Mini Origin

Description

La Berry Mini-Origin est une mini fusée d'environ 70cm qui permet de s’initier aux techniques de construction d’une véritable fusée. Propulsée par des propulseurs CESARONI P29 1G elle est mise en œuvre avec l'aide du CNES et de Planète Sciences, elle peut atteindre une altitude de 400m!

La Berry Mini-Origin est conçue pour être accessible aux débutants tout en offrant des possibilités d'apprentissage avancées. Elle est idéale pour des projets du lycée jusqu'en école d'ingénieur ou pour les passionnés débutants à confirmés.

Caractéristiques Techniques

Moteur: Cesaroni Pro29-1G (voir § "fonctionnement et caractéristiques du moteur CESARONI").
Ralentisseur: Parachute extrait par un dispositif électromécanique (voir § "dimensionnement et fabrication d'un ralentisseur").
Électronique embarquée: La fusée est équipée d'un système électronique BR Interface 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 Mini-Origin dans le cadre d'une campagne de lancement organisée par le CNES et Planète Science car, en France, la mise en œuvre de ce type de moteur doit impérativement être réalisée par une personne habilitée.

Notice de montage

Réalisation du corps porteur et découpe de la porte

Le corps de la fusée (ou fuselage) est réalisé avec un tube de PVC de 70cm de longueur et de 50mm de diamètre. Attention il faut choisir du tube de descente PVC destiné à la réalisation de gouttière 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 l'outil MiniToolDoor.stl (Fig.1).

Cet outil imprimé en PLA permet de guider la découpe du tube du fuselage et de la porte. Pour cela il suffit de l'enfiler en force dans le gabarit avec un léger débord de quelques centimètres (Fig. 2). Ensuite, à l'aide d'une petite perceuse ou d'une chignole manuelle, percer les trois trous des vis de fixation du fond avant de la case parachute avec un forêt de 2mm (Fig. 3). Y placer 3 vis pour maintenir le tube solidaire du gabarit (Fig. 4). Percer également les 2 trous de fixation du fond arrière. Ensuite, à l'aide d'une scie à métaux découper le tube au niveau du plan de coupe en maintenant l'ensemble sur le bord d'une table ou d'un établi (Fig. 5). Poncer enfin le bord du tube avec une cale à poncer en s'appuyant sur le plan coupe (Fig. 6).

Fig. 2: Emmanchement du tube dans le gabarit
Fig. 3: Perçage des trous de 2mm
Fig. 4: Mise en place des 3 vis M2.5x10 pour bloquer le gabarit
Fig. 5: Découpe du tube PVC
Fig. 6: Ponçage du tube PVC

La découpe de la porte est l'opération la plus délicate, elle nécessite beaucoup de soin. Pour cette opération, utiliser un jeu de cutter adapté (Fig. 1). Il est impératif de porter des gants et de ne jamais se trouver dans l'axe de découpe pour réaliser cette opération. La découpe s'effectue par passages successifs sur le bord intérieur du gabarit sans forcer (Fig. 2). Les découpes rectilignes s'effectuent avec le cutter à lame large (Fig. 2a) alors que les arrondis nécessitent un scalpel (Fig. 2b). Il faut compter une bonne heure pour découper la porte et, si le travail est réalisé avec soin, les deux parties sont utilisables (Fig. 3). Si toutefois la découpe abime la porte, il est possible d'imprimer cette dernière mais le rendu final sera moins bon. Une fois la porte découpée, poncer les bords intérieurs du tube et les bords extérieurs du fuselage (Fig. 4).

Fig. 1: Cutters nécessaires pour la découpe de la porte
Fig. 2a: Découpe des flancs de la porte au cutter large
Fig. 2b: Découpe des angles de la porte au scalpel
Fig. 3: Porte découpée
Fig. 4: Ponçage de la porte

Après avoir réalisé la découpe de la porte, il faut couper le tube à la longueur souhaitée. Le fuselage d'une Berry Mini Origin standard mesure 70cm mais vous pouvez modifier cette cote pour personnaliser votre fusée. Faire une marque au stylo à la longueur souhaitée (Fig. 1) et glisser le gabarit jusqu'à celle-ci. Découper et poncer le tube à cet endroit comme pour la partie avant (Fig. 2). Poncer l'extrémité découpée (Fig. 3), décaler ou ôter le gabarit de découpe de la porte pour ébavurer avec du papier de verre les 2 cotés du tube pour obtenir une portée impeccable! (Fig. 4).

Fig. 1: Utilisation d'un mètre à ruban pour marquer la longueur du fuselage
Fig. 2: Réutilisation du gabarit pour la découpe
Fig. 3: Ponçage du tube
Fig. 4: Ebavurage des 2 cotés du tube

La dernière étape consiste à découper les fentes permettant le passage des ailerons. Pour cela, emmancher le gabarit MiniToolFins.stl à l'extrémité arrière du tube comme indiqué sur la Fig. 1. Tourner la pièce pour faire en sorte que les ailerons ne soient pas l'axe de la porte en vous aidant des méplats sur les gabarits (Fig. 2). Ceci est très important pour éviter que l'ouverture du parachute ne soit gênée par les ailerons. Bien vérifier que le gabarit est en butée et percer quatre trous avec le foret de 2mm (Fig. 3). Placer 4 vis M2.5 dans les trous pour maintenir le gabarit en place (Fig. 4). Procéder avec prudence à la découpe des fentes avec le même soin et les mêmes protections que pour la porte. Seul le cutter à lame large sera ici utilisé. Lorsque les fentes sont découpées, enlever le gabarit et ébarber avec un morceau de papier de verre (Fig. 5). Votre fuselage est terminé!

Fig. 1: Mise en place du gabarit de découpe des ailerons
Fig.2: Alignement du gabarit de découpe des ailerons
Fig. 3: Perçage des trous de fixation de la virole
Fig. 4: Mise en place des vis de maintien
Fig. 5: Découpe des fentes des ailerons à l'aide du cutter à lame large

L'association BerryFactory a développé une CNC 5 axes dédiée à la découpe délicate des portes latérales et des fentes des ailerons. Vous pouvez vous procurer un tube prédécoupé sur notre boutique en ligne.

Réalisation des pièces en impression 3D

Mis à part les ailerons, 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 sur le plateau (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 le compartiment électronique. Ce dernier s’imprime dans la position indiquée ci dessous avec un bord et du support uniquement en regard du plateau avec l'agrafe permettant le maintien de la batterie dans son logement (Fig. 2).

La case parachute est délimitée par une pièce avant recevant le servocommande et une seconde pièce à l'extrémité arrière de la porte (coté propulseur) vissée sur le fuselage central. Ces deux pièces sont à imprimer avec un remplissage entre 20% et 30% avec du support partout en épargnant le filetage si possible pour la pièce recevant le servo (Fig. 3). La plupart des trancheurs disposent d'une fonctionnalité "bloqueur de support" dans ce but (le cube gris sur la Fig. 3 permet de définir un volume sans support).

La dernière pièce à imprimer est la virole qui maintien en place les ailerons. Cette pièce est également imprimée avec la même densité de remplissage mais sans support ni bord (Fig. 4).

Fig. 1: Impression de l'ogive
Fig. 2: Impression de la case expérience
Fig. 3: Impression des pièces de la case parachute
Fig. 4: Impression de la virole

Réalisation des ailerons

Les ailerons de la Berry Mini Origin sont réalisés à partir de deux éléments découpés au laser et emboités à 90°. Différents types de matériaux de 3mm sont utilisables mais les meilleurs résultats sont obtenus avec du PEHD. Ce matériau est à la fois solide et souple. L'usage du bois reste possible à condition d'opter pour du contreplaqué en peuplier ou en bouleau pour garantir une tenue mécanique suffisante. Le PMMA (Plexiglas) est également une option; ce matériau bien que plus cassant que le PEHD est néanmoins transparent et peut donner l'illusion d'ailerons plus petits lorsque l'on veut réaliser une maquette à l'échelle par exemple.

Enfin, le PVC expansé peut être une bonne alternative si vous n'avez pas accès à une découpeuse laser car il est assez facilement découplable au cutter. Par contre, il ne faut surtout pas découper ce matériau au laser car les gaz chlorés dégagés sont très nocifs.

Le gabarit de découpe des ailerons de la BerryRocket Mini est disponible ici au format .dxf. Vous pouvez modifier la taille des ailerons pour personnaliser votre fusée mais, dans ce cas, il faudra vérifier sa stabilité (voir § Stabilité et guidage de la fusée ci-dessous). Il est toutefois nécessaire de conserver l'empreinte interne des ailerons pour garantir le maintien du propulseur ainsi que l'emplanture de 150mm pour la robustesse globale de l'empennage.

Fig. 1: Empennage de la Berry Rocket Mini
Fig. 2: Gabarit de découpe des ailerons

Dimensionnement et réalisation du ralentisseur

Assemblage de la fusée

L'assemblage de la Berry Mini débute par l'empennage en emboitant les ailerons à 90° (Fig. 1). Il n'est pas nécessaire de coller ces éléments. L'ensemble est ensuite glissé dans le tube du fuselage (Fig. 2). Il est parfois nécessaire d'agrandir légèrement l'extrémité des fentes au cutter pour faciliter l'emboitement. La virole est ensuite mise en place en veillant à ce que les ailerons se placent bien dans les fentes prévues à cet effet (Fig. 3).

Fig. 1: Assemblage des ailerons (ici en PMMA)
Fig. 2: Fixation des ailerons sur le fuselage
Fig. 3: Mise en place de la virole
Fig. 4: Fraisage manuel des trous
Fig. 5: Le résultat!
Fig. 6: Mise en place des vis de maintien

L'opération suivante consiste à biseauter les trous sur le tube du fuselage réservés aux vis M2.5 à l'aide d'un forêt de 5mm. Il est indispensable d'effectuer cette opération manuellement en appuyant le moins possible pour ne pas enlever trop de matière d'un seul coup (Fig. 4 et 5). L'usage d'une perceuse / visseuse est proscrite. Enfin, visser le fuselage sur la virole à l'aide des 4 vis M2.5x6 à tête fraisée (Fig. 6). Afin de masquer les imperfections des découpes du fuselage au niveau des ailerons il est possible de réaliser un joint avec de la colle ou bien du mastic acrylique. Après séchage, ce matériau peut être poncé et permet un jointement parfait entre les ailerons et le fuselage.

Fonctionnement et caractéristiques du moteur CESARONI

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 Mini Origin 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 minifusées 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 minifusée 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