Ailettes

Les ailettes permettent de stabiliser et de maintenir la trajectoire de la fusée lors du vol.

Vous trouverez dans cet article différents techniques de construction des ailettes: les matériaux a utiliser, les moyens de découpes. Nous traiterons dans un premier temps de la taille ainsi que la forme conseillée.

Intérêt des ailettes

Le but des ailettes est d’assurer la stabilité de la fusée; c’est-à-dire permettre à la fusée de maintenir son orientation et sa direction. Si vous lancez une fusée sans ses ailettes, vous obtiendrez un déséquilibre entre le centre de pression (CP) et le centre de gravité (CG) qui se traduira par un vol instable: dangereux pour vous et votre environnement. En effet, sans ailettes, le CP est devant le CG. Ajouter des ailettes permet de faire en sorte que le centre de pression soit avant le centre de gravité du modèle.

Quelques figures pour illustrer tout ceci. En rouge le centre de pression (CP) et en bleu le centre de gravité (CG)

ailettes_CP_CG sans_ailettes_CP_CG

 

Pour plus de détails lisez l’article sur la stabilité des fusées.

Configuration des ailettes

Nombre d’ailettes

En général un modèle se compose de trois ou quatre ailettes, mais des configuration qui accueillent 5, 6 voir 8 ailettes peuvent aussi exister. En revanche, des configurations avec beaucoup d’ailettes, c’est à dire supérieur à quatre, n’apportent pas grand chose en terme de stabilité et auront juste un aspect esthétique un peu différent. Les modèles avec quatre ailettes sont en général plus facile à aligner vu que les ailettes devront être alignées symétriquement. Trois ailettes sont la meilleure configuration pour de la haute performance. En permettent de réduire le drag au niveau de la jonction des ailettes avec le fuselage de l’ordre de 25 %. Les modèles à trois ailettes tournoient plus sur eux-mêmes que les modèles à quatre ailettes.

Augmenter le nombre d’ailettes aura pour conséquence de déplacer le Centre de Pression (CP) du modèle vers l’arrière.

PML Xcalibur a 6 ailettes
PML Xcalibur a 6 ailettes

Forme

Un autre facteur qui agit sur l’aérodynamique est la forme des ailettes.

La vitesse de vol de la fusée influe directement sur le type de forme préconisé pour les ailettes. Une forme d’ailettes efficace à vitesse subsonique (inférieur à la vitesse du son) n’est en général pas efficace à une vitesse supersonique. Vous trouverez ci-dessous quelques conseils dans le cas où vous souhaitez atteindre des vols à vitesse supersoniques ou si vous souhaitez optimiser les performances de vos fusées subsoniques. Si vous ne cherchez pas nécessairement la performance, des ailettes avec des formes différentes que celles décrites ci-dessous marcheront aussi correctement.

Vitesses subsoniques

Pour des vitesses subsoniques, la forme en ellipse est théoriquement la meilleure forme possible. Les Spitfire utilisés par les anglais durant la seconde guerre mondiale utilisaient ce type de forme pour les ailes. Cette forme permettait d’obtenir la rapidité et la manœuvrabilité propre aux Spitfire.  Dans notre domaine, c’est une forme assez difficile à construire et on préfère généralement utiliser la forme trapézoïdale (clipped delta), qui est bien plus facile à construire sans trop détériorer l’aérodynamicité.

La figure ci-dessous illustre cette forme trapézoïdale:

La forme trapézoïdale est la plus optimisée après la forme en ellipse pour les vols subsoniques
La forme trapézoïdale est la plus optimisée après la forme en ellipse pour les vols subsoniques
  1. Le bord intérieur (Root Cord Length) est celui qui est en contact avec le fuselage de la fusée.
  2. Le bord opposé ou bord extérieur (Tip Cord Length).
  3. Le bord d’attaque (Leading Edge) correspond à la partie avant de l’ailette.
  4. Le bord de fuite (Trailing edge) correspond à la partie arrière de l’ailette.
  5. L’envergure de l’ailette est la distance mesurée perpendiculairement entre le bord intérieur et le bord extérieur. En gros c’est la distance radiale qui s’étends vers l’extérieur du fuselage.
  6. La longueur de corde est la distance entre le bord d’attaque et le bord de fuite, mesurée de manière parallèle au fuselage.

Une forme trapézoïdale considérée efficace a une longueur de corde égale voir quasiment égale à l’envergure. Le bord extérieur, quant à lui, devrait mesurer la moitié de la longueur de corde. Bien entendu, ceci n’est pas une règle absolue, mais un tel rapport permettra en général d’assurer un équilibre entre aérodynamicité et résistance.

Best practice pour les ailettes trapézoïdales
Best practice pour les ailettes trapézoïdales

Vitesses supersoniques

Pour les vitesses supersoniques, la forme optimale d’ailettes est le trapézoïde symétrique.

Forme d'ailettes trapézoïdales symétriques adaptée aux vols supersoniques
Forme d’ailettes trapézoïdales symétriques adaptée aux vols supersoniques

Le bord d’attaque est recentré vers l’arrière tandis que le bord de fuite est ramené vers l’avant.

Quel régime choisir si la fusée peut adopter les deux régimes de vitesse précédents?

Cela dépendra du but que vous souhaitez atteindre. Dans le cas où vous souhaitez atteindre l’altitude la plus élevé, il est conseillé d’opter pour du clipped-delta et donc d’optimiser le modèle pour de la vitesse subsonique. En effet, le modèle passera bien plus de temps en vitesse subsonique qu’en vitesse supersonique au final.

Dans le cas où c’est la vitesse maximale qui est visée (envie de faire un boom supersonique?) alors il faudra optimiser le modèle pour le régime supersonique. L’altitude est quant à elle laissée de côté, seule la vitesse primera. En effet, la haute vitesse produits beaucoup plus de forces de frottements même avec des ailettes travaillées.

Quelques idées de formes d’ailettes

Nous avons principalement parlé des ailettes trapézoïdales, mais il en existe bien d’autres! Voici un petit aperçu des variantes possibles:

Quelques examples de formes d'ailettes
Quelques examples de formes d’ailettes

A noter

A strictement parler la forme générale des ailettes n’est pas très importante tant que la relation entre le CP et le CG est respectée. En revanche l’envergure devrait être suffisante pour générer assez de portance. Gardez à l’esprit que l’envergure est toujours plus effective que la longueur de corde. Pour en savoir plus, une formule appelée Aspect Ratio permet d’obtenir le meilleur ratio par rapport à l’envergure. Mais en gros, la circulation de l’air proche du fuselage est considéré comme turbulente. L’air à distance du fuselage est considérée comme non-turbulente (laminaire). Les ailettes sont bien plus efficace à régime laminaire que turbulent. Hors plus l’envergure de l’ailette est grande, plus son extrémité sera au-dehors du fuselage et donc proche du régime laminaire et donc plus l’ailette sera efficace. Mais le problème c’est qu’en augmentant l’envergure on obtient des ailettes beaucoup plus fragiles… Une bonne pratique est de ne pas excéder une envergure supérieure à la longueur de corde et la longueur du bord extérieur ne devrait pas être moins de la moitié de la longueur de corde. 

Bords d’attaque

Il est tout à fait possible de conserver les bords carrés pour vos ailettes pour plus de simplicité. Néanmoins, pour améliorer l’aérodynamique de l’ailette il est possible de travailler les bords d’attaques et les profilés de vos ailettes. Dans tous les cas, les profilés devraient être les mêmes pour toutes les ailettes sous peine d’obtenir une traînée asymétrique qui peut causer une déviation de trajectoire ou un tournoiement.

Vitesses subsoniques

Pour les fusées qui volent à une vitesse subsonique (inférieure à la vitesse du son), le bord d’attaque devrait être arrondie et le bord de fuite devrait être taillé en V. Quant au bord extérieur, celui-ci devrait être laissé avec des extrémités carrées. Le bord intérieur, qui vient se fixer au fuselage n’est pas retouché.

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Bord d’attaque est arrondi; bord de fuite est taillé en V.

Vitesses supersoniques

Dans le cas d’un modèle supersonique, le bord supérieur et le bord de fuite devraient être retouchés en V.

Profilé pour les vitesses supersoniques
Profilé pour les vitesses supersoniques

Les ailettes en canard

Les ailettes en canard désignent les ailettes situées en milieu de fuselage ou en extrémité proche de l’ogive. Ces ailettes n’ont pas pour but d’augmenter la stabilité, au contraire ils la dégradent. Le but de tels ailettes est avant tout esthétique, pour ressembler a de vrais missiles par exemple. En effet les ailettes en canards sur les vrais missiles permettent de le diriger.

BullPuppy, les ailettes en canard sont en extrémité de fuselage.
BullPuppy, les ailettes en canard sont en extrémité de fuselage.

Matériaux

Les matériaux utilisés pour la construction des ailettes dépendent directement de la taille du modèle ainsi que de l’utilisation de la fusée.

Balsa

Le balsa est un bois très léger (densité de 140 kg/m3) qui pousse dans les forêts équatoriales d’Amérique du Sud et Centrale. Il est souvent utilisé en modélisme, et peut se trouver dans de tels magasins.

Ce type de bois est particulièrement utilisé dans les fusées de type LPR (Low Powered Rockets) qui utilisent des moteurs pas plus grands que des classes D / E. L’épaisseur des ailettes varie de 1,5 mm d’épaisseur pour les plus petits modèles à 3-4mm pour les plus gros modèles. Il existe une assez grande variété de balsa plus ou moins résistants et donc plus ou moins légers. En général plus le bois est clair plus il est léger et moins il est résistant.

balsa_mini
Balsa

Voici un tableau qui donne une indication générale de l’épaisseur des ailettes en balsa en fonction du moteur utilisé.

Épaisseur Moteurs
1.5mm à 2mm A, B
2.5mm B et C
3mm D et E

Il n’est pas conseillé d’utiliser des ailettes en balsa pour les fusées ayant un moteur au-delà de la classe E.

Contreplaqué multiplis

Le contreplaqué offre une meilleure résistance que le balsa. Ce type de matériaux est souvent utilisé dans les fusées qui utilisent des moteurs supérieurs à la classe E / F. Vous trouvez de telles ailettes dans les kits LOC par exemple. Certains modèles à haute puissance utilisent aussi du contre plaqué pour les ailettes. Mais c’est souvent sous une forme mixte, c’est à dire avec des couches de fibres de verre pour obtenir une structure encore plus robuste.

En général le contreplaqué utilisé est celui que l’on trouve en aviation, c’est à dire du bouleau.

Épaisseur Moteurs
2.5mm  D, E, F
3mm  F, G
5mm  G, H, I, J
> 6 mm   I, J, K+
contreplaque
contreplaqué

Fibre de verre / Époxy

Le G10 est de la fibre de verre hautement compressée et stratifiée à la résine époxy haute température. Cela ressemble au circuits imprimés utilisés dans les ordinateurs. Ce matériau est assez rigide tout en ayant une certaine souplesse lors de l’application de charges importantes. Un des avantages principaux des ailettes en fibre de verre est la possibilité d’utiliser des épaisseurs d’ailettes beaucoup plus fines tout en ayant une résistance beaucoup plus importante que le contre plaqué par exemple. Un autre gros point positif est le poids beaucoup plus faible de l’ailette.

En revanche la fibre de verre est assez difficile a travailler et assez couteuse au final.

La fibre de verre est conseillée dans les modèles à haute puissance.

Épaisseur Moteurs
1.5mm G, H
2.5mm H, I, J
3mm  I, J, K+
ailettes_fibreverre
Ailettes en G10

Carbone

Les plaques de carbone permettent de réaliser des ailettes très robustes. En revanche de tels ailettes sont assez coûteuses et sont légèrement  plus dures a travailler que la fibre de verre.

ailette_carbone
Ailettes en carbone

 Composites

Par composites j’entends le mélange des matériaux précédents.

Il est possible par exemple de réaliser des ailettes avec une composante centrale en contre plaqué qui seront renforcées à l’extérieur, par des couches en fibres de verre voir en fibre de carbone. Ce type d’alliage permet de combiner les avantages des différents matériaux en réduisant les coûts par rapport à des ailettes en fibres de verre ou de carbone complète…

 

Découpe

Avant la découpe tracez le modèle de l’ailette sur le support utilisé ou alors utilisez un patron en carton de l’ailette.

Balsa:

  • Sens des fibres:

Dans le cas des ailettes en balsa, il est nécessaire de respecter certaines règles. Suivant l’angle de découpe, les ailettes pourront êtres plus ou moins résistantes. Veillez a ce que le grain du bois (le sens des fibres) soit parallèle au bord d’attaque. Si le grain est parallèle au corps de la fusée, alors l’ailette cassera très rapidement.

balsa sens grains
Il est important d’avoir le sens des grains du balsa parallèle au bord d’attaque de l’ailette
Casse d'une ailette dû au mauvais sens des grains.
Casse d’une ailette dû au mauvais sens des grains par rapport au bord d’attaque.
  • La découpe:

Un simple cutter pour la découpe ainsi qu’une règle en métal font l’affaire. Ne cherchez pas a découper l’ailette en une fois. Plusieurs passages de lames donnent un meilleur résultat et permettent d’éviter d’écraser le balsa.

Marquage des ailettes et pré-découpes.
Marquage du motif des ailettes et pré-découpes.

Contre plaqué:

Pour la découpe de contre plaqué utilisez une scie à dent assez fine. Une scie a métaux peut faire l’affaire dans le cas de contre plaqué peu épais. Pour les épaisseurs plus importantes on peut utiliser des outils électriques comme la scie-sauteuse voir une scie à ruban par exemple…

Fibre de verre et carbone:

Dans ces cas là j’utilise la scie a métaux si c’est pas trop épais autrement je détoure le patron en perçant des trous à la perceuse à colonne puis je termine a la rappe, lime et papier de verre. Pensez a porter un masque quand vous travaillez ces matières, elles sont assez nocives.

Montage et fixation

Marquage et préparations

Pour éviter d’avoir des ailettes qui ne seront pas droites il est préférable de préparer un peu l’alignement des ailettes. Cette préparation commence par le marquage des points de fixation sur le fuselage.

La première étape consiste a déterminer l’emplacement des ailettes suivant leur nombre et le diamètre externe de votre fuselage. Pour ce faire vous aurez besoin d’une bande de papier et de déterminer la circonférence du tube.

Par exemple j’ai un tube de 3 pouces de diamètre, soit 7.62 cm (3.0 * 2.54).

La circonférence sera de 76,2 mm * pi = 239,268 mm soit 23.9 cm

J’ai 4 ailettes a placer. Il faut diviser la circonférence par 4 pour déterminer l’espace entre chaque ailettes:

23.9 / 4 = 5,975 cm

Il suffit de placer 3 marques a 5.975 cm de distances chacune sur la bande de papier.

Enroulez cette bande de papier sur votre fuselage et marquez le fuselage aux emplacements des ailettes. Puis utilisez un profilé en L angulaire pour tracer les lignes d’emplacement des ailettes (cela permet de tracer des lignes droites sur votre tube). Une autre méthode est d’utiliser l’encadrement d’une porte pour faire des traits droits.

Marques ailettes qu'il suffit d'enrouler sur le tube puis faire les marquages à l'aide du profilé de gauche.
Marques ailettes qu’il suffit d’enrouler sur le tube puis faire les marquages à l’aide du profilé de gauche.

Pour aligner au mieux les ailettes, vous pouvez soit utiliser une feuille d’alignement (lien BSD), ou des guides de différentes sortes.

Guide pour ailettes
Guide pour ailettes
guide_alignement
Guide ailettes
Guide ailettes
Guide ailettes bis

La guillotine pour ailettes : Il s’agit d’un outil permettant d’obtenir un alignement parfait sur des diamètres de tubes variés. Le concept consiste a maintenir et bloquer le tube de fuselage a l’horizontale tel une guillotine. Puis un système d’équerres permet de bloquer de manière perpendiculaires les ailettes qui viendront se coller sur le tube.

Note: OpenRocket, un logiciel de simulation, permet d’imprimer directement un patron d’ailettes, ce qui peut être pratique.

Fixation directe sur le fuselage

Dans cette configuration, les ailettes sont directement collées sur le fuselage. C’est le cas le plus classique sur les petites fusées, celles avec des ailettes en balsa. Pour augmenter la surface d’adhérence de l’ensemble, poncez au préalable les emplacements de fixation des ailettes de sorte a enlever la partie lisse qu’il y a souvent sur les tubes. Puis appliquer de la colle sur la base de l’ailette ainsi que sur l’endroit de fixation désiré. De la colle aliphatique est ce qu’il y a de mieux pour ce type de fixation balsa + tube carton.

Fixation classique
Fixation classique

Certaines fusées à haute puissance (HPR) qui disposent d’un diamètre minimum utilisent également ce système. On parle de fusée a diamètre minium car le fuselage du modèle accueille directement le moteur à l’intérieur de ce dernier. Dans ce genre de fusées, il est cependant très important de renforcer l’ensemble ailettes/fuselage. Pour ce faire on renforce l’extérieur du tube à l’aide de fibre de verre, de fibre de carbone ou d’un alliage des deux. Cette technique est appelée Tip-to-Tip.

ailettes_tip_to_tip
Renforcement Tip-to-Tip des ailettes sur une fusée à diamètre minimum

Slots pour ailettes

Pour les fusées HPR, la fixation des ailettes se fait différemment que pour les plus petits modèles. Les ailettes traversent directement le fuselage pour venir se fixer sur le tube moteur. Une telle configuration permet d’augmenter la solidité des ailettes permettant d’avoir plus de surface de fixation. Il en résulte un bloc moteur beaucoup plus solide…

Slot d'ailette vue de face
Slot d’ailette vue de face
Fins slots
Slots d’ailettes, vue arrière.

Une telle configuration a l’avantage d’assurer une meilleure solidité de l’ensemble ailettes/bloc moteur en offrant 6 points de fixations pour chacune des ailettes.

6 points de fixation par ailettes
6 points de fixation par ailettes

La solidité peut encore être améliorée en rajoutant de la mousse expansive bi-composant dans les interstices créée par les ailettes. L’ensemble bloc moteur + ailettes sera alors très robuste.

Réaliser des slots pour ailettes:

Je n’ai pas de conseils particuliers pour la réalisation des slots, à part d’utiliser la technique précédente de la bandelette de papier pour bien marquer a la surface du fuselage la position des ailettes. Puis il faudra mesurer l’épaisseur des ailettes et déporter cette valeur au centre des marquages que vous aurez tracés.

Filets

Les filets sont la jointure extérieure entre les ailettes et le fuselage. Cette jointure permet d’augmenter la solidité de l’ailette mais également d’améliorer l’aérodynamique. Les filets devraient êtres réalisés sur toutes les ailettes peu importe la puissance du modèle.

Encore une fois pour les modèles de faible puissance pour réaliser les filets, vous pouvez utiliser la même colle que pour la fixation des ailettes : colle aliphatique. En revanche pour les plus grands modèles, on utilise de l’époxy.

Vue de près des filets d'ailettes.
Vue de près des filets d’ailettes.

Réaliser les filets

L’idée générale est d’appliquer du ruban masquant de part et d’autres du filet de l’ailette sur laquelle on travaille de sorte a avoir une belle rigole. Puis d’appliquer la colle dans cette rigole. Une fois la colle déposée on passe avec le morceau de tuyau, qu’on aura préalablement trempé dans le solvant, le long du filet. L’excédent de colle se déportera sur le ruban masquant, lors du passage. Il est conseillé de faire plusieurs passage pour avoir un bon résultat, et toujours dans le même sens. Entre chaque passage, il faut nettoyer le tuyau de l’excédent de colle à l’aide du chiffon et ré-appliquer du solvant. Finalement en enlève le ruban masquant où s’est déposé l’excédent de colle. On obtient un filet parfait.

Matériel nécessaire pour réaliser les filets:

L’exécution nécessite un peu de préparation, il vous faudra:

– Un moyen de maintenir votre fuselage a l’horizontale sans bouger.

– Ruban masquant.

– Colle (époxy ou colle aliphatique comme expliqué ci-dessus).

– Un morceau de tuyau en caoutchouc avec une surface lisse ou alors une cuillère en plastique ou encore votre doigt si vous n’avez rien de tout ça.

– Du solvant tels que de l’essence F ou de l’alcool a brûler.

– Essuie-tout ou alors un chiffon pour nettoyer l’excédent de colle.

Procédure

  1. Placez le modèle à l’horizontale avec 2 ailettes pointées vers le haut de sorte a former un sorte de V. Les deux filets qui sont à l’intérieur du V seront réalisés.
  2. Appliquez du scotch aux extrémités des filets que vous souhaitez réaliser. C’est sur ce ruban masquant que se retrouvera le surplus de colle. Appliquez aussi du ruban aux extrémités des filets pour faire une belle rigole.
  3. Préparez votre colle. Si vous utilisez de l’epoxy prenez au moins de la 15 minutes, plus si vous souhaitez être plus tranquille. Pour ce genre d’application j’aime bien avoir du temps devant moi donc en général je prends de l’epoxy 30 minutes.
  4. Appliquez de l’epoxy dans la rigole formée par le scotch. Vous pouvez soit placer la colle a une extrémité et ensuite placer le fuselage a la verticale de sorte faire glisser la colle le long de la rigole, mais c’est vite problématique si vous réalisez deux filets en même temps. Je préfère en général essayer d’appliquer la colle uniformément le plus possible a la main. Petite astuce pour l’epoxy : on peut la fluidifier avec de l’alcool.
  5. Une fois la colle appliquée en quantité suffisante il est temps de réaliser les filets a l’aide soit d’un outil : tuyau en caoutchouc, cuillère OU alors votre doigt tout simplement. L’idée est de tremper l’outil ou une partie dans l’alcool a brûler/essence F et de passer le long du filet de sorte a réaliser un beau filet. L’excédent de colle se déportera sur les côtés et se déposera sur le ruban masquant. Il est parfois nécessaire de faire plusieurs passages. Entre chaque passage, nettoyez l’outil avec le chiffon et ré appliquez, encore une fois le solvant.
  6. Une fois que vous êtes satisfait de votre filet et avant que la colle ne se solidifie complètement, retirer le ruban masquant qui aura alors l’excédent de colle. Faites cette opération délicatement.
  7. Si de la colle se trouve là où elle ne devrait pas être, utilisez votre chiffon que vous aurez un peu trempé dans le solvant pour nettoyer les surfaces. Pour les coins délicats, j’utilise des cotons-tiges qui sont trempés dans le solvant.
  8. Laissez sécher une journée entière et évitez d’appliquer une force de torsion sur les filets pendant qu’ils sèchent (en gros ne pas tripoter les ailettes), c’est le meilleur moyen d’éviter les craquelures et permettra d’avoir un filet bien lisse qu’il faudra poncer avant de passer a la peinture!
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Plusieurs passages ont permis d’obtenir ce résultat: la colle s’est déposée sur le ruban masquant. Le ruban masquant supérieur a déjà été retiré.
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Une fois le ruban masquant retiré partout, on obtient un beau filet.
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La gaine de tuyau que j’utilise pour faire les filets. La forme circulaire permet d’épouser au mieux la jointure du filet.

Système de récupération petits modèles

Cet article traite des système de récupération pour petits et moyens modèles de fusées. Il est conseillé de d’abord lire l’article principal sur les systèmes de récupération si vous ne l’avez pas déjà fait ; vous y trouverez des informations sur les différents types de moyens de récupération les plus adaptés suivant la taille et le poids du modèle.

Les informations ci-dessous sont destinés aux modèles dont le poids est supérieur a une trentaine de grammes. Pour les modèles dont le poids est inférieur a 30 grammes, la chute libre ou la séparation de l’ogive est souvent suffisante.

I. Cordon de choc

Dans les kits LPR le cordon de choc est souvent de la cordelette élastique ou une bandelette en caoutchouc qui assure ainsi une certaine flexibilité de la chaîne de récupération.

Note: La flexibilité apportée peut entraîner une casse d’ailette provoquée par l’impact de l’ogive. Mais fort heureusement ce genre de cas est assez rare mais est bon à connaitre pour m’être une fois arrivé.

Certains kits allient plusieurs types de cordons de choc, c’est le cas du fabricant Quest qui donne dans leur kit un cordon de choc en kevlar a placer proche du bloc moteur, et qui par ses propriétés ignifuges permet de résister aux particules incandescentes du moteur. A ce cordon en kevlar est également utilisé les cordon traditionnel en élastique un peu plus loin dans la chaîne de récupération. Cette configuration permet d’apprécier à la fois la flexibilité et d’empêcher la rupture du cordon par brûlures pour la fixation proche du moteur.

CordonChocQuest
Voici les cordons de choc fournis par Quest. En blanc le cordon élastique et en jaune le cordon en kevlar.

Vous n’êtes pas obligé d’utiliser nécessairement du cordon en élastique. Il m’arrive d’utiliser de la petite cordelette en nylon de 2-3mm pour certains modèle et cela fonctionne très bien. Bien entendu dans ce cas j’utilise une fixation a la manière Estes qui est décrite un peu plus bas dans cette page.

A. Taille et dimensions du cordon de choc

L’épaisseur des cordons de récupération varient entre 3 et 5-6 mm. Utiliser du 3 mm pour les modèles dans le poids est inférieur a 60 gr et du 6 mm pour plus gros.

Concernant la longueur du cordon il devrait être minimum 2 fois la longueur du modèle. Une bonne règle est d’utiliser une longueur de cordon de choc comprise entre deux à trois fois la longueur totale de la fusée. Une longueur plus importante est toujours possible mais ne pas oublier que l’ensemble prendra beaucoup plus de place dans le fuselage au final.

B. Fixation du cordon de choc

La fixation du cordon de choc dans les modèles [glossy]LPR[/glossy] peut se faire de 2 façons différentes :

  1. La manière Estes, qui consiste a coller le cordon de choc dans une bande en papier repliée en trois et collée à l’intérieur même du fuselage au niveau de l’extrémité supérieure. La position de cet ensemble est critique, il faut veiller a laisser un peu de marge pour l’insertion de l’ogive et donc coller la bande a une distance suffisante de l’ogive. De plus, il faut veiller a éviter que la chaîne de récupération se coince avec l’attache.
Fixation par bandelette en papier. Sur la photo il n'est pas replié en 3 mais c'est le même concept.
Fixation par bandelette en papier. Sur la photo il n’est pas replié en 3 mais c’est le même concept.
  1. Fixation directe sur le bloc moteur à l’aide d’un cordon de choc en kevlar (aramide). L’aramide est utilisé en raison des particules incandescentes expulsées lors de l’éjection du parachute par le moteur.
Fixation directe sur le bloc moteur par ficelle en kevlar
Fixation directe sur le bloc moteur par ficelle en kevlar

II. Fixation de l’ogive

[…]

III. Parachute

Dans les petits modèles, le parachute est le plus souvent une feuille en plastique circulaire, hexagonale voir octogonale. Aux extrémités de cette feuille sont liés les cordelettes du parachute qui sont souvent en coton ou en nylon. La fixation de ces cordelettes se fait à travers un trou percé dans la feuille et renforcés par des gommettes adhésives, des sortes d’œillets. La fixation est sécurisée par un double nœud.

Gros plan d'une fixation sur un parachute Estes
Gros plan d’une fixation sur un parachute Estes

Une autre possibilité de fixation consiste à scotcher les extrémités de ficelles directement au parachute. Dans ce cas là, les ficelles extrémités des ficelles devraient êtres en boucle sous le scotch. Il est également possible de faire un nœud pour plus de maintient:

A. Dimensions parachute

Quelques petites formules permettent de déterminer rapidement la taille du parachute nécessaire suivant le poids du modèle.

Voici un petit outil qui permet de rapidement calculer les dimensions nécessaires de votre parachute en fonction de son poids.

Calculateur de parachutes pour petits modèles.

B. Matériaux parachute

Il est assez facile de se fabriquer un parachute. La couverture de survie, que l’on trouve dans les magasins auto est une bonne matière pour le parachute. C’est très léger tout en assurant une bonne résistance. De plus la couverture de survie est de couleur assez brillante et réfléchi facilement les rayons lumineux, augmentant ainsi les chances de repérages lors de la descente du modèle. En revanche ne comptez pas réutiliser un parachute endommagé. Un simple trou peut très vite s’agrandir et ruiner complètement le parachute.

La couverture de survie, un excellent moyen de se fabriquer des parachutes
La couverture de survie, un excellent moyen de se fabriquer des parachutes

Dans certains kits, d’autres matériaux sont utilisés dont le plastique. Gardez a l’esprit que le parachute doit pouvoir être plié plusieurs fois, ne pas se déchirer, être assez flexible et d’un seul tenant.

C. Fixation du parachute

La fixation du parachute sur la chaîne de récupération se fait en général a 1/3 en partant de l’extrémité.

D. Préparation du parachute

La préparation du parachute est importante et correspond au pliage de celui-ci. Le parachute doit s’expulser facilement et s’ouvrir dès qu’il est sorti du modèle. Il faut donc veiller a le plier correctement et de manière ordonnée.

Le parachute ne doit pas être forcé dans le fuselage et les cordes d’attaches ne devraient pas être emmêlées n’importe comment.

Voici une technique de pliage qu’il convient d’adopter :

E. Fabrication d’un parachute

Choisissez un des matériaux indiqué plus haut pour le parachute. Dans notre cas nous sommes partis sur de la couverture de survie et les attaches sont des ficelles en nylon de 70cm de longueur. Il faut également une paire de ciseaux ainsi que du scotch.

  1. Découper un carré de 50cm x 50cm par exemple:
  2. Plier le en deux
  3. Plier le plusieurs fois comme sur les photos:
  4. Puis couper la partie restante au niveau du doigt:
  5. Si vous dépliez vous obtiendrez un disque
  6. Il ne reste plus qu’à mettre en place les 8 attaches:
  7. Une fois les attaches fixées au parachute, il faut les réunir ensemble et faire un double noeud. Vous pouvez également ajouter un émerillon de pêche pour changer de parachute plus facilement et afin d’éviter les torsades des cordelettes dû au tournoiement du parachute lors de la descente. 

IV. Banderole (Streamer)

Pour reprendre les informations présentes dans l’article général sur les système de récupération, dans le choix du streamer ou banderole deux paramètres principaux rentrent en ligne de compte:

  • La dimension de la banderole.
  • Le matériaux utilisé pour la banderole.

A. Dimensions banderole

Concernant la dimension de la banderole, celle-ci devrait respecter un rapport 1:10 entre la largeur et la longueur. Ce rapport est adapté pour des unités en pouces. Ce qui veut dire qu’une banderole d’un pouce de largeur (2.54 cm) devrait avoir 10 pouces de long (25.4 cm).

Streamer
10 inchs de long 1 inch de large –  15 inchs de long 1.5 inchs de large

B. Matériaux banderole

Le ruban est fabriqué en découpant une simple bande rectangulaire de la dimension désirée. Au niveau du choix des matériaux pour la banderole:

  • Plastique mylar ou simili
  • Papier crépon
  • Papier dessin a décalquer

Certains modélistes préfèrent le papier crépon au plastique car le plastique à tendance à se rigidifier par temps froid. De plus le papier crépon ne brûle pas aussi facilement qu’un plastique dans le cas où des particules incandescentes du système d’éjection sont amenées a s’échapper de la ouate de protection.

Note: Un streamer neuf est toujours plus efficace qu’un streamer qui a déjà été utilisé.

C. Fixation banderole

Pour la fixation de la banderole a la chaîne de récupération il est possible de réaliser un trou dans une extrémité de la bande et d’y nouer la cordelette en prenant le soin d’utiliser un œillet pour renforcer l’orifice. Un autre possibilité est de scotcher directement l’extrémité de la bande avec du ruban adhésif. C’est cette méthode que j’ai tendance à utiliser. Pour veiller à ce que la ficelle ne se décroche pas, un nœud peut-est fait à celui-ci sous le scotch.

Enfin il est possible de replier la bande de sorte a former une fente qui permettra le passage du cordon de choc.

D. Préparation banderole.

Le streamer doit être protégé des gaz d’éjection du moteur. La protection est simple, il faut utiliser de la ouate de protection qui est placée dans le fuselage. La banderole est ensuite placée au-dessus de la protection. Ainsi la ouate de protection bloque les gaz et agit également comme sorte de mini-piston pour éjecter la banderole. La ouate de protection devrait être ignifuge.

La banderole devrait être enroulée depuis son extrémité de sorte à faire un cylindre. Puis une partie de la ficelle est enroulée autour du cylindre. Puis le streamer est glissé dans le fuselage, le plus proche possible de son extrémité.

Note: Il est également possible de plier la banderole en accordéon.

Conseils généraux

Cette article a pour but de regrouper des règles de conception d’une fusée. Les conseils proposés ci-dessous sont des conseils généraux lors du design de modèles classiques. Elles ne remplacent pas des tests de stabilité mais sont plus des règles de bonnes conduites pour des premières constructions.

Lorsque vous aurez assez d’expérience certaines règles peuvent être amenées à être remodelées ou complètement ignorées.

Cet article couvre une vaste variété de points dont:

Conception / Design

Stabilité

  • Marge de stabilité : le Centre de Gravité (CG) doit être à l’avant du Centre de Pression (CP) de 1 à 2 fois le diamètre du fuselage. Si le calibre est de 1 (une fois le diamètre de la fusée) alors on dit que la fusée est dans la marge de stabilité. Entre 0.5 et 1 calibre, la fusée est marginalement stable. Si le calibre est supérieur a 2 alors la fusée est « over stable ». Une telle stabilité entraine un tournoiement assez important dans le vent. Une fusée over stable et qui dispose d’une propulsion faible peut terminer a l’horizontale.
  • Ajuster le CG : pour déplacer le CG vers l’avant, ajouter du poids dans l’ogive ou réduire le poids près du support moteur ou allonger le fuselage. Pour le déplacer vers l’arrière, faire l’inverse.
  • Ajuster le CP : pour déplacer le CP vers l’arrière, c’est à dire augmenter la stabilité, augmenter la taille des ailettes. Pour déplacer le CP vers l’avant, faire l’inverse.

Construction

Ailettes

  • Nombre : habituellement un modèle a 3 ailettes ou 4 ailettes. 4 ailettes permettent plus de stabilité en déplaçant le centre de pression (CP) vers l’arrière. Il est possible d’utiliser 5, 6 voire 8 ailettes ceci dit.
  • Forme : la forme la plus efficace d’ailette est la forme en « clipped delta ».
  • Optimisation : poncer les bords d’attaque pour obtenir un profil en V.

Fuselage

  • Diamètre et longueur : le rapport entre le diamètre et la longueur du fuselage devrait être de 10 – 20:1. Une fusée de 3 pouces de diamètres devrait faire entre 30 et 60 pouces de long.
  • Renforcement : appliquer une couche de fibre de verre sur les fusées ayant un diamètres supérieur a 2.56 pouces et dont la vitesse est supérieur ou égale a 0.85 Mach.
  • Quantum : à éviter pour les fusées à diamètre minimum. Impossible à renforcer par de la fibre de verre, de carbone ou de kevlar. Pas conçu pour les vols transsonique ni supersonique.
  • Pistons : surtout utilisé par la marque PML. Les pistons ont besoin d’une charge d’éjection moindre par rapport aux système de protection traditionnels.

Finition

Peinture

  • Préparation : poncer légèrement les surfaces a peindre avec du papier de verre 320 ou 400.
  • Primaire/Apprêt : utiliser du gris pour les fusées aux couleurs sombres et du primaire blanc pour les fusées aux couleurs claires (surtout pour les fusées aux couleurs blanches et les fluorescentes).
  • Peinture : utiliser toujours la même marque de peinture, évitez les mélanges. J’ai toujours eu de bons résultats avec l’acrylique (en bombe ou pulvérisée). J’ai également déjà utilisé les peintures enamel pour les petites fusées et les résultats étaient bons.
  • Couches : pour avoir une surface bien lisse, vous pouvez poncer la surface entre les couches sous l’eau avec du papier de verre fin (800 ou 1000).

Lancement

  • Tige ou rails? : pour les modèles LPR à MPR préférer des tiges de lancement. Pour les modèles HPR, préférez des rails buttons.
  • Position des tiges et rails buttons : Si vous utilisez un seul guide de lancement, le placer au niveau du CG de la fusée. Dans le cas des rails buttons, il vous en faut minimum deux : le premier a placer sur la partie basse du fuselage et le deuxième doit se placer sur ou en dessous du CG.
  • Vitesse minimum : 50 km/h pour un vent de 8 km/h.

Propulsion

  • Tube moteur : Construisez votre rocket pour le plus grand moteur. Vous pouvez toujours utiliser des moteurs plus petits mais pas plus grands.

Récupération

  •  Streamer : doit être 10 fois plus long que large.
  • Longueur du cordon de choc : 2 à 3 fois la longueur de la fusée pour les modèles LPR. Pour les modèles de type MPR et HPR, le cordon de choc devrait faire 4-5 fois la longueur de la fusée.

Le support moteur (Motor Mount)

Le support moteur est un élément essentiel de la fusée. Il permet de conserver un alignement parfait de la poussée du moteur par rapport au fuselage. En effet le support moteur, encore appelé Motor Mount Tube (MMT) permet de maintenir le moteur dans une position fixe à la base du fuselage.

MMT
MMT

 

Le support moteur assure le maintient du moteur durant la phase de propulsion, mais également lors de la phase d’éjection qui permet d’expulser le système de récupération.

Dans la conception la plus courante d’une fusée il est rare que le diamètre du moteur soit égal au diamètre interne du fuselage. Seuls quelques modèles sont de cette configuration : les fusée à diamètre minimum, encore appelées minimum diameter rocket (MDR). Si vous souhaitez plus d’infos sur ce type de modèles [LIEN VERS ARTICLE].

Vous l’aurez compris, dans la grande majorité des cas il est nécessaire d’adapter le diamètre du moteur au fuselage. Pour cela on utilise souvent un support moteur qui est composé dans sa configuration la plus simple de deux anneaux de centrage et d’un tube moteur.

Le diamètre externe des anneaux est le même que le diamètre interne du fuselage.

Voici un exemple de support moteur comportant 2 anneaux de centrages. On peut voir que le cordon du système de récupération est fixé au support moteur.
Voici un exemple de support moteur (d’une ancienne fusée) comportant 2 anneaux de centrages. On peut voir que le cordon du système de récupération est fixé au support moteur.

 

Le support moteur vient se glisser dans le fuselage où il devrait être solidement fixé, collé. Il est important d’utiliser les bons matériaux et les bons adhésifs pour cette structure.

 

I. Anneaux de centrage

Les anneaux de centrage du support moteur peuvent être de différentes matières. Pour les plus petits modèles de fusées ils peuvent être en carton. Pour les modèles plus grands, on utilise assez souvent des disque de centrage en contre plaqué d’épaisseurs > à 3mm .

Il est également possible d’utiliser des disques de centrage en époxy qui assurent l’avantage d’une certaine solidité au gré d’un poids relativement faible. Mais le contre-plaqué est souvent bien plus adapté et facile a travailler, le tout offrant une certaines solidité une fois l’épaisseur augmentée.

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Anneau de centrage en contre plaqué

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Anneau de centrage en carton

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Au début de cet article j’ai parlé de la plus simple configuration du support moteur à savoir, un tube moteur et de deux anneaux de centrage. Ceci est le plus souvent valable pour les petits modèles de fusées.

Pour les modèles de type HPR, il est souvent nécessaire d’utiliser plus de deux anneaux de centrages. De plus les ailettes ne se collent pas sur le fuselage mais sur le tube moteur directement. Ainsi le support moteur sera un ensemble très solide.

 

Construction des anneaux de centrage

Pour réaliser simplement des anneaux de centrage en contre plaqué, j’utilise le plus souvent des scies en cloches et trépans. On peut trouver dans les magasins de bricolage des cloches de différents diamètres.

Scie à trépans
Scie à trépans

 

Attache du système de récupération

Souvent le support moteur marque le début du système de récupération. Le cordon de choc relié au parachute peut venir directement s’attacher sur les anneaux de centrages. Soit de manière toute simple (comme sur la photo ci-dessous), directement collé le long du tube moteur ou alors en utilisant un anneau métallique qui dispose d’un filetage et qui se fixera cette fois-ci sur l’anneau de centrage directement.

Voici un exemple de support moteur comportant 2 anneaux de centrages. On peut voir que le cordon du système de récupération est fixé au support moteur.
On peut voir la corde du système de récupération directement collée au support moteur.

 

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Anneau d’attache métallique utilisé pour un début d’attache du système de récupération. Note: pour les modèles de type HPR, utilisez des anneaux complètement fermés et non un replié comme celui-ci.

 

II. Tube moteur

Le tube moteur est toujours un peu plus long que le plus long des moteurs que vous utiliserez pour votre fusée.

Concernant le tube moteur il peut être de différentes configurations :

  • De manière brute, un simple tube. Ce type de configuration aura l’avantage de permettre d’utiliser des moteurs de différentes longueurs mais un système de rétention devra être utilisé, de même il faudra un peu modifier les moteurs à usages unique pour les maintenir dans le tube moteur car leur diamètre est constant (nous en reparlerons un peu plus loin dans cet article).

 Note : Cette configuration est utilisée pour les modèles de type MPR et HPR.

  • Avoir une bague de poussée interne a l’intérieur du tube moteur. L’intérêt de cette bague de poussée est d’empêcher que le moteur glisse vers l’intérieur de la fusée ainsi que de permettre l’expulsion de la charge d’éjection du moteur. On retrouve ce genre de configuration sur les fusées de type LPR.
La bague de poussée interne, ici appelée rondelle de retenue
La bague de poussée interne, ici appelée rondelle de retenue

 

III. Système de rétention du moteur

Le système de rétention du moteur assure le maintien du moteur de la fusée du décollage à la récupération du modèle. Il est important de ne pas négliger cet aspect pour deux raisons:

  1. Le maintien du moteur dans son logement assure une récupération complète de la fusée.
  2. Empêcher la perte d’un moteur de type rechargeable est cher.

Je vais tenter de m’expliquer un peu plus quant au premier aspect du système de récupération. Partons du principe que votre fusée dispose d’un système d’éjection du parachute qui utilise la charge d’éjection de votre moteur. Ce type de configuration est très commun pour les modèles de type LPR, MPR et quelques fusées HPR. Une rétention insuffisante lors de la mise à feu de la charge d’éjection du moteur aura pour conséquence un délogement du moteur de son tube. D’une part vous risquez de perdre le moteur mais la fusée risque de mal se séparer a cause d’un manque de pression dans le fuselage du modèle. Le système de récupération risque de ne pas se déployer et la fusée retombera en mode balistique, ogive tête la première a une vitesse très élevée. C’est le genre de scénario que l’on souhaite éviter. Le système de rétention est donc a ne pas négliger.

Les kits de fusées peuvent etre livrées avec un système de rétention ou non. Il est tout a fait possible d’en construire un assez facilement, ou alors d’en acheter dans le commerce directement.

Nous allons voir les différents systèmes de rétention qui s’offrent à nous, certains sont plus facilement réalisables que d’autres. Prenez garde, certains système ne sont pas viables pour tous les types de modèles! Une fusée HPR ne pourra pas utiliser certains systèmes comme le papier, le ruban adhésif ou le crochet que nous allons voir ci-dessous!

Papier

 

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Utilisez assez de papier pour que la sortie du moteur soit difficile mais pas impossible.
Utilisez assez de papier pour que la sortie du moteur soit difficile mais pas impossible.

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La simple utilisation de papier pour augmenter le diamètre du moteur dans le tube. Ce système est le plus rudimentaire et convient aux très petits modèles (13-18mm) uniquement!

Ce système a le mérite d’être très simple a mettre en place.

Utilisez la quantité de papier nécessaire pour avoir un moteur assez serré mais pas au point qu’il soit impossible a déloger.

Néanmoins ce système a une tendance a user le tube moteur assez rapidement si celui ci est peu épais et qu’une trop grosse quantité de papier est utilisée.

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Ruban adhésif

A la place d’utiliser du papier pour sécuriser le moteur, on peut envisager l’utilisation de ruban adhésif. Le papier et le ruban adhésif sont très utilisés dans le cas de moteurs à usages unique. Le ruban adhésif convient pour la plupart des modèles de type MPR (E, F, G).

Rub
Ruban adhésif et moteur a usage unique.

 

Le ruban adhésif peut s’utiliser de plusieurs manières différentes :

  • Utiliser une grande quantité de ruban autour du début du moteur de sorte à empêcher que le moteur bouge en avant lors de la poussée. Cela revient a faire un anneau de poussée.
Anneau de pousse de ruban.
Anneau de poussée en ruban adhésif.

 

L’inconvénient est que le moteur risque toujours d’être perdu lors de la mise à feu de sa charge d’éjection car il n’est pas sécurisé dans l’autre ce sens. Il est alors nécessaire d’utiliser du ruban adhésif autour du moteur et du tube moteur pour contrer cela.

ruban_adhesif_minimum_diameter_rocket
Sécurisation complète d’un moteur rechargeable. Le ruban adhésif maintient a la fois le moteur et le tube moteur.

 

  • De la même manière que précédemment avec le papier : en utilisant cette fois-ci du ruban adhésif sur le milieu du moteur pour mieux serrer le moteur. C’est bien souvent la technique la plus efficace.

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Le ruban est enroulé au niveau du milieu du moteur pour le plus d’efficacité

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Puis le moteur est glissé dans le tube. Le serrage ne devrait pas rendre la sortie du moteur impossible.

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Crochet

Métallique, c’est une plaque en acier pliée, flexible, de sorte a former un crochet. Le crochet est fixé au support du moteur. Il maintient très facilement le moteur dans son tube tout en étant facilement flexible lors de l’insertion du moteur. Lors de l’insertion on pli le crochet vers l’extérieur jusqu’à ce que le moteur soit dans son logement puis le crochet reprend sa position initiale et sécurise le moteur.

A droite le crochet est assez flexible pour insérer le moteur dans son logement. A gauche, une fois le moteur dans son logement, le crochet le sécurise.
A droite le crochet est assez flexible pour insérer le moteur dans son logement. A gauche, une fois le moteur dans son logement, le crochet le sécurise.

 

crochet
Ce genre de crochet est très utilisé sur les fusées de type Estes.

 

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Ce système est tout à fait utilisable pour les fusées E, F et G. C’est le cas par exemple d’Aerotech qui l’utilise également sur certains de ces modèles.

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Toujours chez Aerotech, voici le bloc moteur. On voit que le crochet est fixé au support par les anneaux de centrages en plastique.

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Vis, rondelles, filetages et tiges filetées

Une autre possibilité de rétention est l’utilisation de tiges filetées, de boulons et de rondelles pour maintenir le moteur dans son logement.

Utilisation d'une tige filetée, d'une rondelle et d'un boulon pour sécuriser un cluster de 2 moteurs.
Utilisation d’une tige filetée, d’une rondelle et d’un boulon pour sécuriser un cluster de 2 moteurs.

Il est intéressant d’avoir un filetage directement dans les anneaux de centrage :

blind_nuts
blind_nuts

 

Rétention filetées

C’est le système de rétention le plus pratique mais aussi le plus couteux. Une partie vient se fixer sur le tube moteur/anneaux de centrage et l’autre vient s’y visser. Il existe des modèles coniques ajoutant une certaine esthétique à la fusée et permettant d’augmenter l’aérodynamique.

Système de rétention filetés produit par AeroPack. A gauche 38mm et a droite 29mm.
Système de rétention filetés produit par AeroPack.
A gauche 38mm et a droite 29mm.

 

Pour ce type de rétention et pour quelques autres dont certains fait soi même il est nécessaire de laisser une certaine protubérance du tube moteur par rapport a l’anneau de centrage inférieur.

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Protubérance anneau de centrage et tube moteur
Protubérance anneau de centrage et tube moteur

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Les retentions AeroPack nécessitent un jour.

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Résumé des systèmes de rétention suivant les modèles de fusées.

Tableau de résumé avec les différents système de rétention pour bien faire la distinction avec les différents modèles de fusées et le système utilisé.

  LPR MPR HPR
Papier X
Ruban adhésif X  X
Crochet X  X
Vis rondelle etc.  X
Rétention filetées  X

 

IV. Réducteurs de diamètres

Les réducteurs de diamètres permettent une plus grande flexibilité au niveau du choix des moteurs. Une plus grande plage de moteurs s’offre a vous avec un réducteur de diamètre. Certains kits de fusées sont livrés avec un diamètre moteur de 38mm mais qui peuvent aussi s’utiliser avec moteurs de diamètre 29mm ; pareil pour les modèles de 54mm de diamètre.

Réducteurs de diamètre 38 vers 29mm ; 29 vers 24 et 24 vers 13mm.
Réducteurs de diamètre 38 vers 29mm ; 29 vers 24 et 24 vers 13mm.

 

Un réducteur de diamètre n’est d’autre qu’un tube moteur de diamètre inférieur qui dispose de 2 anneaux de centrages a ses extrémités pour s’adapter au diamètre interne du support moteur.

Ogives

L’ogive désigne la pointe d’un modèle.

La fonction principale de l’ogive est la réduction de la traînée aérodynamique de l’ensemble de la fusée.

La fonction secondaire est de permettre une bonne éjection du système de récupération qui est fixé le plus souvent a l’ogive par un cordon de choc. En effet, l’expulsion de l’ogive du fuselage va entraîner l’ensemble du système de récupération au dehors du tube. La fixation du cordon de choc à l’ogive se fait le plus souvent depuis un œillet.

I. Matériaux

L’ogive peut être réalisées en différents matériaux. Parmi les principaux matériaux utilisable pour une ogive il y a: le balsa, le plastique, le carbone, l’époxy.

  • Les ogives en balsa seront plus utilisées pour les petits modèles de fusées tels que les modèles LPR (Low Powered Rockets). Le balsa est un bois très léger (densité de 140 kg/m3) qui pousse dans les forêts équatoriales d’Amérique du Sud et Centrale. Il est souvent utilisé en modélisme, et peut se trouver dans de tels magasins.
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Du balsa
  • Le plastique est souvent utilisé par les fabricants de fusées pour réaliser les ogives. Ce sont les ogives qu’on retrouve le plus souvent dans les kits MPR et HPR jusqu’à un certain diamètre. Elles présentent souvent des traces de moulages qui peuvent être enlevées/réduites en les ponçant avec du papier de verre ou en les masticants .

Un des gros avantage de ces ogives est qu’elles soient creuses. Ceci permettra facilement d’y ajouter du poids. L’ajout de poids dans l’ogive peut être nécessaire pour régler des problèmes de stabilité (voir article sur la Stabilité).

plastique_mini
Ogive PML 3 pouces en polyéthylène.
  • Les ogives en carbone sont plutôt rare car utilisées pour des modèles très légers mais qui doivent résister a de très fortes pressions.
carbone_mini
Ogive en carbone issue d’un kit Wildman Rocketry
  • Les ogives en époxy assurent un bon compris entre les modèles en plastique et les modèles en carbone. Elles sont beaucoup plus résistantes que les modèles en plastique.

Les ogives en époxy et en carbone sont utilisées pour leur robustesse. On utilisera de telles ogives pour les fusées d’extrême performance ainsi que pour les fusées HPR ayant un diamètre supérieur à 6 pouces.

II. Aérodynamique

Taille et forme

La forme de l’ogive influe sur l’altitude maximale de la fusée.

Beaucoup de facteurs peuvent augmenter le frottement d’une fusée. Un des principaux est la forme de l’ogive. La meilleure forme de l’ogive est directement conditionnée par la vitesse à laquelle la fusée volera.

La forme idéale pour les véhicules qui volent à une vitesse subsonique, c’est-à-dire inférieure à la vitesse du son, est une forme arrondie. Les dimensions de l’ogive devrait avoir un rapport entre diamètre et hauteur compris entre 1:3 et 1:5.

Les formes d’ogives offrant les frottements des plus faibles au plus fortes dans un le cas d’un vol subsonique sont:

  • forme parabolique
  • forme ogivale
  • forme hémisphérique
  • forme conique

En revanche, pour les modèles qui volent à la vitesse transsoniques voire supersonique, il faudra privilégier des ogives pointues. La plupart des engins supersoniques utilisent des ogives proche du cône mais un peu plus arrondi pour créer plus de volume interne.

Comparison of the drag for different nose shapes for a model rocket

Stabilité

Si votre modèle souffre de problèmes de stabilité (voir article correspondant) il est possible d’ajouter du poids dans l’ogive pour y remédier.

Pour les plus petits modèles, vous pouvez utiliser de la pâte à modeler pour ajouter du poids dans l’ogive et donc déplacer le CG vers l’avant. De même, pour les modèles plus grands, vous pouvez utiliser des plombs de pêches que vous collez dans la pointe par exemple.

III. Faire sa propre ogive

A partir du moment où vous souhaitez réaliser un modèle un peu particulier, il faudra sans doute passer par cette étape qu’est la création de votre ogive.

Le plus souvent on réalise de telles ogives en balsa ou en matériaux d’isolation. J’ai notamment réalisé mes premières ogives en roofmat qui n’est d’autre que de la mousse de polystyrène extrudée (XPS). Souvent de couleur bleue ou rose c’est un matériaux assez facile a travailler, résistant et surtout léger.

Le concept consiste a partir d’un gros bloc de XPS/balsa qui a un diamètre supérieur a l’ogive que vous souhaitez réaliser et a le façonner sur un tour ou sur une perceuse placée à l’horizontale. Si un seul bloc ne suffit pas il faudra alors coller des morceaux entre eux pour avoir la taille désirée.

On perce ensuite au centre de ce bloc un trou dans lequel se fixera une tige de fixation pour notre tour/perceuse. Cette tige doit être solidement fixée et parfaitement verticale! Pour la fixation l’XPS ne supporte pas l’epoxy mais il existe des colles spéciales. La tige doit dépasser de 4-5 cm pour pouvoir la fixer au tour/à la perceuse.

Puis le travail peut commencer: il s’agit de rendre d’abord notre bloc cylindrique puis a lui faire adopter une forme conique jusqu’à la forme désirée. Pour y arriver on utilisera des limes et du papier de verre de plus en plus fin jusqu’à obtenir une belle forme bien lisse.

Ce n’est pas facile à réaliser et il vous faudra sans doute plusieurs essais mais c’est un bon moyen de réaliser vos propres modèles d’ogives!

ogive_construction_xps ogive_construction2_xps

C’est également souvent à partir de tels moyens que sont réalisés les ogives en fibre de verre. On utilise le même principe de construction pour faire le modèle de l’ogive. En revanche on part le plus souvent sur des modèles d’ogives en bois ou en polystyrène sur lesquels on applique des tissus en fibres de verres de sorte a obtenir une ogive creuse. Une fois la coque terminée, on retire l’ogive qui a servi de modèle de sorte a obtenir une ogive en fibre de verre vide. Dans le cas où on utilise un modèle d’ogive en polystyrène, on peut la dissoudre avec du solvant… Bien entendu ce genre d’ogive en fibre de verre est spécialement ardu a réaliser et est nécessaire que pour les modèles nécessitant une grande résistance.

Si vous avez des astuces pour ce type d’ogives et que vous souhaitez le faire partager, contactez-moi.

IV. Fixation de l’ogive

Le plus souvent la fixation de l’ogive au système de récupération se fait à partir de l’œillet de l’ogive. Pour des raisons pratique on peut également utiliser un système d’attache rapide.

L’ogive devrait être assez bien maintenue pour ne pas glisser en dehors de son logement lorsque la fusée est à l’envers, ogive la première.

Si l’ogive est trop lâche dans le fuselage, ajouter du ruban adhésif autour de la section du diamètre interne ; si au contraire elle est trop maintenue, poncez-le.

Adhésifs

Les adhésifs jouent un grand rôle lors de la construction de votre modèle. C’est grâce a eux que votre fusée reste en un seul morceaux.

Trois types de colles sont généralement utilisées:

  1. les colles blanches
  2. la cyanoacrylate
  3. l’époxy

I. Les colles blanches

Les colles de types vinylique ainsi que les colles aliphatiques sont des colles blanches. On utilise ce genre de colles pour les petits modèles (LPR) ne dépassant pas la centaine de gramme.

  • La colle aliphatique est une colle à bois résistante et a prise rapide. Elle est utilisée pour coller le bois, le papier, le carton et même le tissu. C’est la colle idéale pour les petits modèles car ce type de colle adhère très bien aux matériaux des petits fusées. En effet les petites fusées sont construites a partie de carton pour le tube et d’ailettes en balsa. Ces deux matériaux étant poreux, la colle adhère très facilement. De plus la prise est rapide (comptez néanmoins ~24h pour la pleine résistance) et les filets de colle sont blancs voir transparents. Enfin le ponçage est très facile et il est possible de diluer a l’eau.

aliphatique

  • La colle vinylique dispose des propriétés identiques a la colle aliphatique. En revanche le temps de prise est beaucoup plus lent.

colle vinylique

 

  Colle Aliphatique Colle Vinylique
Temps de prise 5-15 min ~30 min
Pleine résistance 12 à 24h 12h à 24h
Colle… ..le bois, papier, tissu, carton… ..le bois, papier, tissu, carton…
Composé d’eau d’eau
Couleur blanche/transparente blanche/transparente

 

II. La cyanoacrylate

La plus connue mais également la plus dangereuse. Il s’agit de la superglue. Elle est utilisée avant tout pour coller les petits détails et sert de « points de colle » pour fixer les parties les plus difficiles a coller avec une colle standard a prise plus longue. En effet, il m’arrive d’utiliser la cyano pour coller les ailettes de sorte qu’elles aient le bon angle. Puis j’utilise une colle standard a prise plus longue pour une meilleure résistance.

superglue loctite

Une autre bonne application est pour renforcer le bout des tubes. De la cyano est déversée tout autour de l’extrémité du tube de sorte a le renforcer. Cela est permis grâce a la grande fluidité de la cyano et la porosité du carton.

  • Il est possible d’utiliser un accélérateur qui permet d’obtenir une prise encore plus rapide. Cela se présente sous forme de spray ou de tubes ayant un pinceau au bout. Dans certains cas l’utilisation de cet accélérateur engendrera une perte ou un gain de solidité, tout dépend de la cyano utilisée. Enfin cela permet d’éviter les tâches blanches que peut laisser la cyano utilisée sans accélérateur.

accelerateur

  • Ne jamais appliquer de la cyano sur les cordons de choc qui relient votre système de récupération! La cyano attaquera la corde et une fois durci l’endroit devient particulièrement cassant.

III. L’epoxy

C’est la colle la plus utilisée pour les modèles moyens et de haute puissance. Très résistante, elle s’adapte a de nombreux matériaux: bois, cartons, plastiques et métal.

  • La colle époxy est une colle à deux composants qui après mélange se lient entre eux. Ces deux composants sont la résine et le durcisseur qui doivent être appliqués en part égales.
  • Un classement permet de définir la résistance finale. De manière générale plus le temps de mise en place est long, plus la résistance finale est grande. C’est pourquoi on utilise avant tout de l’epoxy 12/15min et 30min pour la construction. Car ces temps-là permettent la meilleure résistance. Note sur ces temps: ils sont très approximatifs vous pourrez toujours un peu corriger l’élément après 5 minutes dans le cas d’une colle 5min.
  • Car la colle se durcie par réaction chimique on peut jouer sur la température qui agit comme catalyseur. Les pièces collés a l’epoxy dans un milieu chaud seront beaucoup plus résistantes. Pour cela on peut simplement placer la pièce au soleil, le placer dans une serre, dans votre voiture en été, voir encore plus fou…dans le four. De même, si vous souhaitez plus de temps de mise en place, il faudra travailler dans un environnement frais.
  • Il existe un grand nombre de fabriquant de colle epoxy. Néanmoins on utilise avant tout des colles américaines: NHP, DevCon ; voir l’Araldite. Ces colles sont livrées sous forme de deux flacons de 256gr chacun. La résine et le durcisseur.

NHP 30min epoxydevcon 30 min epoxy

 

IV. Les autres colles:

JBWeld est une colle de type epoxy qui supporte les très hautes températures (~300°C une dizaine de minutes). Cela rend cette colle particulièrement pratique pour coller des pièces proches du moteur. Par exemple, PML vend un système de rétention du moteur. Ne pouvant être visé ils conseillent de le coller au JBWeld.

-La mousse expansive de chez PML permet de combler l’espace vide qu’il peut y avoir a l’intérieur du fuselage au niveau des ailettes et du tube moteur. C’est très utile lorsqu’il n’est pas possible d’accéder correctement a l’intérieur du fuselage pour faire des filets internes aux ailettes. On pourrait croire que c’est identique a la mousse polyuréthane qui est utilisée dans la construction des bâtiments ou pour combler des espaces vides. Mais la mousse expansive de chez PML est spécialement conçue pour fonctionner dans des endroits n’ayant que peu d’air comme l’intérieur du fuselage au niveau des ailettes. Si vous utilisez une mousse polyuréthane, celle-ci ne sèche jamais complètement et peu augmenter en volume une fois votre fusée placée en plein soleil..

Dans tous les cas:

Quelque soit la colle que vous utilisez, poncez légèrement la surface qui sera collée de sorte aider la colle a adhérer le mieux possible. Enfin veillez a avoir une surface propre sans poussières ou résidus avant d’appliquer la colle…

Protection du système de récupération

La charge d’éjection du moteur peut être comparée a une déflagration, il convient de protéger son système de récupération des flammes et des petites particules. Pour éviter d’éventuels dégâts au parachute ou au streamer, il existe différents moyens de protection adaptables a vos besoins.

Sur la photo vous pouvez voir un parachute fichu dû a une mauvaise protection.

degats parachute

Ce système de protection, quel qu’il soit est toujours placé entre la charge d’éjection du moteur et le parachute. C’est lui qui se prend les dégâts les plus importants lors de l’allumage de la charge.

I. Système de protection pour les fusées de type LPR.

Pour les modèles les plus petits c’est à dire pour les modèles de type LPR, la simple utilisation de ouate de protection permet de bien protéger son système de récupération. Cette ouate peut s’acheter depuis les fabricants de fusées de type LPR tels que chez Estes ou encore Quest. Il s’agit en fait de coton traité spécialement avec une matière inflammable.

estes recovery waddingquest recovery wadding

Mais cela reste assez cher pour ce que c’est et une solution de remplacement est d’utiliser de la cellulose utilisée pour les filtres d’aquarium ou encore de la ouatine utilisée pour rembourrer les cousins premiers prix.

 ouate d'aquarium

ouate

Dans tous les cas il faudra une quantité assez importante de sorte a obtenir une masse opaque de ouate. En effet, une fois en place la ouate ne devrait plus laisser passez de lumière.

II. Système de protection pour les fusées de type MPR/HPR

A. Protection par tissu ignifuge

Le tissu de type Nomex est un tissu aux propriétés très particulières fabriquée par l’entreprise DuPont. Cet aramide dispose d’une grande résistance aux très hautes températures et surtout aux flammes! En effet, la tenue des pompiers est faite de ce matériau très particulier.

L’achat est possible sous forme de mouchoirs de différentes tailles au près de votre fournisseur de fusées habituels. Les formes qui reviennent souvent sont des carrés voir des cercles avec dans un côté une partie découpée qui permet le passage du cordon de choc relié au parachute. Là encore il s’agira de placer ce tissu nomex avant le parachute. Il convient également de bien choisir la dimension du tissu, celui-ci devrait être plus grand que le tube dans lequel vous souhaitez le placer de sorte a disposer de la meilleure protection possible.

nomex1 nomex2

Note: Il existe également des sacs de protection de parachute également construit a partir de nomex et qui permettent une protection complète du parachute.

B. Protection par un système de piston

Public Missile Ltd dispose d’un système de protection de parachute bien a eux: ils utilisent dans tout leurs modèles un système de piston. Ce piston est formé a partir d’un coupleur de sorte a pouvoir « voyager » a l’intérieur du tube de la fusée. Un côté du piston est relié au tube moteur a la base de la fusée par un cordon de choc assez large. L’autre côté dispose également d’un cordon de choc mais plus fin et relié a l’ogive. C’est sur ce plus petit cordon qu’est fixé le parachute.

Lorsque la charge d’éjection du moteur est déclenchée, le piston remonte dans le corps de la fusée poussant le parachute jusqu’à l’ogive et permettant une expulsion de ce parachute.

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Ce système permet une grande protection du parachute et nécessite une charge d’éjection moins importante du fait du volume réduit, mais il existe quelques inconvénients:

-Le piston se doit de bien se déplacer a l’intérieur de la fusée. L’idéal est que si l’on retourne la fusée, le piston devrait sortir tout seul grâce a son poids. Le problème est qu’au fil des vols l’intérieur du tube se sali par les multiples charges d’éjections et peut entraîner quelques blocages. Cela se corrige en ponçant le coupleur du piston.

-Si le piston est placé dans une fusée ayant pour fuselage un tube en quantum alors il peut y avoir quelques problèmes de dilatations. En effet le système de piston est fait a partir d’un coupleur en phénolique, sorte de carton très résistant. Les fusées construites a partir de quantum, qui est un plastique, souffrent des bonds de température où le quantum se rétracte ou se dilate. Il se dilate lors des grandes chaleurs et se rétracte en hiver. C’est pourquoi le constructeur (pml) préconise de toujours partir avec quelques morceaux de papiers de verre avec vous pour pouvoir corriger les différences.

Une bonne alternative est de poncer son piston au maximum dans un environnement a très basse température pour ne plus avoir a le faire tous les mois. Mais tout ceci reste dans le cas de l’utilisation d’un fuselage en quantum avec système de piston.

C. Protection par un système de baffle.

Je ne dispose pas a ce jour de système de baffle mais je vais m’appuyer sur le système d’Aerotech pour un peu expliquer le principe.

Basiquement il s’agit d’un réseau de chicanes permettant de réduire les gaz chauds expulsés lors de la charge d’éjection. Cela peut ressembler a un simple coupleur encore une fois placé avant le parachute. Des deux côtés des disques du coupleur se trouve une série de trous permettant l’entrée et la sortie des gaz. A l’intérieur de ce coupleur est placé du métal qui dispose d’une forte conduction thermique. Les gaz vont se refroidir au contact de ce métal avant de ressortir de l’autre côté du coupleur par les même types de trous qui ont permis leur entrée. Je parle de métal mais on utilise généralement de la laine de récurage pour la vaisselle. Plus précisément de la laine d’acier inoxydable. La laine d’acier classique rouille très rapidement et ne tient pas les gaz chauds.

Les moteurs à propergol solide

Ce sont les moteurs les plus employés et les plus traditionnels. Ils sont constitués d’une enveloppe qui contient le propergol et souvent le système d’éjection du parachute. Ils peuvent être utilisés une seule et unique fois, on parle de moteurs à utilisation unique; ou plusieurs fois, on parle alors de moteurs rechargeables. Nous verrons plus tard ce qu’est un moteur à utilisation unique et un moteur rechargeable.

I. Les moteurs à propergol traditionnel:

Ce sont les moteurs les plus communs et les plus économiques. Les principaux producteurs de ce genre de moteurs sont Quest et Estes.
Ils furent inventés, tout comme les rockets en 1957. Le propergol utilisé était le même que celui des feux d’artifices : la poudre noire. Au fil des ans la fabrication s’est raffinée, aujourd’hui le propergol employé n’est plus de la poudre noire, mais un mélange de produits sous forme de poussières. Le tout est comprimé par des machines qui concrétisent le propergol en un bloc très dur. Ces moteurs sont à utilisation unique et sont les plus aptes pour vos débuts. Les moteurs sur l’image ci-contre utilisent une mèche pour leur allumage.

L’enveloppe de ces moteurs est toujours en carton, en effet, le carton est un excellent isolant de la chaleur, il est de plus très économique. La buse (nozzle) est quant à elle en céramique.

Voyons à présent les phases de fonctionnement des moteurs utilisant un propergol traditionnel: (les images proviennent du fabricant Estes)

1. Le propergol, une fois allumé, produit plus de 2000 fois son volume solide en gaz chauds. Ces gaz sortent du bec et produisent une poussée en accordance avec la troisième loi de Newton, comme citée un peu plus en haut. La fusée est propulsée dans le ciel.

2. Lorsque tout le propergol a été utilisé, le retard est activé. Il permet de visualiser le vol de la fusée dans le ciel, en expulsant une fumée, pouvant être de différentes couleurs selon le type de moteur.

3. Après que le retard soit complètement consommé, la charge d’éjection est activée, elle permet l’expulsion du parachute du corps de la fusée.

Conseils:

Même si ces moteurs ont beaucoup de points positifs, je dois quand même vous avertir de certains points noirs. En effet, les moteurs traditionnels souffrent des « bonds de température » : ils ne doivent pas être laissés dans votre voiture en plein soleil et ne doivent pas être employés dans le cas de journées très froides. Si vous devez les employer dans ce dernier cas, tenez-les dans votre poche ou dans un lieu relativement chaud, jusqu’à l’instant de les utiliser, sous peine de perdre de leurs capacités.

Ne les-laissez jamais tomber ou taper contre une superficie dure. Un tel coup peut créer des fentes à l’intérieur du propergol et causer une combustion particulièrement rapide qui détruirait à la fois le moteur et peut-être même votre modèle.

II. Les moteurs à propergol composites:

Le propergol utilisé dans ces moteurs est du même type que celui utilisé dans les navettes spatiales. Ce sont les moteurs les plus puissants, ils vont de la classe D à N. Les moteurs à propergol composite sont disponibles à utilisation unique (SU : Single Use), ou en version rechargeable (nous en reparlerons plus tard). Ces moteurs nécessitent déjà une bonne expérience. Leur allumage se fait uniquement électriquement ce qui permet de mieux gérer le lancement.

Les dimensions standard sont 18, 24, 29, 38, 54, 75 et 98mm. Les longueurs, quant à elles sont très variables et dépendent de la puissance du moteur.

Le producteur mondial est RCS/Aerotech, il existe d’autres fabricants, tels que Cesaroni, Animal Motor Works (AMW), Ellis Montain Motor Works, Loki Research pour n’en citer que quelques uns.

Les moteurs à propergol composites sont habituellement une mixture solide de perchlorate d’ammonium et de quelques autres éléments. Différents additifs peuvent être utilisés pour créer des effets particuliers, comme des étincelles ou utiliser une couleur pour la flamme (bleu, vert, blanc, noir…)

Si vous allumez du perchlorate d’ammonium (PA) sous sa forme de cylindre, il brûlera, mais ne produira aucune poussée. Le PA est sensible à la pression, il brûlera beaucoup plus rapidement une fois contenue dans le chambre de combustion du tube moteur. C’est pourquoi il faut bien calculer la gorge de sortie du bec (nozzle) du moteur, afin de produire la bonne quantité de pression pour créer une combustion rapide mais contrôlée, ceci aura pour conséquence une poussée importante.

Les moteurs à propergols composites sont beaucoup plus puissant que ceux utilisant un propergol traditionnel. En effet, un moteur composite ayant la même quantité de propergol qu’un moteur traditionnel, verra sa poussée double voir triple par rapport aux simples moteur. Ceci permet de construire des moteurs composites ayant les même dimensions que les moteurs traditionnels mais avec une puissance beaucoup plus importante. Néanmoins ces moteurs sont plus chers que les moteurs traditionnels et plus dur à allumer.

A. Les moteurs composites à usage unique

Les moteurs à utilisation unique à propergol composite contiennent les mêmes éléments que les moteurs traditionnels: un bec, le propergol, le retard et la charge d’éjection. A droite une photo de quelques moteurs à usage unique de la marque Aerotech.

Composition d’un moteur a usage unique composite.

Le tube moteur est un « boîtier très résistant » réalisé en phénolique tout comme le bec aussi appelé Tuyère. Certains moteurs de hautes puissances à utilisation unique ont des tubes en aluminium. L’allumage des moteurs de type composite se font à l’extrémité supérieure du propergol. Et le propergol dispose d’une géométrie en C-slot (nous parlerons un peu plus tard de cette géométrie).

Voyons ensemble le fonctionnement des moteurs composites à utilisation unique:

1. Contrairement aux moteurs traditionnels, ces moteurs s’allument à l’extrémité supérieur du propergol. L’allumeur doit toucher le sommet du propergol ainsi que le retard.

2. L’allumeur met feu à la fois au propergol et au retard, une caractéristique propre aux moteurs de type composites.

3. A l’instant de l’allumage, le propergol et le retard commencent à brûler et à se consommer. Le retard est semblable au propergol mais avec des caractéristiques de combustion bien différentes. Ce dernier ne produit aucune poussée.

4. Le propergol et le retard continuent de brûler, mais avec des vitesses de combustion différentes.

5.Lorsque le propergol est complètement épuisé, le retard, lui continue toujours de brûler. Son temps de combustion est proportionnel à sa longueur. Le retard, comme dis précédemment, sert a suivre le vol de la fusée en éjectant une fumée.

6. Une fois que le retard est complètement épuisé, la charge d’éjection est déclenchée.

Les moteurs de types composites sont produits comme pour les moteurs traditionnels dans des dimensions identiques:

Diamètre x longueur (en mm) Classe
18 x 70 D
24 x 70 E
29 x 73 F
29 x 98 F,G
29 x 124 G

B. Les moteurs composites rechargeables

Les moteurs à propergol composites, peuvent aussi êtres de type rechargeable. Plus on s’avance dans la classification, plus vous trouverez des moteurs de type rechargeable. Les moteurs à utilisation unique (SU : Single Use) sont les moteurs les plus communs jusqu’à la classe G. Après, on trouve majoritairement des moteurs de type rechargeables.

Les diamètres les plus courants sont 18, 24 et 29mm. Encore une fois, les dimensions sont en général les mêmes que celle des moteurs à propergol traditionnel.

Un moteur rechargeable est un moteur conçus pour être utilisé plusieurs fois en insérant un nouveau propulseur et en remplaçant certaines pièces. Un moteur rechargeable se compose habituellement d’un tube et de deux pièces de ‘fermetures’ situées aux deux extrémités du tube. Ces trois pièces sont réutilisables un grand nombre de fois.

A droite la fermeture arrière (aft closure) et à gauche la fermeture avant (forward closure) du tube.

Il existe un code spécial pour les tubes moteurs. En effet les tubes des moteurs rechargeables sont désignés par le RMS (Reloadable Motor System) suivit d’un code indiquant le diamètre en mm du tube ainsi que l’impulsion totale pouvant être utilisée avec ce dernier. Par exemple un motor case de type RMS 29/240 est un moteur de 29 mm de Ø qui accepte un kit de propulseur d’une impulsion totale maximum de 240 Ns.

Voici un petit tableau qui résume les dimensions ainsi que l’impulsion totale des 3 principaux tubes.

Moteur Diamètre Impulsion totale Longueur
RMS 18/20 18 mm 20 Ns max 70 mm
RMS 24/40 24 mm 40 Ns max 70 mm
RMS 29/40-120 29 mm entre 40 et 120 Ns 124 mm

Un kit de propulseur contient un ou plusieurs grains de propulsion et d’autres éléments qui sont remplacés après chaque utilisations du moteur. La plupart des moteurs utilisent une ou plusieurs bagues en silicones qui doivent être remplacées chaque fois que le moteur est utilisé. Certains fabricants utilise un bec en plastique qui doit être remplacé tous les vols ; c’est le cas de Aerotech. D’autres utilisent des becs en graphite réutilisables, c’est le cas d’Animal Motors Work.

Kit de propulsion RMS de chez Aerotech

Les moteurs rechargeables sont beaucoup plus économiques que les moteurs à utilisation unique, en effet il ne vous suffit plus que d’acheter les kits de recharges lorsque vous disposez du tube moteur. Néanmoins, un moteur rechargeable ne devient intéressant qu’au bout du 5-6 ème lancement.

Les moteurs de type rechargeables sont extrêmement sûrs dû fait qu’il n’est pas nécessaire de mélanger quelconque type de matériaux dangereux, car le propergol est déjà prêt à être installé.

Il faut bien prendre en compte que chaque fabricants de moteurs vend le matériel qui fonctionne seulement pour leur moteurs.

Composition d’un moteur RMS une fois monté.

Fonctionnement des moteurs rechargeables:

Le fonctionnement des moteurs rechargeables composites est le même que celui des moteurs composites à usage unique. Seulement vous assemblez-vous même les différents composants du kit de propulsion. Voici le contenu typique d’un de ces kits de propulsion:

  • Les lingots/grains de propergol.
  • Le moteur liner qui protège l’intérieur de votre tube moteur.
  • Le grain de retard et ses composants.
  • Des bagues en caoutchouc.
  • Un bec (nozzle).
  • Une mèche électrique (du moins pour Aerotech).
  • Des instructions détaillées.

Les lingots ou grains sont assemblés dans le « liner » et le « liner » dans le tube moteur. Le liner permet de ne pas endommager le tube moteur en aluminium en raison de la très forte chaleur que dégage la combustion des grains. Les bagues ou o-rings permettent aux gaz chauds dégagés lors de la combustion de ne pas s’échapper par les deux extrémités du tube moteur.

reload kit

Les lingots ou grains de propulseurs peuvent exister sous 2 géométries différentes. Cette géométrie est la surface physique de combustion:

  • Une forme C-slot.

Cette géométrie en C-slot est surtout présente dans les moteurs de « basse » puissance (D à G). La combustion se fait de part et d’autre de la fente du grain. L’allumage est comme pour les autres moteurs composites, effectué à l’extrémité supérieure du propergol.

  • Core burning. La géométrie de ces grains de propulseurs assurent une poussée progressive. En effet, la combustion débute à la surface du trou et s’accroît au fil du temps. L’inconvénient de ce système est que la poussée est constante et ne permet pas de propulser des modèles très lourds. C’est pourquoi on utilise le système BATES (BAllistic evaluation TESt motor) qui permet une poussée moins constante et beaucoup plus importante. Au lieu d’avoir un lingot de propulseur en un bloc, celui-ci est divisé en d’autres plus petits. La combustion se fait toujours alors à la surface du trou, mais aussi entre les différents lingots. La surface de combustion étant beaucoup plus importante, la poussée est augmentée !

Cette géométrie en core burning est surtout présente dans les moteurs à haute puissance (HPR).

Exemple de 3 lingots de propulseurs de type core burning utilisant le système BATES.

C. Un mot sur le retard

Le retard est allumé en même temps que les grains de propulsions pour les moteurs composites. Il dispose d’un temps de combustion variable qu’il faudra adapter en fonction du temps optimal d’ouverture du parachute. La combustion de ce retard est assez rapide lors de la combustion des grains de propergol, mais une fois achevée la vitesse décroit.

Le retard est adaptable facilement pour les moteurs RMS et plus particulièrement pour les moteurs HPR. En effet chez Aerotech, il est possible d’acheter une recharge HPR ayant un retard générique, tel que 10 secondes et d’acheter en parallèle un pack de retard plus court ou plus long. Les retards sont facilement changeables.

Chez Aerotech on distingue 4 retards différents:

-S: Short = 6 secondes

-M: Medium = 10 secondes

-L: Large = 14 secondes

-X: Extra = 18 secondes

Le retard se doit d’être juste dans quel cas vous aurez de sérieux problèmes de récupération de votre modèle voir même un endommagement de celui-ci (Zipper). Un autre paramètre important a prendre en compte lors du choix du moteur est la durée de propulsion qui varie suivant le type de propergol utilisé.

D. Un exemple de fabriquant de moteurs composites: Aerotech

aerotech logo

Aerotech est un exemple de fabriquant de moteurs de types composites. Ils produisent des micro propulseurs allants de la classe D à N. Leur production est divisée en 2 lignes de production:

  • Une ligne de production appelée « consumer » composée de moteurs allants de la classe D à G. Des moteurs qui ne nécessitent pas de certifications.
  • Une ligne allant de H à N nommée « High Power Rocketry ».

La fabrique Aerotech produit 6 types de propergols différents pour les moteurs à utilisation unique et rechargeables. Entre ces différents propergols, la couleur de la flamme, le temps de combustion et la poussée changent :

White lightning (W) – Ce type de propergol est le plus connu chez Aerotech, il produit une flamme blanche brillante et une dense fumée blanche.

Blue Thunder (T) – Produit une flamme bleue-violette avec très peu de fumée. Ces moteurs disposent d’une poussée beaucoup plus importante par rapport aux moteurs de types White Lightning et Black Jack pour la même impulsion totale. Ces moteurs sont parfaits pour avoir de grosses accélérations et donc pour soulever les fusées assez lourdes.

Black Jack (J) et Black Max (FJ) – Permettent une grande visibilité avec la fumée noire éjectée. Ces moteurs sont caractérisés par de petites accélérations et des phases de propulsions plutôt longues. Les Black Max disposent d’une meilleure accélération par rapport aux moteurs de type White lightning.

Redline (R) – Caractérisés par une poussée et une durée de propulsion intermédiaire par rapport aux moteurs de types White Lightning et Blue Thunder. La flamme de ces moteurs est rouge et très peu de fumée est dégagée.

Warp-9 (N) – Produit une flamme jaune-orangée, une très grande poussée et une durée de propulsion très courte.

Mojave Green (G)- Le tout dernier propergol de chez Aerotech. Il produit une très grande poussée, la durée de propulsion est très courte et la flamme est verte.

Le type de propergol utilisé est désigné par une lettre (ou plus) à la fin du code moteur. Par exemple un moteur au code G33-7FJ aura un propergol de type Black Max ; G67-4W un propergol de type White Lightning…

Systèmes de récupération

Le système de récupération est indispensable à la survie de votre fusée et de votre environnement. Ce système permet de faire atterrir sans dommage votre modèle au sol. C’est un paramètre essentiel à ne pas négliger et donc à planifier dès la construction de votre fusée.

Quelque soit le type de récupération, le but est de ralentir la chute de votre modèle. Voyons un peu les différents types de systèmes de récupération qui existent.

Ce premier article sur les systèmes de récupération se veut généraliste. Nous verrons en détails dans des prochains articles les systèmes de récupération pour les petits et moyens modèles ainsi que ceux pour les grands modèles. En effet, là encore il y a des différences de conception entres les modèles LPR et les modèles MPR/HPR quant au système de récupération.

recuperation_parachute_explorer
Récupération par parachute
recuperation_parachute_hornisse
Récupération par parachute bis

 

I. Les différents types de systèmes de récupération

On a tendance a croire que le parachute est le seul système de récupération possible. Ce n’est pas le cas, il en existe bien d’autres :

  • La chute libre : ce type de récupération est seulement possible pour les modèles très légers, c’est à dire pour les fusées dont le poids est inférieur a 20 grammes. Ce genre de modèles sont souvent d’un seul tenant : l’ogive est attachée/collée au reste du corps de la fusée.
  • La simple séparation : un autre système de récupération pour modèles légers, mais cette fois-ci dont le poids est inférieur a 50 grammes. Le concept est simple: lors de l’expulsion de la charge d’éjection, l’ogive est séparée du reste de la fusée. Une corde permet le maintient des deux parties ensemble. L’ensemble corde + ogive + reste de la fusée est suffisant pour ralentir la chute du fait du tournoiement lors de la chute
  • La banderole (streamer) : un tissus en nylon ou en papier dont le rapport est de 1:10 entre la largeur et la longueur de la banderole. Ce système convient aux fusées dont le poids est inférieur a 100 grammes.
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Un streamer en couverture de survie.
  • Le parachute : convient parfaitement aux moyens et grands modèles. Il existe des parachute de différentes formes (rondes ou en ellipses), avec un trou au centre ou non…
parachute
Fusée alpha avec un parachute. Vu le poids de la fusée (dizaine de grammes) un autre système de récupération tels qu’un streamer aurait été aussi envisageable.
  • Les planeurs et hélicoptères : deux autres système bien particuliers. Ce genre de modèles ont des ailes qui se déploient a l’apogée et permettent de les faire planer vers le sol.

 

II. Le concept et mise en œuvre du système de récupération.

Le système de récupération se déploie toujours depuis l’une des extrémités du fuselage. Il est rare d’avoir des déploiements latéraux (ce type de système est particulièrement difficile a mettre en place). Dans cet article nous parlerons que des déploiement depuis l’extrémité du fuselage.

Dans la configuration la plus simple, le système de récupération se compose:

  • D’un cordon de choc avec une extrémité reliée au fuselage et l’autre extrémité reliée à l’ogive.
  • D’un parachute (ou tout autre moyen de récupération vu précédemment).
  • D’une protection du parachute qui se place dans le fuselage avant le parachute et qui permet de protéger le parachute des particules incandescentes expulsées par le moteur.
systeme_recuperation_basique
Système de récupération basique.

Le cordon de choc est une corde qui résiste au charge d’éjection. Sa fixation se fait de différentes manières qui varient suivant les modèles. Dans les petites fusées, le système d’attache du cordon n’est d’autre qu’un morceau de carton collés à l’intérieur du fuselage, proche de l’extrémité du fuselage. Bien entendu la fixation ne doit pas gêner la sortie du système de récupération. Consultez l’article Système de récupération petits modèles pour plus d’informations.

Dans les modèles de type MPR voir HPR, la fixation du système de récupération se fait la plupart du temps directement sur le support moteur, voir sur le moteur lui même. Consultez l’article Système de récupération grands modèles pour plus de détails.

Le parachute vient se fixer directement sur le cordon de choc ; avec un simple nœud pour les modèles LPR.

La protection du système de récupération peut se faire de différentes manières : piston, tissus nomex, baffle, ouate… Consultez l’article correspondant pour plus d’infos.

III. Éjection du système de récupération.

 

Délai d’éjection

De manière générale, l’éjection du système de récupération se fait a l’apogée. Cette éjection doit être bien calculée.

  1. Si l’éjection du parachute se fait trop tôt, la vitesse encore importante du modèle, peut causer la rupture du cordon de choc voir endommager le parachute. C’est ce qui se passe lorsque le délai est trop court.
  2. L’idéal est d’expulser le système de récupération à l’apogée. C’est le délai qu’on cherchera le plus a atteindre.
  3. Une éjection trop tardive (délai trop long) du parachute aura pour conséquence d’avoir un fusée dirigée vers le sol, ogive la première. Dans ce scénario, la fusée gagnera très vite de la vitesse et une ouverture du parachute provoquera de sérieux dommages a l’ensemble du système de récupération (corde, parachute) mais également au fuselage (zipper à l’extrémité du tube).
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Schéma explicatif des 3 cas sur le choix du délai.

 

Moyens d’éjections

L’éjection la plus classique est la mise à feu d’une petite quantité de poudre noire qui brûle rapidement. Ceci entrainera une augmentation de la pression à l’intérieur du fuselage et ainsi une expulsion rapide et immédiate du système de récupération.

Cette éjection peut se faire de 2 manière différentes:

  1. Directement par le moteur via le délai.
  2. Électroniquement, commandée par un altimètre, un timer ou encore un accéléromètre qui allumera encore une fois, une charge de poudre, mais cette fois-ci à une altitude, durée, voire une certaine accélération, que vous aurez spécifié. Il est également possible avec ce genre d’éjection de pratiquer le double déploiement qui permet de limiter la dérive de votre fusée en ouvrant d’abord un petit parachute puis un plus grand à une certaine altitude. Ce sujet est traité dans l’article sur le double déploiement. [LIEN VERS ARTICLE].

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Les fusées clusters

cluster

Lorsque l’on souhaite obtenir une puissance supérieure à celle donnée par un seul moteur, on peut utiliser plusieurs moteurs. On appelle cela la méthode cluster, car les moteurs sont disposés en grappe, très proches les uns des autres. Cette technique vous permet de faire voler à faible coût des modèles assez lourds et larges, mais nécessitent néanmoins de solides connaissances. En effet, il faut absolument, dans ces fusées là, que tous les moteurs s’allument simultanément ; dans le cas contraire des gros problèmes de stabilité risques de se poser…

Quel est l’intérêt d’utiliser plusieurs moteurs et non un seul et unique plus gros moteur ?

Dans le passé, cette technique été avant tout utilisée parce que le choix des moteurs était très restreint, il n’existait pas de moteurs plus puissants que la classe D. Aujourd’hui cette technique est avant tout utilisée par les personnes voulant du challenge. Comme pour les fusées à un seul moteur, tout doit fonctionner parfaitement, mais avec plusieurs moteurs allumés en même temps. Avec un peu d’organisation et d’attention dans la préparation, vous pouvez aisément vous en tirer ; et la satisfaction sera d’autant plus grande de faire voler une fusée à plusieurs moteurs.

Une autre raison d’utiliser ce système est que vous n’êtes pas obligés de passer une nouvelle certification pour faire voler des modèles plus grands. Vous détenez par exemple la certification niveau 2 mais vous aimeriez bien faire voler des modèles encore plus grands. Comme le niveau 3 est spécialement difficile et coûteux, la possibilité d’utiliser plusieurs moteurs est très intéressante…

I. La disposition des moteurs

Il existe un grand nombre de possibilités, mais le plus généralement, on utilise deux, trois et quatre moteurs. Au-delà cela devient plus difficile, car l’allumage des moteurs doit se faire en même temps et nécessite donc une grande réserve d’énergie : grosse batterie obligatoire !

La disposition des moteurs dans une fusées de type cluster est particulière : les moteurs sont côtes à côtes, ils se touchent et sont centrés par rapport au fuselage ! Cela permet de centrer au mieux la poussée et d’éviter que cette dernière ne déstabilise trop la fusée. En effet même si on veille généralement à utiliser des moteurs identiques, il n’est pas exclu que de légères caractéristiques différents entre des moteurs sensé être identiques comme la poussée.

Voici donc les principales configurations qu’il existe:

cluster2

La disposition la plus simple : on utilise deux moteurs identiques disposés en ligne. Cette configuration est très utile, elle vous permet de dépenser peu tout en ayant un sérieux gain de poussée: vous dépenserez moins avec 2 moteurs à usage unique de 29 mm qu’avec un moteur de 38mm.

cluster 3

Cette configuration embarque 3 moteurs identiques disposé en forme de triangle. Cela permet d’avoir pas mal de poussée dans un fuselage de taille réduite. De plus un autre avantage de cette configuration est la simplicité de la rétention des moteurs : l’espace entre les 3 tubes moteurs permet d’accueillir une vis de fixation par exemple.

cluster 3ligne

Cette configuration de trois moteurs disposés en ligne, permet d’accueillir 2 types de moteurs différents. Les deux tubes moteurs situés aux extrémités de la ligne, doivent être identiques, le moteur central doit développer une poussée supérieure aux deux situés aux extrémités. Cela permet d’assurer que le plus grand pourcentage de le poussée sera situé le long de l’axe de modèle. De plus si le tube central permet d’accueillir un moteur assez puissant pour propulser la fusée, vous pouvez voler sans les deux moteurs aux extrémités. En revanche cette configuration nécessite un diamètre de fuselage beaucoup plus important par rapport au système en triangle.

cluster4

Configuration utilisant 4 moteurs disposés en carré. Très flexible vous pouvez aussi bien voler avec 2 ou 4 moteurs. Dans le cas de 4 moteurs, vous pouvez utiliser 4 moteurs identiques ou 2 d’un type et 2 autre d’un type différent. Ou encore plus fou, faire voler 4 moteurs, mais décalés : commencer avec 2 moteurs, attendre la fin de la poussée et allumer les 2 autres. Comme la configuration en triangle, la place demandée est très réduite pour une grande poussée.

cluster5

Disposition en étoile de 5 moteurs. Cette configuration vous permet de voler avec 1, 2, 3, 4 ou 5 moteurs. Néanmoins, dans le cas de 2 ou 4 moteurs, le tube central restera vide. Cette disposition augmente vos chances d’avoir une poussée asymétrique si un moteur ne s’allume pas, ce qui n’est pas ce qu’on recherche. Dans le cas de 2 moteurs, ils doivent avoir êtres identiques ; pour 3, 4 et 5 moteurs, le vol peut être effectué avec des moteurs différents, mais il faudra appliquer les mêmes règles que pour les configuration précédentes.

Enfin il existe une dernière configuration en 7 moteurs de type 3/2/3.

Dans tous les cas, si vous utilisez moins de moteurs que le nombre maximum, vous devez boucher les tubes moteurs vides. Afin que les gaz d’éjection ne s’échappent pas et que les tubes vides ne soient pas brûlés par les flammes. Utilisez des tubes moteurs vides par exemple…

II. La poussée asymétrique.

L’existence de la possible poussée asymétrique transforme la méthode du clustering en quelque chose de vraiment difficile. Cela se produit lorsqu’un ou plusieurs moteurs ne s’allument pas ou avec un léger retard. Cela produit une poussée excentrée par rapport à l’axe de la fusée et pousse la fusée à voler autrement que la trajectoire verticale. Quelques fois, cette poussée peut transformer le vol en vol horizontal où la fusée s’écrasera au sol.

poussee asymetrique

Pour que tous les moteurs s’allument proprement vous devez:

  1. Choisir les bons moteurs, de tel sorte qu’ils s’allument le plus facilement possible. Nous en discuterons plus bas.
  2. Sélectionner les bon allumeurs. C’est à dire des allumeurs (électriques) qui consomment peu de courant, produisent une importante et longue flamme et disposent des même caractéristiques entre des allumeurs de la même marque.
  3. Disposer d’une batterie puissante.

 

III. Le choix des moteurs.

Normalement tous les moteurs peuvent être combinés entre eux pour former un cluster. Il faut néanmoins faire attention. En effet, il faut éviter de mélanger les propergols. Les moteurs utilisant un propergol traditionnel comme ceux de la fabrique Estes s’allumeront plus rapidement et plus facilement que les moteurs de type composite. Si vous débutez donc dans les fusées clusters, habituez-vous dans un premier temps à utiliser des moteurs traditionnels, lesquels ont un allumage facile est surtout instantané.

 

Les moteurs à propergols composites: un cas à part:

Même s’il est plus délicat de faire des fusées de types cluster avec les moteurs composites comme ceux de Aerotech, car ils disposent d’un allumage plus lent, certaines caractéristiques peuvent jouer en votre faveur. C’est le type de combustion et la poussée. En effet, pour les cluster de moteurs composites on utilise des moteurs s’allumant facilement. L’allumage d’un moteur de fusée se déroule lorsque la bonne quantité de pression s’est formée dans son corps. Les deux caractéristiques qui détermine la rapidité à se pressurisé sont le type de propergol et la géométrie des grains de propergol.>

Les principaux types de propergols propices au clustering chez Aerotech:

  • Blue Thunder : Les moteurs de type Blue Thunder d’Aerotech s’enflamment facilement et produisent une haute poussée les rendant particulièrement propices aux clusters.
  • White Lightning : Les moteurs de type White Lightning sont plus délicats à s’allumer. Les allumeurs doivent délivrer plus de chaleur pour allumer les grains de propulsion en raison des éléments peu inflammable qui font la fumée blanche et la flamme brillante. Si vous souhaitez faire un cluster de ce type, veillez a passer un coup de papier de verre sur les grains de propulsion lors de la préparation du moteur. L’autre point important avec les moteurs de ce type est de faire attention à la géométrie des grains.

Le propergol à éviter de chez Aerotech:

  • Black Jack : Ces moteurs sont très difficile à allumer en raison de la grande quantité de produits non-inflammable qui donne la fumée noire. Ces moteurs de chez Aerotech, sont ceux qui prennent le plus de temps à se pressurisés.

Dans tous les cas, pour les moteurs composites, n’utilisez qu’un seul type de moteur : que des moteurs de type Blue Thunder par exemple. Vous pouvez essayer de mélanger des moteurs composites aux temps de combustion différents, mais c’est quelque chose d’assez délicat.

Un autre paramètre important à prendre en compte est la géométrie des grains de propergol. Comme nous avons vu dans la partie sur la propulsion, il existe 2 types de géométrie pour les grains de propulsion.

geometrie moteurs composites

Parmi ces deux géométrie, c’est la géométrie de type Core Burning (un tunnel cylindrique central qui traverse le propergol) utilisant le système BATES (plusieurs grains utilisant la géométrie Core burning) qui est la plus facile à allumer en raison de la grande surface de combustion.

core burning
Propergol de géométrie Core-Burning utilisant le système BATES.
 

Dans le cas d’un moteur utilisant la géométrie C-slot d’un seul bloc, l’allumage nécessitera un allumeur qui délivrera une plus grande et plus chaude flamme.

Un autre paramètre a prendre en compte est la courbe de poussée de ces moteurs. Prenons l’exemple d’une fusée ayant une configuration de trois moteurs disposés en ligne ou encore une configuration en étoile. Dans ces deux cas il est préférable de placer le moteur le plus puissant au centre. Le moteur devrait s’allumer le plus tôt possible. La plus part des cas on place un moteur ayant un temps de combustion très court. C’est pourquoi on retrouve souvent des moteurs de type blue Thunder au centre de ces configurations. De tels moteurs offrent une très grande puissance dès l’allumage pour un temps de combustion assez faible par rapport aux White lightning. Dans tous les cas le choix du moteur est une étape importante et vous vous devez d’utiliser tous les outils mis a votre disposition. Je parle des courbes de puissances que l’on peut trouver sur internet par exemple. Ces courbes de puissances sont beaucoup plus détaillés que ceux du fabriquant, qui rappelons le, ce dernier vends un produit et ne peut que vanter les mérites de son produit.

La référence en la matière qui propose des courbes de puissance est: www.thrustcurve.org

IV. L’art de l’allumage.

L’allumage dans les fusées de types cluster est la chose la plus difficile et la plus importante. Si seulement une partie des moteurs est allumée, la poussée ne sera pas suffisante (ça dépend bien entendu de votre configuration) et l’axe de la poussée sera en dehors de l’axe du fuselage donnant ainsi des problèmes de stabilités (looping etc.).

 

A. Les allumeurs (igniters)

Presque tous les igniters présents sur le marché ne sont pas aptes à faire décoller des fusées de type cluster. Encore ici, on remarque une différence entre les moteurs à propergols traditionnel et ceux à propergol composite :

  • Les moteurs à propergols traditionnel comme ceux de la fabrique Estes nécessitent une petite flamme en raison de la grande sensibilité de leur propergol à s’enflammer. Les allumeurs utilisés pour le clustering de moteurs Estes sont les mêmes que ceux utilisé pour un seul moteur. Néanmoins, il faudra une batterie développant une tension d’au moins 12V.
  • Les moteurs à propergols composites sont plus délicats à allumer, la flamme doit être grande, développer beaucoup de chaleur et doit être de longue durée. Plus le moteur grand, plus le trou central des grains est grands et plus la flamme devra être grande. Les allumeurs traditionnels comme les Copperhead de chez Aerotech, bien qu’ils produisent une chaleur importante, ne restent pas assez longtemps chauds pour allumer un moteur.

Un bon allumeur pour pratiquer un cluster de moteurs composites réuni ces conditions:

-Faible résistance
-Intensité nécessaire pour son allumage doit être seulement de quelques ampères. Par exemple une consommation de seulement 3-4 A semble idéale. Dans le cas contraire il faudra une batterie assez importante et un système de relay.
-Le montage des allumeurs se doit d’être en parallèle. Le montage en série est a proscrire! En effet si le premier allumeur s’allume celui-ci ouvrira le circuit avant que les autres allumeurs ne recoivent le courant nécessaire.

Allumeurs non recommandés pour le clustering:

-AeroTech Copperhead: nécessitent beaucoup de courant pour être allumés et leur structure les rend difficile a installer en parallèle.
-Aerotech FirstFire: nécessitent beaucoup de courant.
-FireStar: nécessitent beaucoup de courant.

Allumeurs recommandés pour le clustering:

Magnelite: identiques aux FireStar mais nécessitent beaucoup moins de courant. Il est possible d’en acheter déjà préparés ou alors en kit et de se les préparer soi-même. Il s’agit de 2 câbles coupés et reliés aux extrémités par un fin fil de nichrome. Le tout est plongé dans une solution de magnésium qui adhère a cette tête une fois sec. La préparation est très simple et très efficace. Lorsque le courant passe le fil de nichrome chauffe et allume la poudre de magnésium permettant d’obtenir une longue flamme.

Caractéristiques techniques: Une fois allumés ils brulent environ 1 seconde a une température de 5400°F. L’ampérage maximum demandé est de 5-6 A avec un ampérage minimum demandé de 2.6 A pour 224ms. Résistance comprise autour de 1.0 ohm.

Pour plus d’infos sur ces allumeurs, le constructeur a un site web:

www.rocketflite.com

magnelite
Photo d’un allumeur de type Magnelite près à l’emploi.

 

QuickBurst E-Match: souvent utilisés en combinaison avec un altimètre, ces allumeurs nécessitent très peu de courant ce qui les rendent très propices au clustering; ampérage <1 ; 1.5-2V

Allumeurs Estes: pour le clustering de moteurs à propergol traditionnels. En effet les moteurs utilisant une propergol traditionnel comme ceux de la fabrique Estes disposent d’un propergol très sensible, où une petite flamme suffit à les allumer instantanément.

estes igniter

 

B. Préparation et installation des allumeurs

-Les allumeurs devraient avoir tous la même résistance ou du moins être très proche. Cela peut se mesurer à l’aide d’un multimètre qui se trouve facilement dans le commerce pour une dizaine d’euros.

-Pour les moteurs plus gros, si vous réalisez vous même vos propres allumeurs Magnelite par exemple, il convient de replier la tête sur elle même de sorte a faire une pointe plus épaisse. Cela permettra d’appliquer plus de poudre de magnésium et cela permet de bien caler l’allumeur au fond du moteur.

tete_allumeur_magnelite
Sur cette photo la tête n’est pas repliée et le minimum de poudre de magnésium a été appliquée de sorte que l’allumeur s’insère dans des moteurs de faible puissance ayant une petite buse.

 

Veillez a ce que les allumeurs soient bien en place. Pour les moteurs composites qui s’allument par le bas, vérifiez que tous vos allumeurs soient enfoncés à la même distance. Maintenez les avec du ruban adhésif ou avec des élastiques au niveau du diamètre extérieur de la buse. Dans tous les cas, évitez d’obstruer la buse.

-Les allumeurs doivent être montés en parallèle. Cela permet d’éviter qu’une fois le premier allumeur s’allume, ouvre le circuit électrique et empêche les autres de s’allumer par la suite.

-Les fils de connexions doivent avoir le meilleur contact possible. Les « pinces crocodiles » devraient pincer une importante longueur de fil afin de permettre une assez bonne connexion. De plus, il peut aider de passer un léger coup de papier de verre sur ces même pinces qui au fil des vols reçoivent de plus en plus de produits corrosifs et nuisent a une bonne conduction électrique.

montage en parallele pour cluster
Photo illustrant les deux points précédents.

 

C. Les batteries

La puissance des batterie est indiquée par la tension (en volt), l’intensité (en ampère) et sa capacité (en ampères-heures). Plus la capacité de la batterie est élevé plus elle pourra délivrer de l’énergie.

Une batterie de 66 Ampère-heures (noté Ah) délivrera 66 ampères pour une période d’une heure, 132A pour une période d’une demi-heure, 33 A pour une période de 2 heures…

Un circuit électrique obéit a la loi d’ohm:

equa3

U: Volt/tension

R: ohm/résistance

I: Ampère/intensité

Il découle de cette formule:

et

Lorsque les allumeurs sont connectés en parallèle on peut utiliser la formule de la résistance équivalente d’un circuit en dérivation:

(attention: cette formule n’est valable que pour deux résistances)

Admettons que vos 2 allumeurs disposent d’une résistance proche du ohm: 1,1 ohms pour le premier et 1,0 ohms pour le second. La résistance équivalente sera de:

On remarque que la résistance équivalente d’un groupe de résistances montées en parallèle est inférieure à la plus faible de ces résistances. (0,5 < 1,0)

Vous souhaitez à présent pratiquer un cluster de deux moteurs avec ces allumeurs. Vous disposez d’une batterie de moto de 12V. Quel est l’intensité nécessaire pour un allumage simultané?

L’intensité nécessaire sera de:

On remarque que l’intensité nécessaire totale est la somme des intensité de chaque allumeurs.

Dans le cas de plus de deux allumeurs dans un circuit en parallèle:

Dans le cas où plus d’allumeurs sont utilisés il faut utiliser une autre formule. Cette formule nécessite un montage en parallèle et que tous les allumeurs aient la même résistance. Dans la réalité c’est impossible mais cela reste un bon moyen de calculer une approximation de la résistance nécessaire.

;
Re: résistance équivalente
R: résistance d’un seul allumeur ou résistance moyenne de vos allumeurs
n: nombre d’allumeurs dans le circuit.

D. L’arme ultime pour des allumages réussis

Dans certains cas l’utilisation d’une grosse batterie ne suffit pas pour des allumages réussis. Il convient alors d’utiliser un système de relais d’automobile par exemple.

V. La stabilité

Le principal problème dans le cas d’une fusée cluster est la stabilité. Plus vous utilisez de moteurs, plus vous ajoutez du poids à l’arrière et plus le centre de gravité de la fusée (CG) sera proche du centre de pression (CP). (Voir la page sur la stabilité d’une fusée). Pour contrer cela, on utilise en général des ailettes plus larges lors de la planification mais il existe d’autres moyens:

Imaginons votre fusée cluster avec ses moteurs en place et que la distance entre le centre de pression et le centre de gravité soit beaucoup trop faible.

Si votre modèle est déjà construit et que vous souhaitez éloigner le centre de gravité du centre de pression vous pouvez ajouter du poids dans l’ogive jusqu’à obtenir une distance entre les deux points qui vous semble convenable. Une technique intéressante est d’utiliser une ogive moulée en plastique. Ces ogives, au contraire de celles que l’on peut fabriquer a partir de matériaux d’isolation, sont creuses a l’intérieur.

Cette structure particulière permet de pratiquer une ouverture a la base de l’ogive. Cela permettra de créer un emplacement supplémentaire dans lequel vous pouvez ajouter des poids, un beeper, voir un altimètre. Dans notre cas c’est ajouter du poids qui nous intéresse.

Votre ogive étant découpée a sa base, il ne devrait rester plus aucun lien d’attache. Il va falloir en fabriquer un nouveau. Pour cela il vous faudra deux disques en bois de diamètres différents. Ces disques peuvent êtres découpés dans du contre plaqué par exemple. Le premier disque devrait être de diamètre plus faible que l’ouverture de sorte qu’il s’arrête a mi-hauteur de l’intérieur de l’ogive.

Le second disque devrait avoir le diamètre de l’ouverture principale. Il vous faudra également un bon mètre de tige filetée, des boulons, des rondelles, un anneau d’attache avec extrémité filetée pour fixation de boulon et de la colle epoxy.

plans ogive creuse
Plans de construction d’une telle ogive.

Adaptez le diamètre du premier disque de sorte qu’il puisse se loger a l’intérieur de l’ogive au niveau de la mi hauteur de l’ogive voir un peu plus bas si vous souhaitez plus de place pour installer du matériel électronique à l’intérieur de l’ogive. Percez un trou du diamètre de votre tige filetée au milieu de ce disque. Coupez la tige filetée a la bonne longueur de sorte que celle-ci soit en contact avec la pointe intérieure de l’ogive. Une fois la bonne longueur trouvée il faut passer a l’étape suivante. Il faut a présent fabriquer le lien d’attache de l’ogive qui se fixera sur le disque 2 qui est du diamètre de l’ouverture de l’ogive.

La structure sera encore mise en place a partir de tiges filetées. Cette fois-ci il faudra percer deux trous proches des extrémités du disque 1 intermédiaire. Et deux trous dans le disque 2, celui au diamètre le plus grand, de tel sorte que les tiges soient bien droites. La fixation de ces tiges se fera au niveau du disque intermédiaire au moyen de rondelles et de boulons. Enfin il suffit de percer au centre du disque 2 un trou qui permettra la fixation de l’anneau d’attache. Pour finir il suffit de renforcer les liens des tiges filetées déjà boulonnées avec de l’epoxy et de coller l’ensemble de la structure du disque intermédiaire et de sa tige centrale dans l’ogive grâce a de l’époxy.

Vous devriez obtenir a la fin ceci:

ogive1ogive2

Le logement est assez grand et permet d’y insérer altimètre, beeper, émetteur radio (très bon logement pour la grande antenne)… et des poids

ogive3

Quels poids utiliser ?

plombs

Les poids les plus pratiques sont les plombs de pêches que l’on peut trouver en différents grammages et différentes formes: olives, balles creuses…

Augmentez progressivement le grammage et vérifiez souvent la distance entre le centre de pression et le centre de gravité. La distance entre CP et CG devrait être au minimum d’1 fois le diamètre de la fusée. Ne cherchez pas a avoir une trop grande stabilité tel qu’une distance entre CP et CG de 2 fois le diamètre. Cela n’ajoutera que du poids en trop pour la fusée. Enfin n’oubliez pas que le poids change lors du vol de la fusée car le propergol des moteurs se consume…

Une fois la distance entre CP et CG optimisée il faudra peser votre fusée a rapidement déterminer si les moteurs pourront encore assurer un décollage sans difficultés a votre fusée. Pour cela je vous dirige vers l’article comment bien choisir son moteur. Prenez en compte le nombre de moteurs que votre fusée embarquera. La poussée avec plusieurs moteurs s’additionne.