Mesure de la portance de différents profils et matières d’hydrofoil

Coordonnées

Benjamin Gauthey (benjamingauthey@yahoo.fr), élève ingénieur à Polytec Sorbonne
Alexandre Malet (alexandre.malet@etu.sorbonne-universite.fr), élève ingénieur à Polytec Sorbonne

Introduction

Date de début: 24 février 2023
Date de fin estimée: 28 mai 2023
Objectifs: Créer différents profil d'hydrofoil ainsi qu'un dispositif expérimental pour mesurer la portance de ces derniers
Contexte: Ce projet s’inscrit dans le cadre de l’UE « Engagement étudiant »

Outils et Machines

Imprimante 3D Raised 3D pro(FabLab Sorbonne Université)
Logiciel de design 3D : Blender
Gouttière avec un courant d’eau régulé (Labo de Mécanique des Fluides)
Dispositif expérimental pour les mesures (à détailler)
Logiciel Blender (pour concevoir les profils d’hydrofoil)
Découpeuse laser
Perceuse colonne
Perceuse / Scie à métaux / Touret à poncé

Matériaux

Filament PLA (FabLab Sorbonne Université)
Plaque PLA 3x500x300mm
Boulon et ecrous M3/M4
Tige filetée acier M4
Rails de guidage aluminium
Ressorts

Construction

Nous avons utilisé le logiciel Blender pour concevoir les profils d’hydrofoil en nous inspirant de modèles existants. Nous avons choisi des formes simples et symétriques pour faciliter l’impression 3D. Nous avons exporté les fichiers au format STL pour les envoyer à l’imprimante 3D.
Nous avons imprimé les hydrofoils en PLA avec l’imprimante 3D Raised 3D pro du FabLab.
Nous avons commencé à fabriquer un dispositif expérimental pour mesurer la portance des hydrofoils. Le dispositif est placé dans la gouttière avec un courant d’eau régulé par une vanne.
Voici les paramètres d'impression que nous allons testé d'utilisé:
- Paramètres généraux Hauteur de la couche (Layer Height) : Réglez cette valeur sur une valeur inférieure à la taille de la buse de votre imprimante 3D, généralement entre 0,1 mm et 0,3 mm pour une buse standard de 0,4 mm. Plus la hauteur de la couche est faible, plus les détails de l'objet imprimé seront précis et moins il y aura d'aspérité sur la surface.
- Vitesse d'impression (Print Speed) : Réduisez la vitesse d'impression pour une meilleure qualité d'impression. Vous pouvez essayer de régler la vitesse d'impression à environ 40-60 mm/s.
- Température d'extrusion (Extrusion Temperature) : Réglez la température d'extrusion selon le matériau que vous utilisez. Si vous utilisez un PLA standard, vous pouvez régler la température entre 190°C et 220°C.
- Densité de remplissage (Infill Density) : Réglez la densité de remplissage pour réduire le risque de défauts d'impression. Vous pouvez essayer de régler la densité de remplissage à environ 20-30%. Support (Support) : Si votre modèle nécessite un support pour être imprimé, sélectionnez l'option "Support Everywhere" pour éviter les défauts d'impression.
- Plus de précision sur les vitesses Vitesse de déplacement (Travel Speed) : Il s'agit de la vitesse à laquelle l'extrudeur se déplace lorsqu'il ne dépose pas de filament, par exemple lorsqu'il se déplace d'un endroit à un autre de l'imprimante. Vous pouvez régler cette vitesse à une valeur plus élevée, par exemple 80-100 mm/s.
- Vitesse de la première couche (First Layer Speed) : La première couche est la plus importante, car elle détermine la stabilité de l'impression. Il est recommandé de régler la vitesse de la première couche à une valeur inférieure à la vitesse d'impression pour les couches suivantes. Vous pouvez essayer de régler cette vitesse à environ 20-30 mm/s.
- Vitesse de la coque (Outer Wall Speed) : La coque est la paroi extérieure de l'objet imprimé. Pour obtenir une surface lisse et régulière, il est recommandé de régler la vitesse de la coque à une valeur inférieure à la vitesse d'impression pour les couches intérieures. Vous pouvez essayer de régler cette vitesse à environ 30-40 mm/s.
- Vitesse de remplissage (Infill Speed) : La vitesse de remplissage correspond à la vitesse à laquelle le filament est déposé pour remplir l'intérieur de l'objet. Vous pouvez régler cette vitesse à une valeur plus élevée que la vitesse de la coque, par exemple à environ 50-60 mm/s. Densité et flottaison La densité de l'objet, associée à la densité de l'eau, détermine si l'objet flottera ou coulera. Pour qu'un objet ne flotte pas dans l'eau, il doit être plus dense que l'eau. La densité de l'eau est d'environ 1 g/cm³ à température ambiante. Si votre objet a une densité de 1,25 g/cm³, alors pour qu'il ne flotte pas dans l'eau, il doit être rempli à au moins 80% de sa capacité totale.
  - - - Voici comment vous pouvez calculer cela : Calculez le volume total de votre objet en multipliant sa longueur, sa largeur et sa hauteur. Multipliez ce volume total par la densité de votre matériau pour obtenir la masse totale de l'objet. Divisez la masse totale de l'objet par le volume total pour obtenir la densité réelle de l'objet. Pour déterminer le pourcentage de remplissage nécessaire pour que l'objet ne flotte pas, divisez la densité réelle de l'objet par la densité de l'eau (1 g/cm³) et multipliez le résultat par 100. Par exemple, si votre objet a une longueur de 10 cm, une largeur de 5 cm et une hauteur de 2 cm, son volume total serait de 100 cm³. Si vous utilisez un matériau ayant une densité de 1,25 g/cm³, la masse totale de l'objet serait de 125 g. En divisant 125 g par 100 cm³, on obtient une densité réelle de 1,25 g/cm³. Pour que l'objet ne flotte pas dans l'eau, sa densité réelle doit être supérieure à 1 g/cm³. Ainsi, pour que l'objet ne flotte pas, il doit être rempli à au moins 80% de sa capacité totale. Il est important de noter que la densité réelle de l'objet peut varier en fonction du pourcentage de remplissage et de la structure interne de l'objet, donc il est recommandé de faire des tests pour déterminer le pourcentage de remplissage optimal pour votre objet.

Journal de bord

12 janvier 2023: Début du projet. Recherche bibliographique sur les hydrofoils et leurs applications. Choix du sujet et des objectifs.
16 février 2023: Conception des profils d’hydrofoil avec Blender. Exportation des fichiers STL.
25 février 2023: Première tentative d’impression 3D des hydrofoils. Echec à cause d’un bug de la machine en cours de route.
29 février 2023: Deuxième tentative d’impression 3D des hydrofoils. Réussite mais résultat insatisfaisant à cause des aspérités sur le dessus et le dessous des foils.
2 mars 2023
3 mars 2023
9 mars 2023
10 mars 2023
14 mars 2023
21 mars 2023
23 mars 2023
28 mars 2023
4 avril 2023
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11 avril 2023
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21 avril 2023
25 avril 2023
28 avril 2023
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