Monter en pression
On l'a vu, pour augmenter la poussée, il faut soit augmenter la surface de la tuyère, soit augmenter la pression.
Il faut d'abord savoir que les bouteilles de boissons gazeuses sont prévues pour tenir 10 bars. Plusieurs amateurs de fusées à eau ont testés la limite des bouteilles et tous arrivent à une pression d'explosion aux alentours de 13 bars.
Par ailleurs les pompes à vélo ou les compresseurs électriques, ne sont guère capables d'aller au delà de 8 à 10 bars.
Donc pour aller au delà, il va falloir trouver un réservoir capable de tenir des pressions supérieures, tout en étant très léger et un système de mise en pression capable de fournir la pression désirée.
Enfin, il faudra s'assurer que la rampe soit capable, elle aussi, de tenir la pression et que le système de retenu supportera les contraintes engendrées par la pression maximale.
Le propulseur
Au delà de 10 bars, il va falloir oublier les bouteilles PET. Ce qui vient tout de suite à l'esprit est d'utiliser un réservoir en composite : fibre de verre ou carbone ou Kevlar ou toute combinaison de ces trois, imprégné de résine epoxy.
J'ai réalisé un certain nombres de tentatives que je vous décrit ci-dessous.
Première tentative :
Le réservoir est construit à partir d'un tube en polycarbonate de 42 mm de diamètre et 1172 mm de long renforcé d'une tresse en carbone enduite de résine epoxy. Le fond et la tuyère sont également en polycarbonate partiellement recouvert de carbone. Des essais de tenue en pression ont été fait sur des tubes d'essais fabriqués de façon identique. Les premiers essais ont aboutis à des fuites à partir de 20 bars environ, ce qui a engendré des modifications de fabrications des extrémités et surtout du collage de celles ci.
Fabrication du tube d'essai
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D'abord un tube de polycarbonate avec ses 2 extrémités usinées dans du rond de polycarbonate puis collées à la Sycaflex 11FC |
Sur cet ensemble, on glisse un foureau de tissus carbone que l'on va enduire de résine epoxy |
Le tube terminé après un séchage de 24h |
Les derniers essais ont permis de monter jusqu'à 40 bars, sans problème, puis jusqu'à 56 bars (limite de la pompe d'épreuve) et à cette pression des micro-fuites sont apparues.
La fabrication du réservoir définitif s'est faite selon le même processus, à savoir : fabrication de la tuyère et du bouchon haut dans du rond de polycarbonate, puis collage de ceux-ci dans un tube FTC T2 (42mm de diamètre et 1172 mm de long). Collage fait avec de la Sykaflex 11FC et du chlorure de Methylene. Le Sikaflex pour l'étancheité a été appliqué le plus à l'interieur du tube, alors que le chlorure de Méthylene a été appliqué sur le 2 cm les plus près du bord du tube. Le chlorure de Méthylene étant un dissolvant du polycarbonate, il réalise une soudure entre les deux pièces en contact, ce qui est vraiment très solide. Mais ce solvant étant excessivement volatile, il est difficile d'avoir une "soudure" continue, d'où la necessité d'utiliser la Sikaflex 11FC pour garantir une bonne étanchéité.
Après séchage de la colle Sikaflex (24h), on glisse le fourreau de carbone sur le tube FTC puis on enduit de résine epoxy. La difficulté est de bien faire pénétrer cette résine partout sur le tissus. Nous avons utilisé une bande thermorétractable enroulée par dessus pour cela. Pour le séchage, nous avons placé sur le tube deux cornières pour assurer la rigidité du tube pendant la polimérisation. Ensuite l'ensemble a été placé sur un banc tournant (photo de gauche) lui même disposé dans un "four solaire" de notre fabrication (des panneaux de polystyrene dessous et sur les coté, le tout fermé par une vitre sur le dessus). Le tube a donc tourné sur le banc en plein soleil toute une journée, plus une nuit sans tourner.
Ensuite, nous avons collé les ailerons, ce qui a necessité la création d'un outils en bois pour pouvoir coller les 4 ailerons d'un coup et les maintenir serrés pendant 24h, le temps du séchage de l'époxy (Photo du milieu.
La photo de gauche monte les ailerons en place ainsi que la tuyère.
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Ci-contre la fusée grandeur nature . D'un poids de 850g complete, c'est à dire qu'en plus du réservoir il y avait l'électronique et le parachute surmonté du cone, lui aussi en composite.
L'électronique comprend une minuterie à base d'ATtiny45 qui pilote un servo moteur pour l'ouverture du parachute et un altimetre Perfectflite A15k
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Vue de l'electronique |
Vue de l'ensemble electronique et cone dans lequel est logé le parachute |
Le systeme de mise en pression
Pour la mise en pression, nous avons utilisé une pompe Gehmann destinée à remplir les cartouches d'armes à air comprimé. Elle peut monter à 200 bars. Pour des raisons de sécurité, nous rajoutons au bout de cette pompe un tuyau Haute pression capable de tenir 160 bars. Ce tuyau est d'une longueur de 20m, ce qui permet de mettre en pression la fusée à une distance respectable.
La rampe
La photo ci-contre montre la rampe réalisée conformement au schéma ci-dessus. le système de retenue est identique à ce que j'utilise pour les fusées plus classiques, à savoir des machoires maintiennent la tuyère en place grace à une bague de maintient qui une fois tirée vers le bas permet aux machoires de s'écarter et ainsi libérer la fusée.
Le lancement
Un premier lancement a été effectué le 28/08/2009, dans la précipitation. Je n'avais pas alors encore un systeme de dosage de l'eau et comme la fusée n'est pas transparente, je ne sais pas combien de litre d'eau nous avons mis. A cause d'une petite fuite, nous avons du lancer à 15 bars. Bref, le cas typique du lancement mal préparé, résultat, le parachute ne s'est pas ouvert, d'où le crash. Heureusement, l'altimetre a survecu et nous a donné une altitude de 146m.
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Décollage |
La case électronique (en gris) s'est enfoncée d'un bon centimetre sur le réservoir? |
L'electronique après le vol ! Mais l'altimetre, perpendiculaire au circuit principal, est intact. |
