Le Roux Yannick Baccalauréat 2010/2011 Équipiers : Collet Samy et Lardeux Vincent Sciences de l'Ingénieur

- Démarche suivie : Ce projet personnel encadré était basé sur la conception virtuelle puis réelle d'un modèle réduit de Mini-F1 pouvant concourir au concours "Course en cours" organisé par Renault. Le concours nécessitait la conception d'un modèle de voiture miniature et d'un stand pour exposer ce dernier. Dans le cadre de notre P.P.E., nous avons fait des recherches sur l'aérodynamique pour rendre notre voiture optimale. Parallèlement, nous avons élaboré le modèle 2D papier de la Mini-F1. Ensuite, nous l'avons scanné pour l'utiliser sur le logiciel Catia et concevoir le modèle numérique du monoplace. Le modèle miniature de type F1 devait répondre à un cahier des charges précis détaillé dans le règlement de « Course en cours ». Nous avons donc opté pour l'élaboration d'un « FAST » qui prenait en compte la totalité des critères abordés dans le cahier des charges. A l'aide de ce « FAST » nous avons trouvé les différentes solutions techniques que nous devions prendre en compte pour la conception du véhicule. De plus, toutes les dimensions ont été réfléchies pour rentrer dans les normes imposées.

- I : Recherches sur l'aérodynamique de la Mini-F1 :

- L'aérodynamique est le facteur le plus important à prendre en compte lors de la construction de la Mini-F1 car cela implique d'étudier toutes les forces exercées sur la voiture. Cela permet de gagner en performance donc en vitesse. Il est très important d'avoir un bon développement aérodynamique pour que la voiture reste plaquée au sol, surtout dans les virages (avec la vitesse elle pourrait s'envoler, cela c'est déjà vu par le passé). Le centre de gravité de la voiture doit être situé le plus bas possible et à l'arrière de celle-ci pour la stabiliser. Pour cela, il faut que la voiture soit la plus légère possible et que le moteur et les autres composants soient placés le plus bas possible. L'importance des ailerons est capitale en Formule 1 (surtout l'aileron arrière), c'est cela qui empêche la voiture de prendre son envol. A l'inverse d'un avion, ici, c'est le dessous de l'aileron qui est bombé alors que le dessus est plat. L'air met donc plus de temps à passer en dessous qu'au-dessus alors l'effet de portance est diminué. La position de l'aileron étant inversée par rapport aux ailes d'un avion cela augmente l'appui aérodynamique de la F1.

- Les différentes forces qui s'exercent sur la voiture : La portance appelée aussi l'appui ou encore dé-portance est une force perpendiculaire au sol et dirigée vers le bas en Formule 1. Cette force est donc négative car le but est que la voiture reste en appui sur le sol, quelle adhère (roues) parfaitement au sol. La traînée est une force parallèle au sol qui s’oppose à la progression de la voiture dans l’air. En F1, on cherche à limiter au maximum cette force.

- Les roues : Les seules parties de la voiture en contact avec le sol sont les pneus. Donc leur influence est très importante. Les roues sont soumises à deux forces : la traction et l'adhérence. De plus, les roues créent une traînée importante pénalisant l’appui aérodynamique de la voiture.

- L'aileron arrière :

- L’aileron arrière génère de l’appui sur le train arrière ce qui permet d’augmenter l’adhérence en virage. C'est ce qui génère le plus d'appui en Formule 1 mais il crée aussi une forte traînée qui influe directement sur la vitesse de pointe. Pour les circuits rapides où il faut privilégier la vitesse de pointe, l’inclinaison de l'aileron est minimale, par contre pour les circuits exigeant de l'appui, cette dernière est plus marquée. Ici, l'inclinaison de l'aileron est minimale puisqu'il faut privilégier la vitesse de pointe car la voiture va concourir sur une ligne droite.

- Élaboration du dessin 2D : En tenant compte des résultats de nos recherches sur l'aérodynamisme et des solutions techniques mises en évidence par le « FAST » nous avons élaboré le modèle 2D de la voiture sur papier : Nous devions minimiser les frottements en tête du véhicule tout en favorisant un appui correctement réparti sur les roues arrières, pour minimiser le patinage au démarrage, et à l'avant pour éviter le décollage du véhicule lors de l'accélération.

La conception d’un modèle miniature de véhicule motorisé type F1

Comment concevoir unComment concevoir unmodèle miniature d'un véhicule F1 performant dans l'objectif modèle miniature d'un véhicule F1 performant dans l'objectif de participer au concours course en coursde participer au concours course en cours

I-L'aérodynamisme.

III-Les solutions techniques.

II-La conception de la maquette sous Catia.

- II : Conception du modèle numérique du monoplace sous Catia :

- Présentation du logiciel : Catia (Conception Assistée Tridimensionnelle Interactive Appliquée) est créé en 1970, c'est une propriété de Dassault System. Il permet de concevoir virtuellement des pièces et des assemblages en trois dimensions (comme Solidworks mais avec plus de fonctionnalités). Catia est utilisé dans plusieurs domaines : l'automobile, l'aéronautique, la construction navale...

- Utilisation du dessin 2D : Nous avons utilisé le dessin 2D élaboré précédemment en le scannant dans un premier temps, puis en l'important sous Catia à l'aide d'une esquisse immersive, c'est-à-dire que l'image est placée sous Catia, on définit les vues, l'emplacement de l'origine sur chacune des vues et on crée une échelle à l'aide des éléments se trouvant sur le dessin.

- La conception du modèle numérique : Une fois l'esquisse immersive terminée, on l'utilise pour la modélisation 3D de la voiture. Pour se faire, on trace tout d'abord les courbes des contours pour créer ce que l'on peut appeler un « bloc » que nous travaillerons au cours de la conception. Dans ce bloc nous allons enlever de la matière (emplacement bloc moteur, batterie, roues...), ajouter de la matière (pour le cockpit par exemple), créer une symétrie (il faut que la voiture soit symétrique, pour se faire on aura auparavant fait une coupe).

- III : Les différentes solutions techniques : Une fois que nous avions conçu le modèle numérique de la voiture, nous l'avons envoyé à notre centre de ressources basé à l'IUT de Rennes par le biais de Jean-Luc Boulanger, qui nous a usiné les voitures à l'aide d'une fraise boule de 8 mm et qui nous les a envoyées.

- Pour optimiser les performances de la Mini-F1, nous avons choisi de construire la carrosserie et l'aileron de la voiture en balsa car c'est un bois très léger et de faible densité. Deux enchâsses ont été usinées dans le bloc de balsa pour placer le bloc moteur et la batterie.

- La conception du train avant : nous avons utilisé un tube de plastique plein qui a ensuite été travaillé au tour pour fabriquer les roues. Ensuite, nous avons pris un essieu (maintien des roues avant) qui a lui aussi été travaillé au tour. L'essieu a été limé pour laisser de la place à la batterie. De plus, il fallait

privilégier la vitesse sur notre voiture, nous avons donc commandé des roulements via le site HPC, ils ont ensuite été fixés par des circlips. Nous avons utilisé du caoutchouc de chambre à air de vélo pour les pneus ainsi que du Chatterton pour limiter les frottements avec la piste. Cette solution s'est révélée efficace, en comparaison avec un modèle envoyé par l'IUT de Rennes, utilisant un essieu classique, puis avec d'autres voitures, le jour du concours ; nos roues opposaient moins de résistance lorsqu'on les faisait tourner.

- De plus, pour fixer le bloc moteur, le châssis empêchait déjà le mouvement en avant, en haut, et sur les côtés, deux solutions se sont complétées : une extrusion du châssis à l'arrière pour empêcher le glissement vers l'arrière et des équerres vissées pour bloquer la descente (elles servaient aussi à maintenir en place la batterie) ainsi qu'une agrafe pour le fil de guidage.

• Ensuite nous avons eu un travail important en ponçage et nous avons entamé l'assemblage avec les différentes pièces. Puis, nous avons peint notre Mini-F1 en utilisant de la peinture écologique ainsi que du vernis et nous avons collé quelques autocollants sur la carrosserie.

- Bilan : Nous avons beaucoup travaillé pendant les vacances de Pâques car les régionales se tenaient deux jours après la rentrée. Le jour de la course nous avons dû faire les derniers réglages car notre bloc moteur était défectueux et nous n'avions donc pas pu faire d'essais auparavant. Nous avons eu un produit fini de bonne qualité, qui a même pu parcourir 15 mètres en un temps de 2,860 secondes, sans pour autant décoller, et qui patinait peu grâce aux roues arrière en bon état. Nous avons donc appris beaucoup de chose lors de la réalisation de cette Mini-F1 et dans le cadre du Concours « Course en cours » puisque nous avons compris ce qu'est réellement un travail d'équipe autour d'un projet commun avec ses délais, ses imprévus, les difficultés à élaborer certaines solutions et stratégies, et la pression qui pèse sur toute l'équipe. Et je remercie Jean-Luc Boulanger pour son aide lors de la conception de notre Mini-F1.