Dans le cadre de l’UE LU3PY024 , nous allons réaliser une partie d’aile d’avion comprenant deux dispositifs automatisés , dont l’aileron et un système de volet dit « D'intrados ». Le but étant d’apporter une étude physique et aérodynamique de notre système notamment avec des tests en soufflerie. La partie automatisation / électronique se fera sous Arduino et quant à la réalisation de l’aile, tous les procédés mis en œuvre pour arriver à nos fins vont être détaillés. Un lexique des termes employés du domaine de l’aéronautiqueest présent en fin de page

gantt.pdf diagramme_de_gantt.ods

Première Réunion : 03/02/2021

Lors de cette première réunion, il a d’abord été question de discuter sur l’approche qu’on allait avoir concernant la réalisation de notre projet, des différentes étapes clés et d’une architecture globale pour aboutir au cahier des charges défini en introduction. On a aussi pu discuter des dimensions du système, notamment de la longueur et de largeur de l’aile, qu’on a choisies de manière à avoir une maquette de grandeur correcte (c’est-à-dire ni trop petite et ni trop grande) tout en considérant les dimensions de la soufflerie disponible sur le campus de Jussieu, les différents matériaux à utiliser pour le volet, l’aileron pour ainsi minimiser l’inertie lors de l’automatisation et enfin le profil NACA 00xx qu’on allait utiliser pour les nervures. Avant toute chose, étant donné qu’imprimer l’aile en une pièce 3D n’est pas tellement faisable au vu des dimensions (70 cm de largeur pour 30 cm de longueur), nous avons décidé de l’approche suivante : Le but était de créer plusieurs rainures pour ainsi les relier à l’aide de tubes (plastique ou plexiglas) pour ainsi former le squelette principal de notre aile. Le désavantage est que l’on ne dispose pas d’une voilure intégrale sur l’aile et qu’il va falloir penser à sa réalisation. La disposition est faite en sorte d’avoir une place pour le volet et l'aileron tout en étant sur que les rainures soient bien connectées entre elles.

Voici deux croquis :

Le premier reprend l'architecture finale de l'aile dans son ensemble

Le second , lui , reprend en détail le squelette de l'aile sans la voilure et dévoile les connexions entre les principales nervures et le positionnement du volet d'intrados.

Pour le moment, la partie automatisation n’est pas vraiment de mise. Un asservissement à l'aide de servos moteur sera cependant utilisé pour contrôler le volet et l'aileron. On se concentre sur le montage de l’aile.

Deuxième réunion : 10/02/2021

L'objectif de cette deuxième réunion était d'obtenir avec la découpe laser du Fablab un premier prototype de nervures. Notre choix s'est porté sur un profil NACA 0030. Ces dimensions ont étés choisies pour avoir de la marge et de l'espace lorsqu'on viendra automatiser l'aile et utiliser les servos moteurs sur les nervures. L'obtention du profil Naca 0030 s'est faite à l'aide du site Airfoil tools.

Explications : obtenir le fichier sur freecad , le modifier, le faire passer en contour pour le svg

macro

Une fois le macro correctement manipulé , on peut donc le passer en un fichier “.svg” qui sera disponible pour la découpe laser. L'orifice dessiné sur Freecad sur la nervure à un rayon de 2.14 cm . Cette dimension n'a pas été choisie au hasard. Il est en effet possible de commander diverses pièces à des fournisseurs de l'université en passant par le département de physique. On a commander un tube pvc d'un diamètre de 21 mm et il fallait donc adapter l'orifice de la nervure pour faire passer le tube. Dans la commande, étaient inclus quatre servos moteurs pour la partie Electronique.

Références : https://fr.rs-online.com/web/p/moteurs-a-courant-continu/7813058/

https://fr.rs-online.com/web/p/modules-de-developpement-pour-la-robotique-la-gestion-d-alimentation-et-les-moteurs/1743258/

Fournisseur : Radiospare

Visualisation du fichier sur Inkscape

17/02/2021

Nous avons réalisé quatre découpes de nervures à la découpe laser du FabLab (le matériau était un plexi 6 mm) Mais petit problème, il y'a un léger écart de dimensions entre le tube (premièrement fourni par Mr Laurent Teixeira du à la non livraison de notre commande ) [70 cm de longueur pour 2.14 de diamètre] et l'orifice des nervures qui consistaient a faire passer ce même tube, les nervures ne tiennent donc pas en place, il est en réalité compliqué de trouver un tube à dimensions optimales pour que les nervures ne bougent pas. Le problème est alors repensé : Nous avons demandé un tube plein (80 cm de longueur avec 2.5 cm de diamètre) à Mr Texeira et mis en place une conception d'un système/pièce mécanique pour maintenir chaque nervure sur le tube. Le diamètre de l'orifice des nervures est donc modifié et passe de 2.14 cm de diamètre à 2.6cm [L'esquisse de la nervure est toujours modifiée sur Freecad]

Semaine du 22 Février 2021 - Vacances

Premiers codages des servos moteurs sans potentiomètre. (inspiration : https://www.youtube.com/watch?v=4w3_zbaPdcs)

Nous réfléchissons à un système pour l'automatisation de l'aileron et faisons des recherches supplémentaires sur les mécanismes physiques mis en jeu, comme la force de portance et les différents coefficients (portance/trainée). La voilure de l'aile est aussi de la partie, mais pour l'instant nous ne convergeons pas vers une technique précise pour recouvrir notre aile.

Semaine du 1er Mars 2021

Conception (Solidpart) de la pièce mécanique servant à stabiliser les nervures sur le tube et impression en série de quelques pièces (impression 3D au Fablab). Un descriptif de la pièce et son fichier Step (ouvrable sur Freecad) se trouvent dans la section Utilitaires

Voici un premier Résultat

visualisation de la CAO sur Freecad

Pièces sur le tube

Les pièces collent parfaitement, il ne restera qu'a re-découper les rainures et les fixer. On choisira cette fois-ci un matériau d'une épaisseur de 3mm au lieu de 6 pour faciliter le vissage.

10/03/2021

Discussion du choix de matière pour la voilure de notre modèle et réalisation de coupe laser et fixage/vissage de trois premières rainures sur le tube. Percer des orifices sur un tube plein est assez délicat , il faut s'y prendre méthodiquement , et avec patience.

les Nervures reliées à l'aide des pièces imprimées

17/03/2021

Notre commande de servos moteurs est enfin arrivée. Nous les essayons donc avec un code basique qui effectue des rotations cycliques (0 –> 180° ensuite 180° –> 0°..) , tout marche parfaitement; et câblons notre premier circuit avec deux servos moteurs qui effectuent des rotation opposées lorsqu'un bouton poussoir est appuyé. En effet , ce dispositif est fait pour que les deux moteurs soient l'un en face de l'autre et puissent faire tourner une tige en plastique [fichier STEP dans utilitaires] à laquelle sera visée une plaque en PMMA de 20 cm ; c'est notre premier dispositif automatisé : l'aileron. Inspiration pour le code trouvé sur YouTube [https://www.youtube.com/watch?v=b1Pj9yuZlhI]

On renforce le vissage en optant pour des vis plus larges (car les petites vis que l'on a mises la semaine précédente ne tiennent pas suffisamment bien). Seul bémol , la vis dépasse un peu mais peu importe , la fixation est au rendez vous et l'aile sera de toute manière voilée. On a aussi décidé le choix de matériau pour la voilure : texture de lin (on va ramener un exemplaire la semaine du 29 mars).

CAO de la tige (21.7 cm) avec deux embouts circulaires aux extrémités pour pouvoir y visser les têtes des servos moteurs ; dispo dans utilitaires en format STL.

24/03/2021

La tige en plastique imprimée de même que la plaque en PMMA , nous avons réfléchis à une petite pièce mécanique imprimée en 3D (imprimée en deux exemplaires) qui sera directement visée sur la nervure et qui accueillera les servo moteurs qui seront donc l'un en face de l'autre

Pièce Mécanique accueillant les servo moteur de l'aileron

On fixe l'aileron au tube (perçage + vissage) dont les extrémités sont liées avec les moteurs. la pièce partie aileron et son axe

On fixe alors notre système aileron (tige+plaque PMMA et les deux servos avec leur pièce mécanique respective) à deux rainures dont l'une est située à une extrémité du tube.

Les deux moteurs eux permettent de tourner l'aileron vers le haut [l'axe de la tige tourne , entraînée par la rotation des moteurs d'un angle Θ ](appui bouton poussoir) et revenir à la position de départ (appui bouton n°2). Problème : un ronronnement léger est pressent lorsque l'aileron est en place

31/03/2021

Découpe de petites nervures pour la création du volet d'intrados ainsi qu'une conception 3D (SolidPart) de petites pièces mécaniques (similaires à celles utilisées pour fixer les grandes nervures sur notre tube principal) pour , ainsi donc permettre la fixation des nervures du volet sur un tube. On a modifié le sketch d'une nervure sur Freecad et découpé deux à l'aide de la machine à découpe laser. Ceci va nous permettre de laisser passer les tètes des deux gros Servo moteurs “pilotant” notre volet. On a aussi trouvé un tube creux en pvc pour relier les petites nervures du volet. (20 cm de longueur). Finalement , l'entoilage utilisé sera un entoilage thermocollant lourd , de couleur blanche.

référence : https://www.mondialtissus.fr/entoilage-thermocollant-lourd-blanc-25408.html?gclid=CjwKCAjwu5CDBhB9EiwA0w6sLRWl_WzYT5dkUgm-zYbMoDEyxReUb7xWq6K81eDDoJASWaIkPUmH5hoCngMQAvD_BwE

07/04/2021

On a imprimer les pièces manquantes (pour fixer les rainures du volet). Notre “squelette” est à présent complet.(Image de droite : le volet d'intrados)

On utilisera finalement un programme pour contrôler les servos à l'aide d'une télécommande fournie dans un Kit Arduino. On test différentes positions du volet.

Il y a un ronronnement sur les deux servos moteurs du volet. Ceci est peut être du à la charge/inertie du système. Le problème est donc présent sur les servos de l'aileron et ceux du volet , c'est à dire sur nos quatre moteurs. Nous avions eut le même problème avec un code utilisant les boutons poussoirs contrôlant les consignes d'angles. On remarque aussi qu'en enlevant une charge , c'est à dire le système aileron ou volet , le bruit parasite disparait à l'endroit même ou cette charge à été retirée. On en déduit donc que le ronronnement est provoqué par la charge à porter par les servos moteurs

14/04/2021

On réalise le code pour contrôler cette fois ci nos deux systèmes à l'aide de la télécommande.

On discute aussi de la manière de faire passer les fils des servos après la pose de la voilure et comment libérer l'accès pour le volet et l'aileron. En effet, vu qu'ils seront utilisés au cours de l'essai en soufflerie , il est absurde de les laisser sous la toile de la voilure.

Enfin , on positionne avec du scotch des fils de coton au tour du squelette pour préparer un support pour la voilure qu'on viendra poser dessus par la suite .

squelette avec fils coton

20/04/2021

Article de fin de projet en LaTex , commencé. Il sera disponible dans la rubrique utilitaires.

21/04/2021

Le code électronique avec la télécommande étant fonctionnel , il est désormais temps de s'atteler à l'entoilage de l'aile.

A l'aide d'un pistolet à colle et d'un cutter , toute l'équipe aide à la réalisation de la tache , qui demande patience et précision. Nous avons collé le contour des rainures avec le pistolet à colle pour y venir poser la voilure , en commençant tout d'abord par le coté bas de 'l'aile (appelé Intrados) , puis par son symétrique , le coté haut (L'extrados)

Il a aussi fallu faire attention a bien tirer la toile pour avoir une bonne tension , et ainsi éviter la formation de creux sur l'aile.

Une fois l’entoilage fini , on sectionne au cutter une petite zone laissant passer l'aileron à gauche , et en bas tout à droite pour le volet.

Résultat Final

Une petite vidéo pour couronner le tout

L'ensemble de nos test en soufflerie sur l'aile (Atrium des L1 , 5e étage) ainsi que les analyses faites, sont inclus dans l’article de synthèse de fin de projet. On y présente notamment un petit cahier des charges que l'aile doit satisfaire en terme d'aérodynamisme et de fiabilité. La soufflerie n’étant pas disponible lors des deux semaines de vacances de printemps , nous y retournerons avant la soutenance, fixée au 20 mai.

Profils aérodynamiques pour les ailes d'avions développés par le Comité consultatif national pour l'aéronautique (NACA, États-Unis). Il s'agit de la série de profils la plus connue et utilisée dans la construction aéronautique.

La forme des profils NACA est décrite à l'aide d'une série de chiffres qui suit le mot « NACA ». Dans notre cas (profil symétrique) les deux premiers sont inutilisés (fixés à 0) .Le dernier couple quand à lui , décrit l'épaisseur maximale du profil en pourcentage de la corde( longueur du profil d'aile). Donc avec un profil , dans notre cas ayant une corde de 30cm , un NACA 0030 donnera une épaisseur de 9 cm.

Gouvernes (Mécaniques sur des petits modèles d'avions ,automatisées sur certaines maquettes et à système hydraulique sur les avions de ligne) liées au bord de fuite des deux ailes d'un avion et qui permettent la réalisation d'une rotation selon l'axe de roulis pendant la phase de vol , on parle alors de mouvement de roulis. Ils se déplacent en sens opposé (l'un monte quand l'autre descend et inversement) pour permettre ce mouvement ; le vent relatif à l'avion vient alors provoquer cette rotation en appliquant une force sur les ailerons.

Dispositif déployé sur l'aile d'un avion (bord de fuite dans notre projet) pour augmenter son coefficient de portance aux basses vitesses, et abaisser ainsi la vitesse de décrochage.

Dans cette option, l'extrados de l'aile est inchangée, le volet déforme seulement l'intrados (schéma ci-dessous). Ce type de volet a été utilisé pendant plusieurs années, notamment sur les avions de combats.

Cx : coefficient de traînée, qui quantifie la perturbation du mouvement relatif d'un objet dans un fluide par le milieu extérieur.

Cz : coefficient de portance, qui représente la capacité de portance d'un objet en mouvement relatif dans un fluide.

Pièce mécanique pour fixer les rainures : piece_visage2.1.zip

Tige pour l'aileron (format STL) : tige.rar

Pièce mécanique pour fixer les rainures du volet : fixation_rainures_volet.zip

Fichier Svg de la rainure (NACA 0030) : naca_final.rar

Fichier Svg aileron : aileron.zip

Code basique pour tester les servos moteurs :

Code pour Arduino pour la commande du volet / aileron avec la télécommande

electronique_-volet_aileron_remotev.2.zip

Voici quelques instructions de câblages qui seront plus efficaces qu'un schéma ne traitant d'aucun détail

Les 4 servos moteurs sont alimentés en 5v et leur branchement PWM est détaillé sur le code Pour chaque moteur :

câble rouge –> 5V

câble noir –> Masse / Gnd

câble orange (servos aileron) / blanc (servos volet) –> connecté à son pin PWM sur la carte Arduino

Pour le branchement du receveur infrarouge (qui capte le signal émis par la télécommande) , se référer à une éventuelle data sheet pour le câblage. Le notre (cf photo ci dessous) est composé de 3 pins. En partant de la gauche :

masse , 5V , signal (connecté au port n°13).

De base , un écran LCD était connecté pour afficher les différentes positions du volet en degrés selon son inclinaison. Les instructions marchent parfaitement mais les branchements du LCD prennent énormément de place. Cependant , les lignes de codes sont toujours présentes mais on étés mises sous forme de commentaires. (pour le branchement du LCD : https://www.youtube.com/watch?v=Athue7Wkjog)

http://airfoiltools.com/ https://m-selig.ae.illinois.edu/ads/aircraft.html https://www.lavionnaire.fr/Sommaire.php