Projet drone martien CAO proposées Quentin BONNARDEL Margaux BUNEL Marie BOURBOULOU Timothée DUCUING Elodie BOUZBIB Marie JOLLY 16/02/2015

Introduction Rappel du contexte service techniques et Préparation du Futur du CNES, projet Pragmatic (actions pédagogiques qui allie une démarche d'apprentissage par projet et d'innovation Dream : Destiné à la récolte et à l’analyse d’échantillons provenant du sol martien. envoyé via le rover Curiosity présent dans la prochaine navette Ariane 6 travaux déjà effectués en amont par le lycée de l’espace et l’ESTACA sur les systèmes embarqués et les composants du drone Concevoir et dimensionner la structure du drone 16/02/2015

Rappel du travail effectué CDCF Dimensionnement Calculs de structures Rappel des réalisations protoypes Drone 6 branches type étoile ou macaron Drone 6 branches biplan 16/02/2015

Modèles à six branches – Avantages/Inconvénients Rappel des Avantages: Bonne stabilité Meilleure résistance à la panne moteur Possibilités d’accès aux composants dans la coque par une trappe Bonne visibilité donnée à la charge utile. Simplicité de fabrication: 2 coques (+1 trappe dans coque supérieure) Inconvénients: L’ajout de carénages apporte un excès de masse (> 1Kg pour 1mm d’ épaisseur) Forme optimisée plus complexe à réaliser en procédé d’injection que le modèle trois branche. Difficulté à gérer les phénomènes vibratoires en incluant les carénages. 16/02/2015

Modèle à six branches – Modèle caréné Caractéristiques structure: Diamètre hors tout: 1,22 m Masse coque: 1,81 Kg - ep 2mm 0,905 Kg - ep 1mm Masse carénages: 2,4Kg - ep 2mm 1,2 Kg - ep 1mm Masse totale min: 2,11 Kg 16/02/2015

Modèle à six branches – Géométrie optimisée Caractéristiques structure: Diamètre hors tout: 1,22 m Masse coque: 0,6 Kg - ep 1mm Masse min = 600 g (+ carénages)= 1,8 Kg 16/02/2015

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Analyse statique – Hypothèses Schématisation poutre Force concentrée au centre de la structure (F = 100N) Extrémités des branches encastrées  Simule le drone en vol 16/02/2015

Analyse statique - RDM Calculs élaborés par Aéromines   𝝈 𝒙 τ Panneau horizontal supérieur 𝐹𝐿 𝑒.𝑏.(𝑎+ 𝑏 3 ) =11,93 𝑀𝑃𝑎 / Panneau horizontal inférieur − 𝐹𝐿 𝑒.𝑏. 𝑎+ 𝑏 3 = −11,93 𝑀𝑃𝑎 Panneau latéral gauche 𝐹 2𝑏𝑒 =0,93 𝑀𝑃𝑎 Panneau latéral droite Epaisseur minimale d’après critère de Tsai-Hill Panneau horizontal supérieur 0,024 mm Panneau horizontal inférieur 0,020 mm Panneau latéral gauche 0,003 mm Panneau latéral droit 16/02/2015

Analyse statique - MEF Contraintes équivalentes de Von Mises : 1,5 MPa Déformations maxi : 2,473 e-3 % 16/02/2015

Analyse statique – Conclusion Pas de problème de résistance en statique Nécessité de faire une analyse vibratoire qui dimensionnera réellement la structure 16/02/2015

Analyse vibratoire – Sans carénage Mode 1 : 317 Hz Mode 1 : 286 Hz 16/02/2015

Analyse vibratoire – Avec carénages (1) Modèle poutre : problème avec les carénages 16/02/2015

Analyse vibratoire – Avec carénages (2) Raidir l’extérieur des carénages Raidisseurs de section 5 mm x 5 mm disposés de manière symétrique Nombre de raidisseurs 1 2 3 Mode 1 0,0 Hz 1,8 e-3 Hz 52,3 Hz 76,8 Hz Mode 2 4,8 Hz 6,0 Hz 76,4 Hz 80,3 Hz 16/02/2015

Analyse vibratoire simplifiée Mode 1 Mode 2 16/02/2015

Analyse vibratoire – Avec carénages (3) Mode 1 Mode 2 16/02/2015

Analyse vibratoire – Conclusion Les carénages se déforment avant la structure Problème lors de la phase de lancement Possibilité d’ajouter des raidisseurs : minimum deux sur la hauteur Imaginer des raidisseurs avec un design différent Augmente la masse et le diamètre hors-tout Suite à ces problèmes, design d’un modèle à trois branches 16/02/2015

Modèle à trois branches – avantages/inconvénients Rappel des Avantages: Structure plus légère Facilité de fabrication (Tube composite/ coques simples) Grande pales et suppression des carénages Inconvénients: Moins bonne stabilité Assemblage Partie motorisation/Bras et composants 16/02/2015

Modèle à trois branches – géométrie optimisée Caractéristiques structure: Diamètre hors tout: 1,22 m Masse min (Tube+ coque) ~ 1 Kg Masse tube = 834g/417g (ep=2mm/1 mm)   Masse Coque (bras) = 547g (1mm) 16/02/2015

Modèle à trois branches – Agencement des composants Batterie Carte de Vol 16/02/2015

Conclusion Accord sur une configuration Analyse des paramètres dimensionnants Analyse des contraintes supportées par Dream Procédés de fabrication pour chacune des partie Ouverture : estimer un budget pour la conception d’un prototype 16/02/2015