Pour mesurer la force de poussée, une simple balance suffit. Ceci dit, compte tenu des faibles performances du moteur, il est nécessaire d'avoir une précision de l'ordre du milligramme. Un support est donc imprimé en 3D pour orienter la force verticalement pour aligner force et poids sur l'appareil.

Pour mesurer une puissance par contre, et remonter au rendement, la force perçue doit être intégrée en fonction d'une distance et dérivée par rapport au temps. Il faut donc trouver un moyen de faire des mesures de longueurs par rapport au temps. Concernant la longueur il est possible de la retrouver si l'on connaît la constante de raideur du ressort auquel est assimilée la balance et la “force perçue”. Comme je tiens à garder cette balance, un banc d'essai sera construit directement avec un capteur de force formé d'une jauge de déformation couplé à un amplificateur et à un circuit arduino UNO. Ce montage permettra de tracer les courbes de l'évolution de la force et de l'énergie en fonction du temps sur python et enfin d'avoir une idée de la puissance (donc du rendement) afin de savoir quelle proportion de 3W de puissance électrique nous retrouvons en puissance mécanique.

Le capteur de charge ne peut pas être lui-même considéré comme un ressort car sa constante de raideur est trop élevée, mais le montage entier (capteur de charge + bras de levier + socle), lui, sera plus souple et la constante de raideur du système pourra être déterminée à l'aide de la fréquence propre du montage. A partir de ce moment là, le carré de la force perçue multipliée par une constante (1/k, k étant la constant de raideur) donnera l'énergie potentielle élastique.

Edit : l'amplificateur utilisé a une fréquence d'échantillonnage trop faible pour l'expérience voulue (10 à 80 Hz), un autre système est donc à penser pour mesurer l'énergie mécanique.

Après création d'un système de balancier + fil pesant, on observe que les câbles servant à l'alimentation du moteur ont une résistance mécanique non négligeable (la force pour se dégager de leur influence est de l'ordre de 10mN, donc dix fois plus que ce que le moteur peut développer). Le montage peut-être amélioré en utilisant des fils beaucoup plus fins ou en utilisant une batterie pour rendre le système entièrement indépendant d'une source de courant continu externe. Un nouveau balancier peut aussi être fabriqué reposant sur des bagues de glissement électriques pour transférer du courant en opposant peu de résistance mécanique au montage, ce qui serait la solution la plus couteuse mais aussi la plus “propre”.

Une ultime solution est d'utiliser les vidéos du moteur ionique pour approximer la puissance en observant la vitesse de l'air en sortie (vidéo du briquet) et en retirer (puisque nous connaissons le diamètre en sortie de moteur) le débit. Cette solution est pour moi la plus élégante car elle demande moins de matériel, mais elle implique plus d'approximations. Ceci étant dit, cela mettra à profit mes cours de mécanique des fluides, car il faut garder en tête que le flux qui se déplace en sortie de tuyère perd en vélocité (écoulement non établi sur l'axe x de propagation) avant d'atteindre la flamme, détail non négligeable si l'on veut obtenir la puissance mécanique la plus proche possible de la réalité.