Partie 2 :
Influence des ailerons sur le vol et les performances des fusées à eau
Thomas P., Michaël S.
Qu’est-ce qu’un vol stable ?
Un vol stable est un vol durant lequel l’objet a une trajectoire rectiligne. Sur le schéma ci-dessous, voici différents exemples de vol :
http://www.passaero.info/t-ailero.1.html#gravite
En 1 : le vol de la fusée est instable.
En 2 : le vol est quasiment parfait. Seul le vent dévie la trajectoire de la fusée.
En 3 : le vol est surstable.
La notion de marge statique…
La marge statique (= point clé de la stabilité en vol des fusées) est définie comme la distance séparant le centre de gravité et le centre latéral de poussée.
Pour qu’un vol soit stable, il faut que la marge statique soit comprise entre 1 et 3 fois le diamètre moyen de la fusée et que le centre de gravité soit au dessus du centre latéral de poussée.
Le gabarit ci-dessous montre où se trouvent les différents centres.
Les différents vols possibles selon la marge statique :
Stabilité :
Lorsque la fusée se met en incidence, si le centre de poussée (point d'application des efforts aérodynamiques) est situé derrière le centre de gravité par rapport à la pointe, la portance entraîne la fusée vers sa position initiale. (de l'autre côté du vent relatif)
Après quelques oscillations amorties, l'incidence devient nulle
Instabilité :
Si au contraire le centre de poussée est situé avant le centre de gravité, la portance entraîne la fusée qui se retrouve pointe en arrière par rapport au vent relatif. Ce dernier change rapidement de sens, et on se retrouve dans la même situation : la fusée exerce des loopings.
Surstabilité :
Si la portance ou la marge statique sont très forte, la force de rappel aura une grande influence, enverra la fusée de l'autre côté du vent relatif et la fusée oscillera continuellement sans jamais trouver de position d'équilibre. Cette situation peut devenir critique, notamment si la résistance de matériaux de la fusée n'est pas suffisante pour supporter ces contraintes. La fusée aura aussi tendance à ce coucher dans le vent.
http://www.planete-sciences.org/espace/publications/techniques/vol_de_la_fusee.pdf
Pourquoi mettre des ailerons sur une fusée à eau ?
Nous devons coller des ailerons sur notre fusée car sans eux, la fusée n’aurait pas un « bon vol », elle serait instable. Nous les plaçons en dessous du centre de gravité de la bouteille et sur la jupe (voir l’influence de la marge statique).
Combien d’ailerons mettre sur la bouteille pour avoir un vol stable ? Et où ?
Nous en avons mis trois autour de la bouteille. Ils sont répartis à des distances égales. Avec une feuille de format A4 coupée au périmètre de la bouteille, nous divisons cette feuille en trois parties égales et avons marqué la bouteille pour ensuite collé les ailerons avec un bâton et un pistolet à colle.
Voici la photo d’une de nos fusées :
Ils sont tous de la même forme et tous de même dimension, car sinon, le vol ne serait encore pas stable. Voici la forme et les dimensions :
Nous re-fabriquons donc des fusées car la première journée de lancement n’a pas été une grande réussite à cause des malformations des ailerons et des bouteilles et des volumes d’eau et d’air mis dans la bouteille.
La dernière journée de lancers sera le jeudi 3 juin 2010.