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Fusée Expérimentale 2003: Nouvelle Vague

Lancée à la Belgian Launch Campain (Saint-Hubert) en août 2003

Objectifs

1) Tester en vol le nouveau moteur (FARO) développé par le GEA.
2) Tester un système de minuterie basé sur un microcontrôleur PIC.
3) Mesurer la trajectoire de la fusée grâce à un module GPS embarqué


Vue générale de la fusée (1m 08cm de hauteur)


1) Motorisation

Le moteur FARO est composé de perchlorate d’ammonium à 75% (taille des grains d’environ 80-100 microns), de polyuréthane à 14,5%, de Di-octyladipate (DOA, un agent fluidifiant) à 10,5% et de chromite de cuivre à 0,5%. Le mélange est coulé directement dans la chambre de combustion dont les parois on été recouverte d’une couche d’inhibiteur de combustion (polyuréthane pur).
Le pain de poudre est de type BATES, c’est-à-dire qu’il comporte une cheminée centrale et que la combustion a lieu à l’intérieur de cette cheminée et par les deux extrémités. Cela permet d’obtenir un poussée constante durant toute la combustion du moteur.
Nous avons testé ce pain de poudre trois fois en suivant et obtenu des résultats reproductibles (voir courbes de poussée ci-dessous).
Les performances du moteurs sont: une poussée moyenne d’environ 300 N (soit 30 kilogramme-force) pour une durée de combustion de 1 secondes et une masse de poudre de 244 grammes. Cela nous donne une impulsion totale de 350 N.s et une impulsion spécifique d’environ 155 s. La pression de fonctionnement est d’environ 50 bar.
Le moteur est réalisé en aluminium. Le tube est de 3mm d’épaisseur et est conçu pour résister à un surpression jusqu’à 240 bar.

Courbe de poussée du moteur FARO V 01 – Test au sol du moteur en version de vol.



Vue du pain de « poudre » avant le test et photo d’un test au sol du moteur.

2) Minuterie/Récupération

Le système de comptage est basé sur un microcontrôleur PIC (fabriqué par la compagnie Microchip). Cette puce comprend un microprocesseur qui est capable d’effectuer des calculs, de recevoir des signaux digitaux et analogiques et possède des sorties digitales (16 entrées/sorties) qui permettent notamment de communiquer avec un PC (via port série RS232) et avec des composants périphériques p.ex. une mémoire. Ce microcontrôleur est programmable en BASIC ce qui permet une très grande facilité et flexibilité d’utilisation.
La minuterie est activée au décollage de la fusée grâce à un détecteur d’accélération. Ce détecteur se déclenche dès que l’accélération est supérieure à 2g. Si cette accélération se maintient plus de 0,3 sec (c-à-d que le moteur fonctionne et que l’accélération n’est pas due à un choc), le décompte est initié. 13 secondes après le décollage, soit juste après la culmination de la fusée (voir calculs de trajectoire ci-dessous), la minuterie va déclencher l’ouverture de la porte parachute via un dispositif pyrotechnique. Ce dispositif pyrotechnique est du type “boulon explosif”. Il est composé d’un inflammateur et de quelques grains de poudre de chasse enfermés hermétiquement dans un tube en bronze. Ce tube est fixé, à une extrémité, au corps de la fusée et à l’autre à la porte de la case parachute. Le tube comporte au milieu une gorge de moindre résistance qui est brisé lors de l’allumage de l’inflammateur ce qui permet à la porte de s’ouvrir. Le parachute choisi est blanc et cruciforme.
Le microcontrôleur a aussi actionné un buzzer (105 dB) après l’atterrissagece qui a grandement facilité la localisation et récupération de fusée.
Nos prochaines fusées seront équipées de ce type de minuterie qui sera encore améliorée. En effet, il s’agit de la seule partie électronique absolument indispensable au bon déroulement du vol car en cas de malfonctionnement, il n’y a pas d’ouverture du parachute.


Vue globale de l’électronique située dans la fusée.

3) Position de la fusée.

Un système GPS (Global positionning System) est intégré afin de mesurer la position de la fusée (dont l’altitude) durant le vol. Il s’agit de tester ici une partie du système qui sera incorporé dans nos prochaines fusées et qui devra retransmettre en temps réel la position de la fusée, incluant le point de chute, afin de faciliter la récupération de l’engin après le vol.
La fusée “Nouvelle Vague” ne contient pas d’émetteur et ne transmettra donc pas les données au sol. Les positions mesurées pas le GPS (temps universel, latitude, longitude, altitude et nombre de satellites utilisés pour les mesures) seront stockées en mémoire durant le vol et analysées après récupération.
Le GPS est directement connecté à un microprocesseur PIC qui contrôle le flux de données entre le GPS et la mémoire. Les données du GPS sont prises toutes les secondes. La mémoire (32Ko) est utilisée pour stocker les 12 secondes avant le décollage et les 500 secondes qui suivent (un détecteur d’accélération est utilisé).

Détails de l’électronique embarquée.

Notez la miniaturisation des composants : le diamètre interne du tube est de 6 cm et le GPS est entièrement inclus dans le petit boîtier métallique visible au dessus.
Sous le GPS, la plaquette comporte un microprocesseur cadencé à 20 Mhz et directement programmable en BASIC qui est relié à 32K de RAM. Ce système est plus puissant que ce qui se trouvait dans les premiers PC mais ici est soudé sur une plaquette de 4,5 cm de coté
.

4) Paramètres et performances de la fusée

- Masse initiale = 2,920 kg
- Masse de propergol = 0,244 Kg
- Temps de combustion = 1,45sec
- Diamètre de la fusée = 67mm
- Longueur de la fusée = 1m 08 cm
- Coefficient de traînée = 0,65 (estimation)

Prévision des performances

- L’altitude maximale sera de presque 800m.
- Le temps de culmination est de 13 secondes après le décollage. A ce moment, la minuterie déclenchera la sortie du parachute.

Le Vol

Le lancement et le vol se sont parfaitement déroulés.
Le parachute s'est ouvert comme prévu. Malheureusement, la fusée a attéri dans les bois. Heureusement grâce au buzzer monté dans la case parachute nous avons repéré la fusée et après bien des difficultés, nous l'avons récupérée.

Voyez ci-dessous la séquence du décollage et de la descente sous parachute (cliquez pour voir de plus grandes photos).

 

 

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