Transcript TPE Aéroglisseur

Construction d’un aéroglisseur actionné par un seul moteur.
Durand Thomas
Lamy Fabien
Pisani Julie
Travaux Personnels Encadrés Année 2003-2004 TS4 L.G.T. Paul Langevin
Sommaire
Comment réaliser cette alimentation indépendante des caissons avec un seul
moteur et une seule hélice ?
 Modèle d’essai
 Modèle réduit
Par quel moyen pourrait-on améliorer la stabilisation en roulis de l’aéroglisseur ?
 Détermination de l’élément perturbateur de l’équilibre latéral
 Stabilisation de l’appareil
Comment réaliser cette alimentation indépendante des
caissons avec un seul moteur et une seule hélice ?
 Modèle d’essai :
• Plan et photos
 Modèle réduit :
• Calculs
 Modèle d’essai

Les essais réalisés avec ce modèle ont confirmé que la division du flux d’air permettait bien
d’assurer indépendamment la sustentation, la stabilité et la propulsion.
 Pression de l’air nécessaire dans les caissons bordés par les jupes
2 caissons de 45 cm de diamètre : A = 2 × (0.45)² × /4 = 0,318 m².

Le poids P = 2 × 9,81 = 19.62 N avec m = 2 kg
La pression de l’air dans les caissons : P = 61,7 Pa
 Pression disponible donnée par l’hélice
P = 249 Pa
La pression disponible est d’environ 250Pa, donc nettement supérieur à la pression nécessaire.
 Le dispositif peut fonctionner
Vitesse de l’air à la sortie de l’hélice

Vitesse de rotation : 12000 tours.min-1 soit 200 tours.s-1

Pas de l’hélice : 5 pouces donc 5 × 25,4 = 127 mm.tour-1
= 0,127 m.tour-1

Rendement (avancée réelle par tour/Pas) = 0,8

Vitesse de l’air à la sortie de l’hélice : V = 0,127 × 200 × 0,8 = 20,3 m.s-1
(73 Km.h-1)
Pression possible, obtenue avec cette vitesse d’air
P = ( × V²) ÷ 2
 à 20°c = 1,3 × (273 ÷ (273+20)) = 1,21 kg.m-2
P = 1,21 × (20,3)² ÷ 2
P = 249 Pa (d’après l’équation de Bernouilli)
 Élévation au-dessus du sol
h = 2 cm
 A cette hauteur, on ajoute celle des jupes qui est de 3,8 cm. Ce qui permet à l’aéroglisseur de
franchir des obstacles importants.
Le débit d’air sortant est égal au débit d’air entrant.
Débit d’air entrant
D = 1,25 (85 × 2) ÷ 360 = 0,59 m3.s-1
Vitesse de sortie de l’air sous les caissons ( relation de Bernouilli)
P = ( × V²) ÷ 2
—————–——
soit V = ((2 × P) ÷ )
—————–—————
V = ((2 × 62) ÷ (1,21))
V = 10,1 m.s-1
Périmètre d’échappement de l’air sous les jupes
0,45 ×  × 2 = 2,83 m
Hauteur au-dessus du sol : h
h × 2,83 × 10,1 = 0,59
h = 0,0206 m
soit h = 2 cm
 Dispositif anti-couple :
 Le moteur communique un couple à l’hélice, il a donc tendance à faire tourner l’aéroglisseur en
sens contraire. Pour le stabiliser il faut lui appliquer un couple égal et de sens opposé.
C = 0,44 N.m
Calcul du couple moteur
Couple moteur : F × R
Déplacement de M par seconde : 2R × Nombre de tours par seconde = 2RN
Puissance : W = F × déplacement par seconde
W = F × 2RN
W = F × R × 2N


C

D’où C = W ÷ 
C = 552 ÷ 1256
C = 0,44 N.m

W=C×
W = 552 w
 = (12000 ÷ 60) × 2 = 1256 rad.s-1
Utilisation de l’air de propulsion
Prélever de l’air de propulsion dont la pression varie avec la vitesse de rotation du moteur,
comme le couple moteur.
 Forces à appliquer à la caisse pour créer le couple :
Bras de levier d = 0,40 m
 F = C ÷ d = 0,44 ÷ 0,40 = 1,1 N
 Pression donnée par l’hélice en régime établi : P = 250 Pa
 Section à donner au conduit d’air :
S=F÷P
S = 0,0044 m²
soit 44 cm²
 Un aéroglisseur peut parfaitement fonctionner avec un seul moteur et un seul ventilateur.
Toutefois la stabilité en roulis du modèle réalisé est insuffisante.
Il a été nécessaire d’étudier le moyen d’améliorer cette stabilité et de modifier le modèle en
conséquence.
Pour cela nous nous sommes demandé : « Par quel moyen pourrait-on améliorer la stabilité en
roulis de l’aéroglisseur ? »
Par quel moyen pourrait-on améliorer la stabilisation
en roulis de l’aéroglisseur ?
 Détermination de l’élément perturbateur de l’équilibre latéral :
• Effet de l’inclinaison
• Effet du vent latéral
 Stabilisation de l’appareil :
• Calcul de pression nécessaire au rétablissement
• Aménagement de l’appareil
 Effet de l’inclinaison
Calcul du moment de renversement dû à l’inclinaison :
• L’angle θ :
sin θ = 0,181
θ = 19°
• Le vecteur P :

P = 19,62 N
• ℓ sin θ = 0,014 m

Moment de renversement :
Mr = ℓ sin θ × P
Mr = 0,014 × 19,62
Mr = 0,275 m.N
 Effet du vent latéral
• Moment dû au vent :
pour un vent de 36 km.h-1 :

F = P × (S1 + S2 + S3)

F = 7,74 N

donc
M = 7,74 × 0.0512


M = 0,4 N.m
pour un vent de 20 km.h-1 :

F = P × (S1 + S2 + S3)

F = 2,38 N

donc
M = 2,38 × 0.0512


M = 0,12 N.m
Calcul du mouvement dû au vent :
 Centre de poussé latérale (centre de gravité ) :


sur le bas :
sur le cylindre central :

partie arrière :
S1 = 0,0668 m2
S2 = 0,0424 m2
S3 = 0,0197 m2
h1 = 0,073 ÷ 2 = 0,036 m
h2 = 0,073 + 0,148 ÷ 2 = 0,147 m
h3 = 0,073 + 0,148 ÷ 2 = 0,145 m

Centre de poussée :

S1 × h1 + S2 × h2 + S3 × h3 = (S1 + S2 + S3) × hc
hc = (S1 × h1 + S2 × h2 + S3 × h3) ÷ (S1 + S2 + S3)
hc = 0,0892 m
Le bras de levier = hc - hj
avec hj ( hauteur des jupes ) = 0,038
= 0,0512 m

Pression exercée par le vent sur le modèle :
pour un vent de 20 km.h-1 soit 5,55 m.s-1

P = ρ × V2 ÷ 2

P = 18,5 Pa

pour un vent de 36 km.h-1 soit 10m.s-1

P = ρ × V2 ÷ 2
avec ρ = 1,2 kg.m-3 à 20°c

P = 60 Pa


Mouvement dû au vent :
pour un vent de 36 km.h-1 :

F = P × (S1 + S2 + S3)
 
F = 7,74 N

donc
M = 7,74 × 0.0512

M = 0,4 N.m

pour un vent de 20 km.h-1 :

F = P × (S1 + S2 + S3)

F = 2,38 N

donc
M = 2,38 × 0.0512

M = 0,12 N.m

 Calcul de pression nécessaire au rétablissement

calcul de la surface S d’un des petits caissons :
S = 9,16.10-3 m²
Pression nécessaire au rétablissement :
P = 175 Pa
 La pression nécessaire (175 Pa) sont légèrement inférieur à la pression donnée par l’hélice
(250 Pa) donc l’appareil peut retrouver sa position d’équilibre.

calcul de la surface S d’un des petits caissons :
S = π ×R²
S = D² × π/4
S = (0,108)² × π/4
S = 9,16.10-3 m²
Pression nécessaire au rétablissement :
Moment de rappel = S × P × d
avec d = 0,171 m
A l’équilibre : S × P × d = 0,275
P = 0,275 ÷ (0,171 × 9,16.10-3)
P = 175 Pa
 Aménagement de l’appareil
3 solutions auraient pu permettre d’améliorer la stabilité de l’aéroglisseur.
 augmentation du diamètre du caisson
D = 0,144 m
 ajout d’une jupe extérieure :
S = 0,025 m²
 ajout d’un arrondi extérieur :
S = 56,7.10-3 m²


Pour un vent latéral de 10 m.s-1, Mr = 0,275 + 0,4 = 0,675 N.m donc F = 0,675 ÷ 0,171 = 3,94 N.
La pression maximale données par l’hélice étant de 250Pa, la surface du caisson devrait être au
minimum de : S = 3,94 ÷ 250 = 0,016 m2 , la surface actuelle n’est que de 0,0092 m2.
 Il faut donc l’augmenter.

augmentation du diamètre du caisson :
Le diamètre doit être :
(D ÷ 0,108)² = 0,016 ÷ 0,0092
————————--
D = 0,108 × (0,016 ÷ 0,0092)
D = 0,144 m

ajout d’une jupe extérieure :
S = (0,465 × 0,225) – [(0,225)² × π] ÷ 2
S = 0,025 m²

ajout d’un arrondi extérieur :
————————
R =  (225)2 + (225 + 7,5)2
R = 323,5 mm soit 0,323 m
Aire du triangle :
A = (0,225 × 0,465) ÷ 2
= 0,0523 m2
Aire de l’angle θ :
tan θ = 465 ÷ ( 2 × 225 )
= 1,033
θ = 46 °  2θ = 92 °
Aire du cercle de rayon R : (0,323)² × π = 0,328 m²
Pour 2θ : Aire = (0,328 ÷ 360) × 92
= 0,084 m²

l’aire de la demie-lune :
AL = 0,084 – 0,0523
= 0,0317 m²
L’aire du nouveau caisson est donc de :
25.10-3 + 31,7.10-3 = 56,7.10-3 m²
 Nous avons fait quelques essais : en plaçant des poids sur les flancs droit puis gauche de
l’appareil, jusqu’à 200g le modèle ne s’incline pas.
Nous avons ensuite modifié l’aéroglisseur puis nous avons recommencé des mesures : jusqu’à
400g le modèle se comporte parfaitement bien.
Cela entraîne donc une nette amélioration au niveau de son évolution.
 L’appareil ne connaît plus de problème en roulis.
Bibliographie
Nous avons utilisé de nombreux moyens :
•Encyclopédie
•Internet
•Le logiciel Power Point
•Le logiciel Solid Works
De plus nous avons rencontré un ingénieur à la retraite qui avait participé en 1966, à la
construction du prototype N101 du «NAVIPLANE» imaginé par la société BERTIN.