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1 Projet pluridisciplinaire 3° année IC Conception dun avion solaire et calcul du longeron BLATTES Damien STEINER Valériane Promo 42.

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1 1 Projet pluridisciplinaire 3° année IC Conception dun avion solaire et calcul du longeron BLATTES Damien STEINER Valériane Promo 42

2 15/06/2007PPD Avion solaire BLATTES Damien – STEINER Valériane 2 Introduction Projet du club Modélisme de lINSA. –Expérience de 6 années de course solaire lors du Défi Solaire Quelques avions solaires existants: Modèles réduitsDrones Pilotés

3 15/06/2007PPD Avion solaire BLATTES Damien – STEINER Valériane 3 Plan I - Cahier des charges II- Choix de la géométrie et du profil III- Simplifications et limites de létude IV- Matériaux V- Calcul de la structure

4 15/06/2007PPD Avion solaire BLATTES Damien – STEINER Valériane 4 I - Cahier des charges Constructible avec les moyens du club modélisme Dimensionné pour 22 cellules solaires 10x10cm Puissance nécessaire au vol de lordre de 20W (puissance délivrée par 22 cellules 10x10) Profil suffisamment épais pour intégrer les cellules dans laile. Structure (longerons) légère et résistante aux contraintes du vol.

5 15/06/2007PPD Avion solaire BLATTES Damien – STEINER Valériane 5 II - Choix de la géométrie et du profil Puissance nécessaire au vol: P =puissance (W) m=masse de lavion (kg) g=constante de gravité (9,81m.s-2) V=vitesse de vol (m.s-1) f=finesse (sans unité) =angle de montée =rendement du groupe motopropulseur (moteur et hélice) Pour minimiser la puissance, il faut donc minimiser le quotient :

6 15/06/2007PPD Avion solaire BLATTES Damien – STEINER Valériane 6 II - Choix de la géométrie et du profil Avion classique? Aile volante? Rendement aérodynamique (finesse) optimal Poids élevé (fuselage, empennage) Difficulté de construction (fuselage composite) Rendement aérodynamique moindre dû au profil autostable Poids très faible Facilité de construction

7 15/06/2007PPD Avion solaire BLATTES Damien – STEINER Valériane 7 II - Choix de la géométrie et du profil Conception aérodynamique grâce au logiciel XFLR-5 Soufflerie numérique qui analyse les profils et les ailes.

8 15/06/2007PPD Avion solaire BLATTES Damien – STEINER Valériane 8 II - Choix de la géométrie et du profil Conception aérodynamique grâce au logiciel XFLR-5 Choix final dune géométrie hybride Zone centrale : profil autostable Extrémités : profil classique

9 15/06/2007PPD Avion solaire BLATTES Damien – STEINER Valériane 9 II - Choix de la géométrie et du profil Conception aérodynamique grâce au logiciel XFLR-5 Comparaison avec un planeur classique Puissance équivalente malgré une finesse moindre, grâce au faible poids.

10 15/06/2007PPD Avion solaire BLATTES Damien – STEINER Valériane 10 II - Choix de la géométrie et du profil Conception aérodynamique grâce au logiciel XFLR-5 Choix des profils aérodynamique Profil autostable (Zone centrale) Profil classique (extrémités) Nombre de Reynolds : Inspiré dun profil autostable reconnu : leppler 186, profil adapté aux plus grands nombre de Reynolds. Il a donc été aminci et le bord dattaque épaissi. Nombre de Reynolds : Profil adapté aux très faibles nombre de Reynolds (NG03) Épaissi pour pouvoir installer les cellules solaires

11 15/06/2007PPD Avion solaire BLATTES Damien – STEINER Valériane 11 II - Choix de la géométrie et du profil Répartition des cellules sur lavion :

12 15/06/2007PPD Avion solaire BLATTES Damien – STEINER Valériane 12 III - Simplifications et limites de létude Les seuls éléments structuraux pris en compte sont : Le bord dattaque Le longeron secondaire Le longeron principal Les nervures ne servant pas à supporter les efforts de flexion, elles ne seront pas modélisées. Idem pour le revêtement (entoilage) en plastique thermo rétractable.

13 15/06/2007PPD Avion solaire BLATTES Damien – STEINER Valériane 13 III - Simplifications et limites de létude Simplification du chargement Répartition réelle de la portance Répartition simplifiée de la portance et du poids.

14 15/06/2007PPD Avion solaire BLATTES Damien – STEINER Valériane 14 III - Simplifications et limites de létude Simplification du chargement Répartition réelle de la trainée Répartition simplifiée de la trainée

15 15/06/2007PPD Avion solaire BLATTES Damien – STEINER Valériane 15 III - Simplifications et limites de létude Symétrie. –Le problème est symétrique (géométrie et chargement) –On ne calcule donc que la moitié de laile.

16 15/06/2007PPD Avion solaire BLATTES Damien – STEINER Valériane 16 IV – Matériaux utilisés –Longerons de fixation des ailerons Balsa (construction plus aisée) Caractéristiques connues –Longeron central et bord dattaque Matériau composite Fibres de carbone Caractéristiques inconnues

17 15/06/2007PPD Avion solaire BLATTES Damien – STEINER Valériane 17 IV – Matériaux utilisés Essai de flexion (détermination du module dYoung dun tube en fibre de carbone) EncastrementMasse Mesure du déplacement Banc de mesure Module dYoung mesuré : 75000MPa comparaison avec des tables autres caractéristiques connues

18 15/06/2007PPD Avion solaire BLATTES Damien – STEINER Valériane 18 V - Calcul de la structure Modélisation sous IDEAS –Longerons éléments poutres –Nervures éléments rigides Poutres Eléments rigides Nœuds

19 15/06/2007PPD Avion solaire BLATTES Damien – STEINER Valériane 19 V - Calcul de la structure Modélisation sous IDEAS - Conditions aux limites Blocages Portance et trainée poids Portance = Portance totale Nombre de Nœuds Traînée = Traînée totale Nombre de Nœuds Poids =20 grammes / cellule

20 15/06/2007PPD Avion solaire BLATTES Damien – STEINER Valériane 20 V - Calcul de la structure Modélisation sous IDEAS – Cas détudes - Géométries Longeron de fixation des ailerons : –Balsa de section carrée 6mm Bord dattaque –Jonc de carbone de diamètre 3mm Longeron central –Plusieurs géométries étudiées Section (en mm)4,9 x 3,56,0 x 4,27,9 x 6,0 7,9 (section pleine)

21 15/06/2007PPD Avion solaire BLATTES Damien – STEINER Valériane 21 V - Calcul de la structure Modélisation sous IDEAS – Cas détudes – Chargement Vol en palier : équilibre poids / portance Vol en ressource : structure soumise à 4g, cas le plus critique. Poids x4 Portance x4

22 15/06/2007PPD Avion solaire BLATTES Damien – STEINER Valériane 22 V - Calcul de la structure Modélisation sous IDEAS Avec accélération de 4g Longeron 7,9x6

23 15/06/2007PPD Avion solaire BLATTES Damien – STEINER Valériane 23 V - Calcul de la structure Modélisation sous IDEAS - Résultats Déplacement en bout d'aile Contrainte maximale au centre de l'aile Coefficient de sécurité k Poids du longeron UnitésmmMPagrammes Tube 4,9x3, ,7823,5 Tube 6,0x4, ,6537,8 Tube 7,9x6,038,175,55,9353,1 Jonc 7,937,369,56,45123

24 15/06/2007PPD Avion solaire BLATTES Damien – STEINER Valériane 24 Conclusion Géométrie originale, prototype en cours de fabrication Modélisation améliorable (nervures, revêtement, efforts, matériaux) Notions développées de RDM, Eléments finis, mécanique des fluides... Nouvelles notions abordées en conception aérodynamique et matériaux composites

25 15/06/2007PPD Avion solaire BLATTES Damien – STEINER Valériane 25 Merci de votre attention Cahier des charges Choix de la géométrie Simplifications et limites de létude Matériaux utilisés Calcul de la structure


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