améliorer la stabilisation en roulis de laéroglisseur ? Modèle dessai Modèle réduit Détermination de lélément perturbateur de léquilibre latéral Stabilisation de lappareil

3 Comment réaliser cette alimentation indépendante des caissons avec un seul moteur et une seule hélice ? Modèle dessai : Plan et photos Calculs Modèle réduit :

4 Les essais réalisés avec ce modèle ont confirmé que la division du flux dair permettait bien dassurer indépendamment la sustentation, la stabilité et la propulsion. Modèle dessai

5 Pression de lair nécessaire dans les caissons bordés par les jupes 2 caissons de 45 cm de diamètre : A = 2 × (0.45)² × /4 = 0,318 m². Le poids P = 2 × 9,81 = N avec m = 2 kg La pression de lair dans les caissons : P = 61,7 Pa

6 Pression disponible donnée par lhélice P = 249 Pa La pression disponible est denviron 250Pa, donc nettement supérieur à la pression nécessaire. Le dispositif peut fonctionner

7 Vitesse de lair à la sortie de lhélice Vitesse de rotation : tours.min -1 soit 200 tours.s -1 Pas de lhélice : 5 pouces donc 5 × 25,4 = 127 mm.tour -1 = 0,127 m.tour -1 Rendement (avancée réelle par tour/Pas) = 0,8 Vitesse de lair à la sortie de lhélice : V = 0,127 × 200 × 0,8 = 20,3 m.s -1 (73 Km.h -1 ) Pression possible, obtenue avec cette vitesse dair P = ( × V²) ÷ 2 à 20°c = 1,3 × (273 ÷ (273+20)) = 1,21 kg.m -2 P = 1,21 × (20,3)² ÷ 2 P = 249 Pa (daprès léquation de Bernouilli)

8 h = 2 cm Élévation au-dessus du sol A cette hauteur, on ajoute celle des jupes qui est de 3,8 cm. Ce qui permet à laéroglisseur de franchir des obstacles importants.

9 Le débit dair sortant est égal au débit dair entrant. Débit dair entrant D = 1,25 (85 × 2) ÷ 360 = 0,59 m 3.s -1 Vitesse de sortie de lair sous les caissons ( relation de Bernouilli) P = ( × V²) ÷ 2 soit V = ((2 × P) ÷ ) V = ((2 × 62) ÷ (1,21)) V = 10,1 m.s -1 Périmètre déchappement de lair sous les jupes 0,45 × × 2 = 2,83 m Hauteur au-dessus du sol : h h × 2,83 × 10,1 = 0,59 h = 0,0206 m soit h = 2 cm – –

10 Dispositif anti-couple : Le moteur communique un couple à lhélice, il a donc tendance à faire tourner laéroglisseur en sens contraire. Pour le stabiliser il faut lui appliquer un couple égal et de sens opposé. C = 0,44 N.m

11 Calcul du couple moteur Couple moteur : F × R Déplacement de M par seconde : 2 R × Nombre de tours par seconde = 2 RN Puissance : W = F × déplacement par seconde W = F × 2 RN W = F × R × 2 N C W = C × Doù C = W ÷ W = 552 w C = 552 ÷ 1256 = (12000 ÷ 60) × 2 = 1256 rad.s -1 C = 0,44 N.m

12 Utilisation de lair de propulsion Prélever de lair de propulsion dont la pression varie avec la vitesse de rotation du moteur, comme le couple moteur. Forces à appliquer à la caisse pour créer le couple : Bras de levier d = 0,40 m F = C ÷ d = 0,44 ÷ 0,40 = 1,1 N Pression donnée par lhélice en régime établi : P = 250 Pa Section à donner au conduit dair : S = F ÷ P S = 0,0044 m² soit 44 cm²

13 Un aéroglisseur peut parfaitement fonctionner avec un seul moteur et un seul ventilateur. Toutefois la stabilité en roulis du modèle réalisé est insuffisante. Il a été nécessaire détudier le moyen daméliorer cette stabilité et de modifier le modèle en conséquence. Pour cela nous nous sommes demandé : « Par quel moyen pourrait-on améliorer la stabilité en roulis de laéroglisseur ? »

14 Par quel moyen pourrait-on améliorer la stabilisation en roulis de laéroglisseur ? Détermination de lélément perturbateur de léquilibre latéral : Effet de linclinaison Effet du vent latéral Stabilisation de lappareil : Calcul de pression nécessaire au rétablissement Aménagement de lappareil

15 Effet de linclinaison Calcul du moment de renversement dû à linclinaison : Langle θ : sin θ = 0,181 θ = 19° Le vecteur P : P = 19,62 N sin θ = 0,014 m Moment de renversement : Mr = sin θ × P Mr = 0,014 × 19,62 Mr = 0,275 m.N

16 Effet du vent latéral pour un vent de 36 km.h -1 : F = P × (S 1 + S 2 + S 3 ) F = 7,74 N donc M = 7,74 × M = 0,4 N.m pour un vent de 20 km.h -1 : F = P × (S 1 + S 2 + S 3 ) F = 2,38 N donc M = 2,38 × M = 0,12 N.m Moment dû au vent :

17 Calcul du mouvement dû au vent : Centre de poussée : S 1 × h 1 + S 2 × h 2 + S 3 × h 3 = (S 1 + S 2 + S 3 ) × h c h c = (S 1 × h 1 + S 2 × h 2 + S 3 × h 3 ) ÷ (S 1 + S 2 + S 3 ) h c = 0,0892 m sur le cylindre central : S 2 = 0,0424 m 2 h 2 = 0, ,148 ÷ 2 = 0,147 m sur le bas : S 1 = 0,0668 m 2 h 1 = 0,073 ÷ 2 = 0,036 m partie arrière : S 3 = 0,0197 m 2 h 3 = 0, ,148 ÷ 2 = 0,145 m Centre de poussé latérale (centre de gravité ) :

18 Le bras de levier = h c - h j avec h j ( hauteur des jupes ) = 0,038 = 0,0512 m Pression exercée par le vent sur le modèle : pour un vent de 36 km.h -1 soit 10m.s -1 P = ρ × V 2 ÷ 2 avec ρ = 1,2 kg.m -3 à 20° c P = 60 Pa Mouvement dû au vent : pour un vent de 36 km.h -1 : F = P × (S 1 + S 2 + S 3 ) F = 7,74 N donc M = 7,74 × M = 0,4 N.m pour un vent de 20 km.h -1 soit 5,55 m.s -1 P = ρ × V 2 ÷ 2 P = 18,5 Pa pour un vent de 20 km.h -1 : F = P × (S 1 + S 2 + S 3 ) F = 2,38 N donc M = 2,38 × M = 0,12 N.m

19 Calcul de pression nécessaire au rétablissement S = 9, m² calcul de la surface S dun des petits caissons : Pression nécessaire au rétablissement : P = 175 Pa La pression nécessaire (175 Pa) sont légèrement inférieur à la pression donnée par lhélice (250 Pa) donc lappareil peut retrouver sa position déquilibre.

20 calcul de la surface S dun des petits caissons : S = π ×R² S = D² × π/4 S = (0,108)² × π/4 S = 9, m² Pression nécessaire au rétablissement : Moment de rappel = S × P × davec d = 0,171 m A léquilibre : S × P × d = 0,275 P = 0,275 ÷ (0,171 × 9, ) P = 175 Pa

21 Aménagement de lappareil 3 solutions auraient pu permettre daméliorer la stabilité de laéroglisseur. augmentation du diamètre du caisson D = 0,144 m ajout dune jupe extérieure : S = 0,025 m² ajout dun arrondi extérieur : S = 56, m²

22 Pour un vent latéral de 10 m.s -1, M r = 0, ,4 = 0,675 N.m donc F = 0,675 ÷ 0,171 = 3,94 N. La pression maximale données par lhélice étant de 250Pa, la surface du caisson devrait être au minimum de : S = 3,94 ÷ 250 = 0,016 m 2, la surface actuelle nest que de 0,0092 m 2. augmentation du diamètre du caisson : Le diamètre doit être : (D ÷ 0,108)² = 0,016 ÷ 0,0092 D = 0,108 × (0,016 ÷ 0,0092) D = 0,144 m ajout dune jupe extérieure : S = (0,465 × 0,225) – [(0,225)² × π] ÷ 2 S = 0,025 m² -- Il faut donc laugmenter.

23 ajout dun arrondi extérieur : R = (225) 2 + ( ,5) 2 R = 323,5 mm soit 0,323 m Aire du triangle : A = (0,225 × 0,465) ÷ 2 = 0,0523 m 2 laire de la demie-lune : A L = 0,084 – 0,0523 = 0,0317 m² Aire de langle θ : tan θ = 465 ÷ ( 2 × 225 ) = 1,033 θ = 46 ° 2θ = 92 ° Aire du cercle de rayon R : (0,323)² × π = 0,328 m² Pour 2θ : Aire = (0,328 ÷ 360) × 92 = 0,084 m²

24 Laire du nouveau caisson est donc de : , = 56, m²

25 Nous avons fait quelques essais : en plaçant des poids sur les flancs droit puis gauche de lappareil, jusquà 200g le modèle ne sincline pas. Nous avons ensuite modifié laéroglisseur puis nous avons recommencé des mesures : jusquà 400g le modèle se comporte parfaitement bien. Cela entraîne donc une nette amélioration au niveau de son évolution. Lappareil ne connaît plus de problème en roulis.

26 Nous avons utilisé de nombreux moyens : Encyclopédie Internet Le logiciel Power Point Le logiciel Solid Works De plus nous avons rencontré un ingénieur à la retraite qui avait participé en 1966, à la construction du prototype N101 du «NAVIPLANE» imaginé par la société BERTIN. Bibliographie


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