Micro Mystic

Description

La Berry Rocket Mystic est une microfusée d'environ 30cm qui permet de s’initier aux techniques de construction d’une véritable fusée. Propulsée par des micromoteurs disponibles dans le commerce elle peut atteindre une altitude de 200m!

La Berry Rocket Mystic est conçue pour être accessible aux débutants tout en offrant des possibilités d'apprentissage avancées. Elle est idéale pour des projets en classe du collège au lycée ou pour les passionnés débutants à confirmés.

Caractéristiques Techniques

Moteurs: Classes C et D (voir § "principe de fonctionnement et choix du micromoteur").
Ralentisseur: Parachute ou banderole (voir § "dimensionnement et fabrication d'un ralentisseur").
Électronique embarquée: La fusée peut être équipée d'un système électronique Berry Rocket Micro Avionic permettant de mesurer et d'enregistrer des données de vol telles que l'altitude atteinte, la vitesse maximale, l'accélération, la durée du vol,...

Sécurité et Recommandations

Il est important de lancer la Berry Rocket Mystic dans un espace ouvert. En France, la supervision d'un adulte est indispensable pour pratiquer cette activité.

Notice de montage

Réalisation du corps porteur

Le corps de la fusée (ou fuselage) est réalisé avec un tube de PVC de 30cm de longueur et de 32mm de diamètre. Attention il faut choisir du tube IRL (pour Isolant Rigide Lisse) destiné au gainage de câbles électriques et non du tube PVC de canalisation plus épais et plus lourd. Il est recommandé d’utiliser pour sa découpe une scie à métaux et une boite à onglet pour une découpe bien nette. Si vous ne disposez pas d’une boite à onglet vous pouvez imprimer vous-même un outil à partir du fichier MicroTool.stl (Fig.1). Cet outil permet une découpe franche et bien perpendiculaire du tube (Fig. 2). La finition à l’aide d’une cale à poncer (Fig. 3) permet d'obtenir une portée impeccable! (Fig. 2)

Fig. 1: Outil de découpe et de ponçage (MicroTool)
Fig. 2: Découpe du tube avec l'outil MicroTool
Fig. 3: Ponçage du tube pour une finition parfaite
Fig. 4: Résultat final

Il est important que la découpe du tube soit soignée sinon votre fusée risque d’être tordue. On dit alors qu’elle a de la flèche ce qui peut perturber sa trajectoire.

Réalisation des pièces en impression 3D

Toutes les autres pièces sont imprimées avec du filament PLA. Si vous ne disposez pas d’une imprimante personnelle vous pouvez vous rapprocher d’un Fablab ou bien les commander dans notre boutique en ligne et poursuivre votre lecture au paragraphe suivant.

L’ogive est prévue pour être imprimée avec une densité de remplissage comprise entre 20% et 30% sans support mais un bord (brim) de 12mm est recommandé pour augmenter l'adhérence de la pièce (Fig. 1). Pour ceux qui voudront en modifier la taille et la forme il reste impératif de conserver le filetage femelle afin de pouvoir y visser la case électronique (Fig. 2). Cette dernière s’imprime également avec les mêmes paramètres dans la position indiquée ci dessous (Fig. 4).

Fig. 1: Impression de l'ogive
Fig. 2: Filetage à conserver en cas de modification de l'ogive
Fig. 3: Impression de l'empennage
Fig. 4: Impression des autres pièces (sans support ni bords)
Fig. 5: Eléments à conserver en cas de modification de l'empennage

L’empennage est également imprimé verticalement mais à l’envers pour une meilleure finition (Fig. 3). Des supports peuvent être appliqués notamment pour l'épaulement ainsi qu'un "brim" pour améliorer l'adhérence de la pièce sur le plateau. Si vous souhaitez modifier les ailerons, veuillez à conserver le filetage accueillant la vis de maintien du propulseur, l'épaulement pour l'emboitement du corps et le cylindre de guidage (Fig. 5). Les autres pièces (vis et bouchon) sont à imprimer sans support ni bords dans le sens indiqué (Fig. 4).

Dimensionnement et réalisation du ralentisseur

Le ralentisseur permet à la fusée d'atterrir sur le sol sans dommage. Il est déployé à culmination grâce à la surpression crée par la charge de dépotage du moteur (voir § Principe de fonctionnement et choix du micromoteur). Classiquement on utilise une banderole ou un parachute mais d'autres dispositifs plus complexes existent.

La banderole est constituée d'une bande rectangulaire en papier crépon, en matière en plastique souple ou en tissu attachée sur un coté à la fusée (Fig. 1). Durant la chute, la banderole faseille et ralenti la fusée. Il est assez difficile de déduire les dimensions d'une banderole à partir d'une vitesse de chute souhaitée mais les meilleurs résultats sont obtenus pour un rapport longueur / largeur de 10 (Fig. 2).

Fig. 1: Banderole en polyéthylène
Fig. 2: Proportions d'une banderole

Les parachutes peuvent être de différentes formes (Fig. 4) mais sont généralement constitués d'une partie souple appelée canopée et de 4 à 8 suspentes (Fig. 3). La surface du parachute A est le paramètre qui définit principalement la vitesse de descente de la fusée avec sa masse (Fig. 4).

Fig. 3: Parachute
Fig. 4: Calcul de la surface du parachute en fonction de sa forme
Fig. 5: Matériaux possibles pour la réalisation de la canopée

Plusieurs matériaux sont utilisables pour la canopée comme le polyéthylène (sac poubelle par ex.), le film mylar plus résistant et brillant au soleil (couverture de survie) ou certain tissus légers (Fig. 5). Il est intéressant d'utiliser des matériaux à effet mémoire pour faciliter l'ouverture du parachute lorsqu'il sort plié du corps de la fusée. Les suspentes peuvent être réalisées en fil de coton ou avec de la drisse nylon de très faible diamètre (<0.8mm). Elles sont fixées à la canopée grâce à du ruban adhésif (Fig. 6) ou simplement nouées (Fig. 7).

Plus la surface du parachute sera grande, plus la vitesse de posée au sol sera faible préservant ainsi le modèle de tout dommage. Néanmoins augmenter la surface d'un parachute va aussi augmenter la dérive descente du modèle sous l'effet du vent. Un bon compromis se situe autour d'une vitesse de chute de 5 m/s. Le graphique suivant (Fig. 6) donne à titre indicatif le diamètre de canopée à retenir pour atteindre cette vitesse en fonction de la masse de la fusée.

Fig. 6: Vitesse de chute d'une fusée en fonction de la surface de son parachute et de sa masse

Assemblage de la fusée

L’assemblage de la partie haute de la fusée débute par la mise en place d'une cordelette de retenue en nylon de 50cm de long et de 1.5mm de diamètre sur laquelle un double nœud est réalisé (Fig. 1). Celle ci permettra de conserver l'ogive et le compartiment électronique attaché au reste de la fusée lors du dépotage.

Fig. 1: Mise en place de la cordelette
Fig. 2: Mise en place de l'avionique et de la batterie
Fig. 3: Mise en place de l'ogive
Fig. 4: Mise en place de ruban adhésif pour régler la friction à l'éjection

Ensuite il suffit de visser l’ogive sur le compartiment électronique (Fig. 3) après y avoir introduit la carte Berry Rocket Micro Avionic et sa batterie (Fig. 2). L’opération doit pouvoir s’effectuer sans forcer, sinon n’hésitez pas à vérifier qu’il n’y a pas de matière résiduelle sur les 2 filetages et sur les coulisses du compartiment électronique. Cet ensemble doit coulisser sans forcer dans le fuselage sans toutefois tomber lorsque l'on retourne ce dernier. Ce réglage est essentiel pour garantir la bonne extraction du parachute lors du dépotage, il peut être affiner en utilisant du ruban adhésif (Fig. 4).

Avant d’assembler définitivement le corps de la fusée à l’empennage, il faut fixer le câble qui va permettre d’accrocher le parachute. Comme celui-ci sera soumis lors du dépotage à des gaz extrêmement chauds, il est recommandé d’utiliser un bas de ligne de pêche en acier de 30cm que vous pourrez trouver chez un distributeur spécialisé ou sur internet (Fig. 1). Généralement ce petit câble très solide comprend un crochet robuste et un émerillon sur lequel on viendra attacher le parachute.

Fig. 1: Câble parachute
Fig. 2: Mise en place du bouchon.
Fig. 3: Fixation du câble sur l'empennage
Fig. 4: Alternatives au bouchon imprimé en 3D
Fig. 5: Collage du fuselage sur l'empennage à la colle PVC
Fig. 6: Nettoyage de la colle avec un chiffon propre

Ce dernier limitera la rotation de la fusée autour du parachute lors de la descente. Avant d'accrocher ce câble à l'empennage (Fig. 3), il faut ouvrir le crochet (petite boucle) pour le désolidariser du câble et pouvoir enfiler le bouchon (Fig. 2). Celui-ci évite que les gaz chaud du dépotage ne viennent bruler le parachute. Pour assurer cette fonction il est aussi possible d'utiliser un bouchon en liège ou une boule de papier d'aluminium en lieu et place du bouchon imprimé en PLA (Fig. 4).

Une fois ce câble relié à l’empennage (Fig. 3), celui-ci peut être collé au tube avec de la colle PVC (Fig. 5). Lors de l’emboitement des deux parties, une légère rotation des deux pièces permet de répartir uniformément la colle. L’excédent doit être retiré rapidement mais délicatement à l’aide d’un chiffon (Fig. 6). Le colle sèche rapidement et vous pouvez manipuler l’ensemble après quelques minutes.

Principe de fonctionnement et choix du micromoteur

Les micromoteurs sont constitués d’une enveloppe en carton contenant une tuyère, un bloc propulsif, une charge relais et une petite charge d'éjection (Fig. 1).

Eclaté micro propulseur — Fig. 1: Eclaté d'un micropropulseur

Le moteur est allumé par le biais d’un petit inflammateur placé dans sa tuyère et activé électriquement à distance. Ce type de propulseur n’est pas rechargeable, il n’est utilisable qu’une seule fois et brule en quelques fractions de secondes. A l’issu de cette combustion, une charge relais retarde l’allumage d’une petite quantité de poudre noire qui crée une suppression dans le corps de la fusée permettant d’éjecter le parachute. Ce retard n’est pas réglable, il est précisé dans la référence du moteur par les derniers chiffres de sa référence (voir ci-dessous). Il faut donc avoir une idée du temps nécessaire pour que votre fusée atteigne son altitude maximum avant de choisir le propulseur adapté.

De nombreux logiciels de simulation existent pour estimer ce temps de culmination comme Open Rocket, RockSim…

Planète Sciences propose également une feuille Excel, StabTraj assez simple à utiliser dont nous vous recommandons l’usage pour commencer.

Pour choisir son micropropulseur il faut définir sa poussée qui détermine l'altitude atteinte et la durée de la charge relais qui, ajoutée à la durée de combustion du bloc propulsif, doit correspondre au plus près au temps de culmination. Dans ce but, les micropropulseurs possèdent une nomenclature définie comme suit:

une lettre de A, B,C,... qui défini sont impulsion totale c'est à dire le produit de sa poussée moyenne (en Newton) par son temps de combustion (en seconde)


Classe	Impulsion Totale (N.s)
1/2 A	0.626-1.25
A	1.26-2.5
B	2.51-5.00
C	5.01-10.00
D	10.01-20.00

un nombre qui précise sa poussée moyenne (en Newton)
un tiret suivi le plus souvent d'un chiffre qui indique la durée de combustion de la charge relais (en seconde).
- Un zéro indique qu'il n'y a pas de charge relais et le dépotage est immédiat après la combustion du bloc propulsif. Ce modèle est utilisé pour les fusées à plusieurs étages.
- Un 'P' signifie qu'il n'y ni charge relais, ni charge de dépotage. Ce modèle est utilisé pour les boosters.

Les moteurs de classe C5-3 ou C6-3 sont bien adaptés pour la Berry Rocket Mystic.

Un micropropulseur doit être utilisé avec précaution et toujours en présence d’un adulte conscient des risques car les gaz éjectés sont très chauds et la fusée en elle-même peut être dangereuse en cas de trajectoire erratique ou de retombée (lorsqu’elle n’est pas suffisamment ralentie).

Stabilité et guidage de la fusée

Pour qu’une fusée présente une trajectoire idéale, il est nécessaire qu’elle soit stable c’est-à-dire qu’elle conserve sa trajectoire même lorsqu’elle est soumise à une perturbation extérieure comme une rafale de vent par exemple. Cette fonction est assurée principalement par les ailerons qui ne doivent être ni trop petits, ni trop grands et placés plutôt à la base de la fusée. La Berry Rocket Mystic est stable par conception donc il n’est pas nécessaire de vérifier sa stabilité. Par contre, si vous souhaitez modifier ses dimensions il est important de vérifier que votre modèle est toujours stable. Le calcul de la stabilité d’une fusée est complexe mais de nombreux logiciels gratuits existent sur internet comme Open Rocket ou StabTraj .

Les fusées qui envoient des satellites dans l’espace n’ont souvent pas d’ailerons (ou des ailerons très petits) car elles possèdent un système de guidage complexe qui oriente la tuyère du propulseur pour corriger leur trajectoire. Sur les microfusées et les fusées sondes on préfère utiliser des ailerons car ils sont beaucoup plus simples à réaliser qu'un système de guidage. Par contre, pour qu’un aileron soit efficace, il faut que la fusée évolue dans un air relativement dense avec une assez grande vitesse. C’est pourquoi il est nécessaire de guider la micro fusée durant le premier mètre de sa trajectoire à l’aide d’une rampe. Ainsi, en sortie de rampe la fusée aura suffisamment de vitesse pour que ses ailerons soient efficaces.

Auteur: Nicolas VERDIER pour BerryRocket.com

Licence: CC-BY-NC 4.0