Différences entre les pages « AVION A PROPULSION ELASTIQUE (LA F.A.M) » et « Projet planétarium »

 
 
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{{Tuto Details
 
{{Tuto Details
 
|Licences=Attribution (CC-BY)
 
|Licences=Attribution (CC-BY)
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|Description=Il s'agit d'un avion fonctionnant avec une hélice reliée à un élastique. Pour aider au décollage, il y a aussi une rampe de lancement.
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|Description=Planétarium à propulsion élastique
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|Disciplines scientifiques=Mathematics, Mechanics, Physics
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|Disciplines scientifiques=Astronomy, Mathematics, Mechanics, Physics
 
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}}
 
{{Introduction
 
{{Introduction
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|Introduction=Dans le cadre de notre première année du Diplôme d'ingénieure généraliste au sein de l'EPF, nous sommes amenés à élaborer un projet. Ce projet est sur le thème de la propulsion à élastique.  Notre groupe : La F.A.M (Fabrique artisanale Montpelliéraine) a eu l'idée d'utiliser la propulsion à élastique pour tenter de faire décoller un avion.
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|Introduction=Dans le cadre de nos études d'ingénieurs, nous avons du réaliser un projet dont le thème était "la propulsion élastique".  
  
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C'est ainsi qu'est né Nicol'astre<sup>TM</sup>, un projet ambitieux de planétarium miniature qui nous l'espérons vont fera approcher des étoiles.
  
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A travers cette page vous pouvez voir les différentes étapes par lesquelles nous sommes passés afin d'arriver au bout de ce projet.
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|Item=Papier à poncer
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|Step_Title=Le prototype
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|Step_Content=Afin de se donner une idée de ce que l'on aurait à concevoir, nous avons imprimé un modèle de planétarium basé sur notre première idée de mécanisme. Malheureusement, nous avons vite abandonné cette idée car la structure était trop complexe et trop lourde pour que notre propulsion élastique puisse faire tourner le tout.
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|Step_Title=Conception et découpe des éléments
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|Step_Content=La conception se décompose en 2 partie : le mécanisme et les plateaux. Nous avons commencé par les plateaux et avons privilégié le bois comme matériau principal pour cette partie. Nos plateaux sont en OSB et plusieurs technique de découpe on été utilisé pour les faire le plus rond possible (défonceuse, scie sauteuse, scie à chantourner, ...).
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{{Tuto Step
 
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−
|Step_Title=IMAGINATION DES MECANISMES
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|Step_Title=L'impression 3D
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|Step_Content=Dans un premier temps, nous voulions imaginer le mécanisme de notre avion et de la rampe avant de commencer à créer un prototype.
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|Step_Content=Pour le mécanisme, nous tenions à avoir des pièces sur-mesure. Ainsi, nous avons opté pour l'impression. nous avons modélisé tout notre mécanisme, pièce par pièce, sur le logiciel <u>fusion 360,</u> et nous les avons ensuite importé sur <u>Ultimaker Cura</u> pour les imprimé en PLA. L'ensemble du mécanisme a pris 16h à être imprimé !
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+
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|Step_Picture_01=Projet_plan_tarium_image_2023-04-28_155521128.png
−
-Le mécanisme de l'avion est simple : le long du corps de ce dernier, il y a une rainure dans laquelle un élastique est attachée à un trombone de chaque côté. L'un est fixe, l'autre est relié à l'hélice. Lorsque nous faisons tourner l'hélice, le trombone tourne avec et entraîne à son tour l'élastique qui se tort sur lui-même.  
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−
 
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|Step_Picture_03=Projet_plan_tarium_VID_170180428_135234_992.mp4
−
 
+
}}
−
-Le mécanisme de la rampe est plus facile que celui de l'avion. Nous avons choisi de faire une sorte de lance pierre. C'est-à-dire de planter deux clous au bout de la rampe à chaque coin, puis d'y attacher un  élastique.  
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{{Tuto Step
−
 
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|Step_Title=La propulsion élastique
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+
|Step_Content=Pour notre système de propulsion, nous avons opté pour un ressort de perceuse à colonne. Le ressort est de dimension 980mm 40x-x0,7mm et viens complété le système imprimé en 3D ci-dessous.
−
Ainsi notre avion est propulsé à la fois par son hélice et par la rampe.
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−
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+
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−
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+
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 +
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}}
 
{{Tuto Step
 
{{Tuto Step
−
|Step_Title=MODELISATION ET CREATION DE LA RAMPE
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|Step_Title=Assemblage
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|Step_Content=Une fois les mécanismes imaginés, nous pouvions nous attaquer au design. Le principal enjeu du design que ce soit celui de l'avion ou de la rampe est qu'il doit tenir compte des contraintes liées aux mécanismes.  
+
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−
 
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−
 
+
|Step_Picture_02=Projet_plan_tarium_assemblage_1.jpg
−
-Pour l'avion, nous l'avons modélisé grâce aux logiciels Catia, Sketchup afin de pouvoir l'imprimer par la suite. Nous avons fait le choix de le faire ressembler à un planeur au niveau des ailes, il a donc de longues ailes situées plutôt à l'arrière du corps de l'avion.  Pour le corps, nous étions contraint d'effectuer une rainure pour y insérer le mécanisme de propulsion.  
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|Step_Picture_03=Projet_plan_tarium_assemblage_2.jpg
−
 
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|Step_Picture_04=Projet_plan_tarium_assemblage_5.jpg
−
 
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|Step_Picture_05=Projet_plan_tarium_assemblage_4.jpg
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-En ce qui concerne la rampe, nous avons fait simple : une planche en bois pas trop étroite que nous avons découpée (avec une scie classique, ou une scie sauteuse peu importe) à la longueur souhaitée. Puis nous avons planté les clous sur la face avant. Enfin au milieu de la rampe, une rainure de 1cm a été faite.
 
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Pour réduire les frottements et permettre à l'avion de profiter au maximum de la rampe, nous avons aussi poncé la rampe avec du papier à poncer afin de réduire les impuretés du bois.
 
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|Step_Picture_00=AVION_A_PROPULSION_ELASTIQUE__LA_F.A.M__1CE72BC5-03F6-4770-936B-38AC24AAD2A6.JPG
 
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−
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{{Tuto Step
 
{{Tuto Step
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|Step_Title=IMPRESSION, ASSEMBLAGE ET FINITIONS
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|Step_Title=Projet fini
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|Step_Content=-Pour la rampe, nous avons choisi d'utilisé un élastique tendu, puissant et qui permettrait de renvoyer un maximum d'énergie à notre avion. Il s'agit d'un type d'élastique d'une longueur de 10m, utilisé pour les lances pierre et de la marque Schleuder.
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|Step_Content='Voir photo'
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-Pour l'avion, une imprimante 3D était obligatoire pour l'imprimer. Le plastique utilisé était du PLA mais vous pouvez utiliser autre chose.  Pour assembler les pièces (deux ailes, hélice, corps) nous avons utilisé de la colle (colle forte, colle chaude.. ).  Enfin, pour le mécanisme de l'hélice, il peut fonctionner avec un élastique classique. Mais rien n'empêche d'en utiliser un de meilleure qualité.
 
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l'impression des pièces de l'avion a duré environ 11h, et la modélisation environ 5h.
 
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|Step_Picture_00=AVION_A_PROPULSION_ELASTIQUE__LA_F.A.M__9D8C856C-CA01-4936-92BD-AEBB6C95BD67.JPG
 
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|Step_Picture_02=AVION_A_PROPULSION_ELASTIQUE__LA_F.A.M__CA8F9654-285A-4817-9AA7-96290FBFA6D4.JPG
 
−
|Step_Picture_03=AVION_A_PROPULSION_ELASTIQUE__LA_F.A.M__9D8C856C-CA01-4936-92BD-AEBB6C95BD67.JPG
 
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|Step_Picture_04=AVION_A_PROPULSION_ELASTIQUE__LA_F.A.M__616vCfEkXPL._AC_SX425_.jpg
 
 
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}}
 
{{Tuto Step
 
{{Tuto Step
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|Step_Title=TESTS ET AJUSTEMENTS, PRIX TOTAL
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|Step_Title=Les Comptes / Bilan Carbone
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|Step_Content=Nous voilà à l'étape finale du projet, le lancement !
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|Step_Content=Pour les comptes, nous avons fait une approximation de ce que nous aurait coûté le '''Nicol'astre'''. Mais, comme nous n'avons utilisé que des ressources dont nous disposions déjà, hormis le ressort, le coût total est uniquement de 56€ !
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|Step_Picture_00=Projet_plan_tarium_image.png
−
C'est à cette étape que nous pouvons réellement vérifier si notre prototype fonctionne ou non.  
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|Step_Picture_01=Projet_plan_tarium_stonkj_.jpg
−
 
 
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Mais c'est aussi à cette étape que vous pouvez faire des ajustements si jamais le lancement ne fonctionne pas.   
 
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Au total ce projet nous aura couté environ 25 euros :
 
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-Planche en bois (1,5 euros)
 
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-Un élastique 10m latex (16 euros)
 
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-Plastique PLA (7 euros)
 
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-Visserie (0,62 euros) 
 
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−
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}}
 
}}
 
{{Notes
 
{{Notes
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|Observations=Nous pouvons voir un avion et une rampe de lancement. L'avion, est composé de deux ailes et d'un corps avec en son centre un mécanisme composé d'un élastique, de deux trombones et d'une hélice. Ce mécanisme permet à l'hélice de tourner grâce à un élastique précédemment tordu. Par ailleurs, nous pouvons observer une rampe de lancement en bois poncé avec sur la face avant un élastique tenu par deux clous, permettant de propulser l'avion.
+
|Observations=Nous observons un mécanisme complexe formant un planétarium. Sur cet objet nous observons 3 planètes miniaturisées et alignées : Mercure, Vénus et la Terre (avec son satellite : la Lune) qui gravitent autour de notre étoile, le Soleil . Plus concrètement, il s'agit d'un axe posé sur une structure avec des plateaux ronds de différentes tailles qui tournent autour de cet axe de différentes hauteurs.
−
|Avertissement=Comme toute expérience, ce projet peut tout à fait présenter un problème de fonctionnement lors de son lancement. Ce qui compte c'est de comprendre pourquoi et d'avoir une démarche en ce sens.  Voici quelques hypothèses :  
+
|Avertissement=Plusieurs raisons pourraient faire rater notre expérience:
  
 +
-le poids des plateaux (=si trop lourd, pas de rotation)
  
−
-La hauteur de lancement
+
-manque de force de notre système à propulsion élastique (=ne fait pas assez tourner notre rotor)
  
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-La qualité du plastique utilisé pour imprimer l'avion
+
-manque de résistance des matériaux de notre système
 +
|Explanations=L'objectif de notre système était de faire tourner le planétarium à l'aide d'un mécanisme à propulsion à élastique. Pour ce faire, nous avons récupérer le mécanisme d'une horloge que nous avons, par la suite, réadapté, et auquel nous avons intégré un ressort en spirale.
 +
|Deepen=Pour ce qui est des plateaux, ces derniers sont mis en rotation grâce à un système d'engrenages planétaires à deux étages. Le premier plateau tourne à 6 tours/min, le deuxième à 3 tours/min et le troisième tourne à 2.5 tours/min.
 +
|Applications=Rappeler le fonctionnement du système solaire
  
−
-Des mauvaises proportions des dimensions Ailes/Corps
+
Servir de maquette de représentation et de fonctionnement de notre système solaire pour l'enseigner aux plus jeunes
  
−
-Une mauvaise répartition du Poids de l'avion
+
Pour les passionnés d'astronomie.
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|Related=Pas les autres projets, car nous sommes le meilleur ;)
 +
|Objectives=Mettre en pratique la découpe des matériaux
  
−
-Les ailes de l'avion trop grandes ou trop petites
+
Construire une chaine d'engrenage avec une dizaine d'éléments différents
  
−
-L'elastique pas assez ou trop tendu/trop souple
+
Calcul de rapports de vitesses
  
−
-Le Bois de la rampe pas assez poncé
+
Utilisation d'une imprimante 3D
  
−
-La forme de la rampe qui ne convient pas
+
<br />
−
|Applications=-Rappeler à quel point la conception d'un avion est complexe et fascinante.
+
|Animation=L'objet illustre parfaitement la rotation des planètes par rapport à une étoile
  
−
-Servir d'exemple concret pour comprendre le mécanisme de propulsion
+
Les astres sont interchangeables
−
|Objectives=Rassembler l'ensemble des connaissances du groupe que ce soit en mathématiques, en physique ou en Mécanique afin :
 
  
 +
On peut faire varier la vitesse de rotation
  
−
-De déterminer un mécanisme simple fonctionnant avec un élastique et pouvant propulser un objet.
+
<br />
 +
|Notes=https://nimax-img.de/Produktdownloads/14156_2_Anleitung-EN.pdf
  
−
-Dimensionner l'objet, ici les ailes et le corps de l'avion mais aussi la longueur et la largeur de la rampe
+
https://en.wikipedia.org/wiki/Epicyclic_gearing
  
−
- Calculer des proportions entre les ailes et le corps de l'avion
+
https://www.youtube.com/watch?v=FElXXzynPnI
  
−
-Déterminer la répartition du poids de l'avion
+
https://www.youtube.com/watch?v=TzJkD87eQNI
  
 +
https://www.youtube.com/watch?v=MJAFGo5SQRE
  
−
-Comprendre le fonctionnement d'une imprimante 3D
+
https://www.youtube.com/watch?v=FElXXzynPnI
  
−
-Mettre en pratique la découpe des matériaux et l'utilisation des différents outils
+
https://www.youtube.com/watch?v=TzJkD87eQNI
−
|Animation=Rien n'empêche de customiser l'avion, de changer son design ou de rajouter un logo par exemple. Vous pouvez aussi tester avec plusieurs types d'élastiques
 
 
}}
 
}}
 
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{{Tuto Status
 
|Complete=Draft
 
|Complete=Draft
 
}}
 
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Version du 1 mai 2023 à 17:15

Planétarium à propulsion élastique

Auteur avatarLes Bibidous | Dernière modification 2/05/2023 par Les Bibidous

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Difficulté
Expert
Durée
9 jour(s)
Disciplines scientifiques
Astronomie, Mathématique, Mécanique, Physique
Planétarium à propulsion élastique
Difficulté
Expert
Durée
9 jour(s)
Disciplines scientifiques
Astronomie, Mathématique, Mécanique, Physique
<languages />
Licence : Attribution (CC-BY)

Introduction

Dans le cadre de nos études d'ingénieurs, nous avons du réaliser un projet dont le thème était "la propulsion élastique".

C'est ainsi qu'est né Nicol'astreTM, un projet ambitieux de planétarium miniature qui nous l'espérons vont fera approcher des étoiles.


Bois
Item-Bois Plank 1.jpg
Planche en bois. Image de wikipedia Cleonard1973 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)
Amidon. (Peut se trouver sous la forme de fécule, comme la Maïzena ou la fécule de pomme de terre)
[[File:]]
Fécule de maïs
Scie
Item-Scie S gkamraten.jpg
Une scie est un outil à une lame dentée en acier trempé, destinée à couper des matériaux tels que le bois, la pierre, les métaux... Elle est actionnée par divers moyens tels que la force musculaire, l'électricité ou l'eau.
Tournevis Cruciforme
Item-Tournevis Cruciforme 4192oKJcHoL.jpg
Perel hset20 Tournevis (Lot de 6)
Imprimante 3D
Item-Imprimante 3D compressed 3d printer.jpg
L'impression 3D ou impression tridimensionnelle est l’appellation « grand public » des procédés de fabrication de pièces en volume par ajout ou agglomération de matière.
Vis
Item-Vis 180px-Vis.jpg
Vis en métal à trouver en magasin de bricolage

Une vis est une machine simple apte à transformer un mouvement de rotation en un mouvement de translation dirigé suivant l'axe de rotation, ou vice-versa.

Les divers types de vis se caractérisent par l'utilisation de surfaces hélicoïdales. On peut distinguer : 

   la vis de fixation utilisée de façon statique pour diverses sortes de liaison ;
   la vis d'Archimède utilisée pour la manutention de matériaux granulés ou pulvérulents, ainsi que pour le pompage des fluides, (exemple : vis à grain) ;
   la vis de transformation de mouvement utilisée de façon dynamique pour transformer, dans un sens ou dans l'autre, un mouvement de rotation en mouvement de translation ou un couple en effort axial ;
   la vis sans fin qui, associée à des roues dentées, permet de réaliser des engrenages ;
   la vis micrométrique, permettant de mesurer avec précision ;
   le mécanisme de vis-écrou ;
le mécanisme de vis à billes.
Fer à souder
Item-Fer à souder ferasouder.jpg
Un fer à souder, ou plus précisément un fer à braser, est un outil chauffant permettant de réaliser une opération de brasage. L'usage courant du fer à souder se fait dans le domaine du montage de composants électroniques.
Bloc de Plastique PLA
[[File:]]
Plastique utilisé notamment pour l'impression 3D

Étape 1 - Le prototype

Afin de se donner une idée de ce que l'on aurait à concevoir, nous avons imprimé un modèle de planétarium basé sur notre première idée de mécanisme. Malheureusement, nous avons vite abandonné cette idée car la structure était trop complexe et trop lourde pour que notre propulsion élastique puisse faire tourner le tout.

Projet plan tarium proto 1.jpg
Projet plan tarium proto 3.jpg
Projet plan tarium proto 2.jpg
Projet plan tarium proto 5.jpg
Projet plan tarium proto 4.jpg

Étape 2 - Elaboration du modèle final

Afin d'être sûr du modèle final, nous nous sommes réunis pour, dessiner, schématiser et découper les bases de ce que serait notre modèle final. Nous avons pu ainsi déterminer quels étaient les éléments manquants ou en trop, ainsi que toutes les dimensions du modèle final.

Projet plan tarium co working.jpg

Projet plan tarium croquis 1.jpg
Projet plan tarium patron .jpg
Projet plan tarium croquis 3.jpg
Projet plan tarium image 2023-05-01 132616281.png

Étape 3 - Conception et découpe des éléments

La conception se décompose en 2 partie : le mécanisme et les plateaux. Nous avons commencé par les plateaux et avons privilégié le bois comme matériau principal pour cette partie. Nos plateaux sont en OSB et plusieurs technique de découpe on été utilisé pour les faire le plus rond possible (défonceuse, scie sauteuse, scie à chantourner, ...).

Projet plan tarium 20230423 155317 1 .jpg
Projet plan tarium 20230423 155405.jpg

Étape 4 - L'impression 3D

Pour le mécanisme, nous tenions à avoir des pièces sur-mesure. Ainsi, nous avons opté pour l'impression. nous avons modélisé tout notre mécanisme, pièce par pièce, sur le logiciel fusion 360, et nous les avons ensuite importé sur Ultimaker Cura pour les imprimé en PLA. L'ensemble du mécanisme a pris 16h à être imprimé !

Projet plan tarium image 2023-04-28 155521128.png
Projet plan tarium image 2023-04-28 155852799.png


Étape 5 - La propulsion élastique

Pour notre système de propulsion, nous avons opté pour un ressort de perceuse à colonne. Le ressort est de dimension 980mm 40x-x0,7mm et viens complété le système imprimé en 3D ci-dessous.

Projet plan tarium ressort.PNG
Projet plan tarium ressort 2.jpg


Étape 6 - Assemblage

Projet plan tarium 20230428 005806.jpg
Projet plan tarium assemblage 1.jpg
Projet plan tarium assemblage 2.jpg
Projet plan tarium assemblage 5.jpg
Projet plan tarium assemblage 4.jpg

Étape 7 - Projet fini

'Voir photo'

Étape 8 - Les Comptes / Bilan Carbone

Pour les comptes, nous avons fait une approximation de ce que nous aurait coûté le Nicol'astre. Mais, comme nous n'avons utilisé que des ressources dont nous disposions déjà, hormis le ressort, le coût total est uniquement de 56€ !

Projet plan tarium image.png
Projet plan tarium stonkj .jpg



Comment ça marche ?

Observations : que voit-on ?

Nous observons un mécanisme complexe formant un planétarium. Sur cet objet nous observons 3 planètes miniaturisées et alignées : Mercure, Vénus et la Terre (avec son satellite : la Lune) qui gravitent autour de notre étoile, le Soleil . Plus concrètement, il s'agit d'un axe posé sur une structure avec des plateaux ronds de différentes tailles qui tournent autour de cet axe de différentes hauteurs.

Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?

Plusieurs raisons pourraient faire rater notre expérience:

-le poids des plateaux (=si trop lourd, pas de rotation)

-manque de force de notre système à propulsion élastique (=ne fait pas assez tourner notre rotor)

-manque de résistance des matériaux de notre système

Explications

L'objectif de notre système était de faire tourner le planétarium à l'aide d'un mécanisme à propulsion à élastique. Pour ce faire, nous avons récupérer le mécanisme d'une horloge que nous avons, par la suite, réadapté, et auquel nous avons intégré un ressort en spirale.

Plus d'explications

Pour ce qui est des plateaux, ces derniers sont mis en rotation grâce à un système d'engrenages planétaires à deux étages. Le premier plateau tourne à 6 tours/min, le deuxième à 3 tours/min et le troisième tourne à 2.5 tours/min.

Applications : dans la vie de tous les jours

Rappeler le fonctionnement du système solaire

Servir de maquette de représentation et de fonctionnement de notre système solaire pour l'enseigner aux plus jeunes

Pour les passionnés d'astronomie.

Vous aimerez aussi

Pas les autres projets, car nous sommes le meilleur ;)

Éléments pédagogiques

Objectifs pédagogiques

Mettre en pratique la découpe des matériaux

Construire une chaine d'engrenage avec une dizaine d'éléments différents

Calcul de rapports de vitesses

Utilisation d'une imprimante 3D


Pistes pour animer l'expérience

L'objet illustre parfaitement la rotation des planètes par rapport à une étoile

Les astres sont interchangeables

On peut faire varier la vitesse de rotation


Sources et ressources

https://nimax-img.de/Produktdownloads/14156_2_Anleitung-EN.pdf

https://en.wikipedia.org/wiki/Epicyclic_gearing

https://www.youtube.com/watch?v=FElXXzynPnI

https://www.youtube.com/watch?v=TzJkD87eQNI

https://www.youtube.com/watch?v=MJAFGo5SQRE

https://www.youtube.com/watch?v=FElXXzynPnI

https://www.youtube.com/watch?v=TzJkD87eQNI

Dernière modification 2/05/2023 par user:Les Bibidous.

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