FRIEDRICH Pierre (GM01) MAATOUG Ahmed (GM01) MOTARD Alexandre (GM01) PEREZ Guillaume (GM01)

1 FRIEDRICH Pierre (GM01) MAATOUG Ahmed (GM01) MOTARD Alexandre (GM01) PEREZ Guillaume (GM01)

Projet : Les Cerfs Volants

A09-MQ17

Responsable :

Mr Nicolas BUIRON

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Sommaire :I. Introduction

• Etymologie et Histoire

II. Aérodynamique• Fonctionnement• Echelle de beaufort

III. Les Cerfs Volants de Traction• Cahier des charges• Solutions retenues (fils, voiles fabricants, etc.)

IV. Les Cerfs Volants Acrobatiques et de combat• Cahier des charges• Solutions Retenues (toiles, coutures, fils, armatures, etc.)

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I. Introduction

I. 1. Etymologie et Histoire

L'étymologie du mot n'est pas confirmée même si aujourd'hui, on pense que son origine vient sans doute d'une déformation de serp-volant, une serp désignant en ancien français un serpent.

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I. Introduction


D'anciens textes chinois font remonter l'origine du cerf-volant au IVe siècle av. J.-C.

Il est très probablement l'invention d'un peuple de pêcheurs et navigateurs des îles d'Asie du Sud-est

Les premières traces écrites sur les cerfs-volants datent d’environ 200 avant JC

La renommée du cerf-volant a été propagée par les commerçants en provenance de Chine en Corée

Le cerf-volant est devenu très populaire au Japon au cours de la période Edo (1600 à 1868).

http://fr.wikipedia.org/wiki/Civilisation_chinoise

http://fr.wikipedia.org/wiki/IVe_si%C3%A8cle_av._J.-C.



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La première application scientifique du cerf volant sera enregistrée en 1749 quand Alexandre Wilson d’Ecosse utilisa un train cerf-volant comme un outil météorologique pour mesurer les variations de températures à différentes altitudes.

Actuellement, il s'est développé trois pratiques distinctes : le cerf-volant monofil : contemplatif, plat, à dièdre, cellulaire ou sans

armature, il est retenu par une seule ligne (aussi le cerf-volant de combat )

le cerf-volant acrobatique : exécution de figures, généralement avec des deltas ;

le cerf-volant de traction qui se distingue en deux catégories : terrestre : le char, le mountainboard tracté, le snowkite, le roller tracté,

etc. marine : le kite surf, une planche (de surf à l’ origine) tractée par un

cerf-volant.

I. Introduction


http://fr.wikipedia.org/wiki/Char_%C3%A0_voile

http://fr.wikipedia.org/wiki/Mountainboard

http://fr.wikipedia.org/wiki/Snowkite

http://fr.wikipedia.org/wiki/Kite_surf

http://fr.wikipedia.org/wiki/Kite_surf

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Loisire et compétition

Traction d'embarcations

Transmission radio

Sauvetage en mer

Phonographie aérienne Cerf volant

Météorologie

I. Introduction


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II. Aérodynamique

II. 1. Fonctionnement Un cerf-volant, objet plus lourd que l'air, doit être opposé à une

force supérieure à son propre poids La résultante aérodynamique se décompose on deux forces: La portance est la force, due à la surpression-dépression, exercée

sur le profil lors de son vol, qui est orientée perpendiculairement à l’axe du vent relatif.

La trainée est la force exercée par le vent relatif sur le profil. Elle a le même axe que le vent relatif. La trainée est donc un obstacle à la vitesse de l’aile car elle le ralentit. La trainée est une source de pertes de performances aérodynamiques.

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II. Aérodynamique

II. 2. Echelle de beaufort

Pour utiliser un cerf-volant en toute sécurité, il faut estimer la force du vent. Pour cela, nous aller pouvoir nous servir du tableau ci-dessous, qui représente l’échelle de Beaufort, qui nous permet ainsi d’avoir une idée plutôt réaliste de la force du vent

Force AppellationVitesse du vent

Etat de la mer Effets à terrenœud km/h

0 calme 1 1 Mer d'huile, miroirLa fumée monte

droit

1 très légère brise

1 à 3 1 à 5 Mer ridée La fumée indique la direction du vent

2 légère brise 4 à 6 6 à 11 Vaguelettes

On sent le vent au visage

3 petite brise 7 à 10 12 à 19 Petits moutons Les drapeaux

flottent

4 jolie brise 11 à 16 20 à 28 Nombreux moutons Le sable s'envole

5 bonne brise

17 à 21 29 à 38 Vagues, embruns

Les branches des pins s'agitent

6 vent frais 22 à 27 39 à 49 Lames, crêtes d'écume

étenduesLes fils électriques

sifflent

7 grand frais 28 à 33 50 à 61 Lames déferlantes

On peine à marcher contre le

vent

8 coup de vent

34 à 40 62 à 74

Les crêtes des vagues partent en tourbillon d'écume

On ne marche plus contre le vent

9 fort coup de vent

41 à 47 75 à 88

10 tempête 48 à 55

89 à 102

Les embruns obscurcissent la vue, on ne voit plus rien

Les enfants de moins de 12 ans

volent11 violente

tempête56 à 63

103 à 117

12 ouragan 64 et plus

118 et plus

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Généralités :

Besoin : satisfaire un sport « extrême »

Contexte : projet bibliographique

Le produit et son marché : existence depuis une vingtaine d’année

Objectif de l’étude : CDCF et étude des matériaux

III. Les Cerfs Volants de traction

III. 1. Cahier des charges

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Expression du besoin :

Pourquoi ? (cause) Besoin de sensation, innovation.

Pour quoi ? (but) Moyen de déplacement, différents sports.

Evolution ? Apparition de nouveaux matériaux.

Disparition ? Fil, toile, activité sportive (improbable)



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La voile : Rapport qualité prix, composition voile, principaux constructeurs.

Les fils : Matériaux résistants au souffle du vent et longue durée de vie.

Les lignes : Gamme de fils existant, amélioration des propriétés mécanique,

traitements particuliers des matériaux.



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Différents types de voiles de traction

Ailes à caissons Arches Les boudins


III. 2. Solutions Retenues

Trois types d’ailes différentes:

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III. 2. Solutions RetenuesLignes de cerfs volants

Lignes de cerfs volants de cerfs-volants

Polyester :

Tergal

Dacron

Trevira

Polyamide :

Nylon

(Trop élastique, réservé aux C.V à un fil)

Aramides :

Twaron

Technora

Super Aram

Kevlar

Polyéthylène HT :

Spectra

Topline

Dyneema

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• 1938: commercialisation du polyamide 6-6 = Nylon• A la meme époque: développement du perlonL en Allemagne•Très bonnes caractéristiques mécaniques:

- Légers - Très bonne résistance à la traction- Elasticité quasi-nulle

• Polyamides= polymère amorphe ou semi-cristallins


III. 2. Solutions Retenuesa°) Les fibres polyamides

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III. 2. Solutions Retenuesb°) Les fibres aramidesDans la grande famille des fibres aramides:

- Kevlar 29 produit par Du Pont à Nemours-Twaron 1000 de Akzo-Superaram HM50 de Cousin SA

Caractéristiques mécaniques:-Excellente résistance à la rupture en traction.-Allongement à la rupture selon le type de fibres : 2,8% ou 4% (intermédiaire entre les fibres de verre et de carbone).-Mauvaise résistance à la compression.

Désignation Masse volumiqueg/

Tensile Modulus(GPa)

Tensile strengh(GPa)

Tensile elongation (%)

Kevlar 29 1,44 83 3,6 4,0

Kevlar 49 1,44 131 3,6-4,1 2,8

Kevlar 149 1,47 186 3,4 2,0

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Avantages InconvénientsTrès bonne résistance à la traction Très faible résistance à la compression

Module d’élasticité élevé Reprise d’humidité importante : 4% environ

Excellent facteur d’amortissements des vibrations

Faible adhérence avec les résines d’imprégnation

Faible densité Usinage délicat des matériaux ainsi renforcés

Excellente stabilité thermique :-70°C à 180°C

Bonne résistance à la fatiguePrix intermédiaire (2 à 3 fois moins que

celui des fibres de carbone)


III. 2. Solutions RetenuesAvantages et inconvénients ayant un impact sur les câbles de cerf-volant de traction :

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III. 2. Solutions Retenuesc°) Le Polyéthylène HT (appellation commerciale: spectra, topline, dyneema) :

• Lignes polyéthylène HT: aussi bonne résistance que les lignes en aramides

• Plus fragile que les fibres aramides (température de fusion inférieure)

• Elasticité d’une ligne en polyéthylène HT: 2% (infime par rapport au polyamide (15%)) mais comparable à l’aramide (4%).

•Appartient à la famille des thermoplastiques semi-cristallins (liaisons type Van der Walls)

• Spectra (E-U, Canada) = Dyneema (Europe)

•Dyneema: très résistant à l’étirement , MAIS: déformation et allongement sous tension forte et constante donc nécessité de procéder à un pré-étirage.

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PHT Polyester PolyamideAramide (tueur de

ligne)

Elasticité 2% 10% 15% 4%

Résistance UV Très bonne Bonne Moins bonne Moyenne

Température de fusion 120°C 260°C 220°C 400°C

Intérêts des propriétés mécaniques pour un

CV Bonne Acceptable Très moyenne Excellente


III. 2. Solutions RetenuesBilan sur les fils des voiles de traction

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• Deux matériaux utilisés: généralement nylon (Ripstop Nylon)

• Tissu polyester plus rarement utilisé ICAREX


III. 2. Solutions Retenuesa°) Les fibres polyamides

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III. 2. Solutions Retenuesb°) Fabrication des tissus

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• Résistance à l’étirement tissu

• Module d’élasticité fibre

• Tissu: le moins déformable possible

• Etirement mesuré dans trois directions différentes:- dans le sens de la longueur (chaine)- de la largeur (trame)- en biais à 45°

• Interprétation de l’allure du graphique:

• Première partie: généralement linéaire correspond au domaine élastique • Au delà de la limite élastique étirement plastique: Déformation de la structure du tissu selon les lignes de tensions appliquées, de manière irréversible.


III. 2. Solutions Retenuesc°) L’élasticité d’un tissus Etirement du

tissu

Force exercée sur les échantillons

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IV. Les Cerfs Volants Acrobatiques et de combat

IV. 1. Cahier des charges

Généralités :

Besoin : satisfaire le sport et plaisir

Contexte : projet bibliographique

Le produit et son marché : existence récente

Objectif de l’étude : CDCF et étude des matériaux

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IV. 1. Cahier des charges Expression du besoin :

Pourquoi ? (cause) Innovation dans l’utilisation.

Pour quoi ? (but) Sport avec particularités selon les

matériaux. Evolution ?

Apparition de nouveaux matériaux. Disparition ?

Fil, activité sportive (improbable)

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La toile : Rapport qualité prix, composition toile.

Les coutures et fils : Matériaux résistants au souffle du vent et longue durée de

vie, différentes coutures selon le type de cerf volant. Les armatures :

Matériaux moins chères avec les même propriétés et succeptible d’alléger le cerf volant.

Les lignes : Gamme de fils existant, amélioration des propriétés

mécanique, traitements particuliers des matériaux.

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IV. 2. Solutions Retenues IV. Les Cerfs Volants Acrobatiques et de combat

Composants du cerf volant de traction/ combat :

La toile

Les fils de couture

Les armatures

Les lignes

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La Toile : Importance de l’histoire Les deux matériaux utilisés :

La toile de Spi (Polyamide)

- Résistant en fatigue- Leger : Entre 30 et 55 gr/m²- Faible coefficient de frottement- Prix moyen : 5 – 15 € le m²

- Sensibilité et gonflement à l’eau- Risque d’oxydation à haute température

Tyvek® (fibres de polyéthylène)

- Indéchirable- Leger : Entre 30 et 55 gr/m²- Résistant a la corrosion- Insensibilité a l’eau (≠ Spi)

- Propriété mécanique plus faible- Durée de vie faible

Toiles de Spi

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Couture et fils : Fils utilisés : Nylon ou Polyester qui offrent une bonne résistance mécanique pour un diamètre faible. Deux types de couture :

Couture droite - zigzag

Couture à l’anglaise

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Armatures : Principal responsable du poids du cerf volant. Année 70 : Omniprésence du Bambou ou du Ramin malgré l’apparition de l’aluminium (zicral) Bouleversement des usage : fibre de verre. Aujourd’hui : fibre de carbone et rarement fibre de verre.

Jonc et tubes en fibre de carbone

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Armatures :

Densité (g.cm-3)

Module de Young E(GPa)

Resistance à la compression (MPa)

Module de Flexion (GPa)

Résistance à la Flexion (MPa)

Carbone/Epoxy 1,6 120 - 140 800 - 1300 125 1200

Fibre de Carbone :

Fibre de Verre :Densité (g.cm-

3)Module de Young E (GPa)

Resistance à la compression (MPa)

Type E 2,54 73 1200

Type R 2,48 86 1300

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Lignes : Exigences particulières des utilisateurs. Nécessité d’avoir de très faible déformations Utilisation du Dyneema® ou Nylon :

- Module de Young respectable (2 à 5 GPa)- Déformation à rupture de 2 à 3 %

Deux traitements :- De surface : application d’une résine favorisant les

frottements des lignes lors du vol.- Mécanique : Pré-étirage des lignes. Contrôle qualité

du fabricant. Lignes de combat : Enduites de poudre de verre.


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Structures et critères d’achat :IV. 2. Solutions Retenues


Documents

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