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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
1
PROJET Sciences de l’ingénieur
2
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
3
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
13
ANNEXE 2
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