Avant correction finale et envoi de prédiction trajectoire 18 /20 Roméo Thibauld toujours pas de nom sur la première page ! Bilan du groupe sur l’activité ballon, sonde : Maîtrise d’Excel : excellente 5/ 5 Compte rendu : bien quand elle a été possible 4/ 5 argumentation satisfaisante complet pas toujours envoyé et pour cause ! Exploitation des données : 4 / 5 Courbe bien tracées Analyse à approfondir Activité en classe : très satisfaisante 5 / 5 malgré tous les problèmes rencontrés !

Capteur de vitesse ascensionnelle (n°3) Une feuille du fichier Excel est à reprendre, étalonnage avec tension créneau Compte rendu : une bonne analyse mais incomplète, a finir Sommaire : Différents types de capteurs permettant de mesurer une vitesse Effet Hall Dynamomètre Baromètre Anémomètre Utilisation d’une photorésistance Domaine de validité Etalonnage Utilisation d’un phototransistor Etalonnage en fréquence Conversion de la fréquence en tension Etalonnage final (en tension) Etalonnage avec tension créneau ???? Données prévues concernant le ballon : Altitude : 30 km Vitesse de montée : 5 m/s Vitesse de descente : ??? m/s valeur inconnue

masse volumique de l'air Sommaire Différentes manières de déterminer une vitesse Capteur à effet Hall Le principe de l’effet hall consiste en « compter » le nombre de passages d’un objet métallique devant un capteur électronique(par exemple, les rayons d’une bicyclette). Ensuite, on détermine une vitesse en ayant le nombre d’objets passés en un temps donné (vitesse en fonction de la fréquence). On ne pourra cependant pas utiliser le principe de l’effet hall. Dynamomètre Un dynamomètre mesure un poids (or celui ci varie en fonction de l’altitude) : P = m * g (g variant en fonction de l’altitude). On pourrait ainsi déterminer un coefficient de diminution de cette valeur, et, par conséquent, une vitesse ascensionnelle. Cependant, le ballon n’est pas capable d’atteindre une altitude supérieure à 30 km, or le poids, sur une telle distance ne variera que de moins de 1%. Baromètre Anémomètre On intercale l’hélice d’un anémomètre entre une DEL haute luminosité en un capteur permettant de mesurer une fréquence. On mesurera donc la fréquence de passage d’une pale, ce qui nous permettra d’établir une courbe d’étalonnage (vitesse en fonction de le fréquence). Dans un premier temps, on va utiliser une photorésistance pour mesurer cette fréquence. Cependant, le capteur de pression dynamique est difficile à mettre en œuvre Pourquoi ? Nous n’utiliserons donc pas ce principe. v vitesse pt pression totale ps pression statique pd pression dynamique r masse volumique de l'air

En utilisant une photorésistance Sommaire En utilisant une photorésistance Domaine de validité On constate que pour des valeurs de fréquence supérieures à 1100 Hz, la photorésistance ne donne plus de valeurs cohérentes. Etalonnage On prend une série de mesures et on détermine le coefficient directeur de la droite obtenue. Ici, on ne dépasse pas le domaine de validité du capteur. Ainsi, la fréquence mesurée par le fréquencemètre est proportionnelle à la vitesse ascensionnelle du ballon (lue sur l’écran de l’anémomètre.

En utilisant un phototransistor Sommaire En utilisant un phototransistor Domaine de validité On constate que pour des valeurs de vitesses supérieures à 75 km/h, le phototransistor ne donne plus de valeurs de fréquences cohérentes. Etalonnage On prend une série de mesures et On détermine le coefficient directeur de la droite obtenue. Ces valeurs peuvent être considérées comme justes car on ne sort pas du domaine de validité du capteur, en effet, on peut considérer que le ballon ne dépassera pas des vitesses de 25 m/s. Ainsi, la fréquence mesurée par le fréquencemètre est proportionnelle à la vitesse du flux de l’air passant dans l’anémomètre.

Conversion de la fréquence en tension Sommaire Conversion de la fréquence en tension Kiwi n’étant pas capable d’envoyer des fréquences, il va falloir transformer la fréquence obtenue en tension. Ainsi, on va utiliser un montage permettant cette opération. On utilise ici un générateur de tension en créneau (max 5,0 V) Voltmètre utilisé en alternatif, sensé simuler la tension injectée en entrée du montage convertisseur. On vérifie ainsi que la tension continue mesurée dépend de la fréquence. Si on avait été plus épargné par les soucis de montage, on aurait pu : [oui… mais non !] On cherche à tracer alors la courbe : U (bornes de la résistance de 470 k) en fonction de la fréquence f (générateur)

Connexion dans montage convertisseur Fréquence/Tension continue(0/5V): Remarque : pas de résistance R2 ni R3 5V Générateur kiwi 33 Fil rouge 4 Fil rouge dessus Réq = 160 W Fil marron dessus R10 = 66 W 4,7 k 162 4,7 k 0.16 k 1N4148 33 47 k Fil violet dessous Fil noir 3 : Source 1 8 2 : Drain IRF 1405 Fil gris signal entrée anémomètre (simulation par signal tension carrée entre 0 et 5 V) C3 = 1 µ 2 repère NE 555 P Mesure de la tension aux bornes de la résistance de 470 k 1 : Gate 3 162 5 Collecteur 47 k 2N 2219A* base Queue : émetteur 470 k C4 = 1 µ Fil rouge Fil rouge 1 162 C1 = 100 n C2 = 10 n 4,7 k Fil noir 0V * Valeur préconisé C1 = 100 nF * Ou transistor 2N222

* Valeur préconisée C1 = 100 nF Connexion dans montage convertisseur Fréquence/Tension continue(0/5V): Partie non visible (autre côté) Partie métallisée avec fil ou patte conducteur Intersection métal avec patte conducteur 0V Fil noir 4,7 k Fil violet 1 162 C2 = 10 n C1 = 100 n 470 k Fil violet 4 C4 = 1 µ Queue : émetteur Fil rouge 2 base 2N 2219A* 47 k Collecteur Fil violet 2 Fil violet 5 Fil gris signal entrée anémomètre (simulation par signal tension carrée entre 0 et 5 V) Mesure de la tension aux bornes de la résistance de 470 k 162 5 3 C3 = 1 µ 1 : Gate NE 555 P 2 repère IRF 1405 2 : Drain 8 1 3 : Source Fil noir 47 k Fil violet 3 Fil rouge 1 33 1N4148 R10 = 66 W 4,7 k 162 4,7 k Réq = 160 W 33 Générateur (kiwi) Fil rouge 3 5V * Ou transistor 2N 222 * Valeur préconisée C1 = 100 nF Remarque : pas de résistance R2 ni R3

Capteur n°3 : vitesse ascensionnelle BROFIGA Roméo DURIVAUX Thibaud Capteur n°3 : vitesse ascensionnelle U v v (modèle exp.) Ecart relatif v (modèle poly.) V km/h m/s % 0,00 0,0 0,90 1,40 0,39 0,31 25,6 0,6 1,58 2,70 0,75 0,82 8,7 0,73 3,1 2,06 5,00 1,39 1,63 15,0 1,1 2,30 6,90 1,92 2,31 16,9 1,96 2,4 2,35 7,90 2,19 2,48 11,4 2,13 2,8 2,50 10,60 2,94 3,07 4,1 2,83 3,9 2,54 11,50 3,19 3,25 1,8 3,08 3,8 2,58 12,00 3,33 3,45 3,2 3,35 2,80 19,50 5,42 4,72 14,7 5,52 2,92 26,70 7,42 5,61 32,2 7,30 1,6 Notre capteur est constitué de pales (d’un anémomètre que nous n’utilisons pas en tant que tel), d’une diode d’un côté et d’un phototransistor de l’autre, en face. Le phototransistor reçoit le signal lumineux de la diode, qui est coupé par intermittence à chaque passage d’une pale. On obtient donc la fréquence de passage de celles-ci. Etant donné que Kiwi ne peut pas transmettre une fréquence, il faut convertir celle obtenue en tension. Pour cela, on utilise un montage convertisseur fréquence/tension continue. Le montage est au fond, dans une boîte faite de polystyrène afin de protéger le circuit du froid et des chocs. Le capteur est fixé dans une paroi de la nacelle, de laquelle il dépasse de 3 cm afin de permettre à l’air de s’engouffrer dans les pales.

Capteur n°3 : vitesse ascensionnelle BROFIGA Roméo DURIVAUX Thibaud Capteur n°3 : vitesse ascensionnelle Modèles math choisis ? Analyse de la courbe d’étalonnage ? Vous avez oublié de montrer votre courbe sur l’acquisition réalisée par kiwi !

Données relevées durant le vol Durant le vol, on observe que les valeurs oscillent fortement. Cela signifie que l’anémomètre cesse de tourner de façon intermittente. Ce phénomène est très probablement causé par le balancement et la rotation de la nacelle sous le ballon. Pour obtenir une courbe comportant des valeurs cohérentes, il faudrait supprimer les évènements pour lesquels la tension atteint une valeur de 0 V. On observe également que les valeurs sont étrangement faibles par rapport aux prévisions. Cela peut être dû au fait que l’anémomètre soit placé contre la nacelle (sous le ballon) ; aussi, une importante protection lumineuse ???? masque une grande surface de l’hélice. A 12h43, on observe que la vitesse mesurée par l’anémomètre augmente subitement. Ceci nous permet de déterminer l’heure à laquelle le ballon a définitivement cessé de monter et a amorcé sa descente (éclatement du ballon). Entre 11h35 et 11h50, on observe des tensions nulles. Cela est certainement dû à un disfonctionnement inopiné du générateur (il produisait alors une tension d’environ 6,5V). Argument faux , si l’hélice ne tourne plus c’est pour une autre raison , laquelle ? La den… de l’air devient trop faible pour faire tourner les pales à partir de 15 km, mais dès 8 km d’alt….a vitesse mesurée chute. Cela correspond donc à l’altitude maximale de fonctionnement de la plupart des hélicoptères (environ 5 km).Quelle est celle des avions à hélice (voir internet) On voit aussi que la vitesse de descente est nettement supérieure à celle de la montée. (comparaison ???) Equation (en rouge aussi) de la vitesse (max) en fonction du temps ? Pourquoi la vitesse diminue-t-elle ? Début de la chute