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Version du 30 avril 2023 à 21:15
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.
Difficulté
Expert
Durée
6 heure(s)
Disciplines scientifiques
Mathématique, Mécanique, Physique
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 (Fabrication artisanale Montpelliéraine) a eu l'idée d'utiliser la propulsion à élastique pour tenter de faire décoller un avion.
- Matériel et outils
Colle 
Colle
Papier à poncer
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Feuille abrasive de "grain" variable utilisée pour poncer du bois ou divers matériaux.
Règle
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Au sens matériel, une règle est un instrument de mesure gradué à arêtes rectilignes servant à tracer des traits droits ou à mesurer des longueurs.
Clou 
Un clou est une pièce métallique de forme allongée servant à fixer deux objets l'un à l’autre. Il est composé d’une extrémité plate, parfois élargie, nommée tête et d'un corps, se terminant par une forme pointue.
Bloc de Plastique PLA
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Plastique utilisé notamment pour l'impression 3D
Scie 
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.
Imprimante 3D 
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.
Bois 
Planche en bois. Image de wikipedia Cleonard1973 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)
Elastique 
Un élastique est un fil, une bande ou un ruban court(e) en caoutchouc (ou dont une partie est en caoutchouc), de forme généralement circulaire.
Colle
Colle
Papier à poncer
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Feuille abrasive de "grain" variable utilisée pour poncer du bois ou divers matériaux.
Règle
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Au sens matériel, une règle est un instrument de mesure gradué à arêtes rectilignes servant à tracer des traits droits ou à mesurer des longueurs.
Clou
Un clou est une pièce métallique de forme allongée servant à fixer deux objets l'un à l’autre. Il est composé d’une extrémité plate, parfois élargie, nommée tête et d'un corps, se terminant par une forme pointue.
Bloc de Plastique PLA
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Plastique utilisé notamment pour l'impression 3D
Scie
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.
Imprimante 3D
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.
Bois
Planche en bois. Image de wikipedia Cleonard1973 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)
Elastique
Un élastique est un fil, une bande ou un ruban court(e) en caoutchouc (ou dont une partie est en caoutchouc), de forme généralement circulaire.
Étape 1 - IMAGINATION DES MECANISMES
Dans un premier temps, nous voulions imaginer le mécanisme de notre avion et de la rampe avant de commencer à créer un prototype.
-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.
-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.
Ainsi notre avion est propulsé à la fois par son hélice et par la rampe.
Étape 2 - MODELISATION ET CREATION DE LA RAMPE
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.
-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.
-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.
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.
Étape 3 - IMPRESSION, ASSEMBLAGE ET FINITIONS
-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.
-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.
l'impression des pièces de l'avion a duré environ 11h, et la modélisation environ 5h.
Étape 4 - TESTS ET AJUSTEMENTS
Nous voilà à l'étape finale du projet, le lancement !
C'est à cette étape que nous pouvons réellement vérifier si notre prototype fonctionne ou non.
Mais c'est aussi à cette étape que vous pouvez faire des ajustements si jamais le lancement ne fonctionne pas.
Comment ça marche ?
Observations : que voit-on ?
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.
Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?
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 :
-La hauteur de lancement
-La qualité du plastique utilisé pour imprimer l'avion
-Des mauvaises proportions des dimensions Ailes/Corps
-Une mauvaise répartition du Poids de l'avion
-Les ailes de l'avion trop grand ou trop petite
-L'elastique pas assez ou trop tendu/trop souple
-Le Bois de la rampe pas assez poncé
-La forme de la rampe qui ne convient pas
Applications : dans la vie de tous les jours
-Rappeler à quel point la conception d'un avion est complexe et fascinante.
-Servir d'exemple concret pour comprendre le mécanisme de propulsion
Éléments pédagogiques
Objectifs pédagogiques
Rassembler l'ensemble des connaissances du groupe que ce soit en mathématiques, en physique ou en Mécanique afin :
-De déterminer un mécanisme simple fonctionnant avec un élastique et pouvant propulser un objet.
-Dimensionner l'objet, ici les ailes et le corps de l'avion mais aussi la longueur et la largeur de la rampe
- Calculer des proportions entre les ailes et le corps de l'avion
-Déterminer la répartition du poids de l'avion
-Comprendre le fonctionnement d'une imprimante 3D
-Mettre en pratique la découpe des matériaux et l'utilisation des différents outils
Pistes pour animer l'expérience
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'élastiquers
Dernière modification 1/05/2023 par user:Lucas LEONARDI.
Draft