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 vols 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 30 cm de longueur et de 32 mm 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)
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Fig. 1: Outil de découpe et de ponçage (MicroTool)
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Fig. 2: Découpe du tube avec l'outil MicroTool
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Fig. 3: Ponçage du tube pour une finition parfaite
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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).
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Fig. 1: Impression de l'ogive
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Fig. 2: Filetage à conserver en cas de modification de l'ogive
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Fig. 3: Impression de l'empennage
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Fig. 4: Impression des autres pièces (sans support ni bords)
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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). La pièce centrale sans ailerons est disponible ici. 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 de plastique souple ou en tissu, attachée sur un coté à la fusée (Fig. 1). Durant la chute, la banderole faseille et ralentie 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).
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Fig. 1: Banderole en polyéthylène
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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 et la masse de la fusée sont les paramètres qui définissent principalement la vitesse de descente de la fusée (Fig. 4).
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Fig. 3: Parachute
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Fig. 4: Calcul de la surface du parachute en fonction de sa forme
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Fig. 5: Matériaux possibles pour la réalisation de la canopée
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Fig. 6: Attache d'une suspente à l'aide d'un nœud sur un parachute en tissu
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Fig. 7: Attache d'une suspente à l'aide d'un œillet autocollant sur un parachute en polyéthylène. La suspente fait une boucle sous l'œillet pour améliorer la tenue mécanique.
Plusieurs matériaux sont utilisables pour la canopée comme le polyéthylène (sac poubelle par ex), le film mylar qui est plus résistant et brillant au soleil (couverture de survie) ou certains 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. 7) ou simplement nouées dans un trou dont il est préférable de renforcer les bords (Fig. 6).
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. 8) donne à titre indicatif la vitesse de chute de la fusée en fonction de sa masse et de la surface de la canopée.
Assemblage de la fusée
Avant d’assembler définitivement le corps de la fusée à l’empennage, il faut fixer une cordelette de retenue en Kevlar de 80 cm de long et de 1 à 1.5mm de diamètre 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 une cordelette en Kevlar que vous pourrez trouver chez un distributeur spécialisé ou sur internet (Fig. 1). Pour éviter que les gaz chauds éjectés ne brulent le parachute lors de l'éjection, une forme spéciale en hélice a été donnée à l'emboitement de l'empennage.
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Fig. 1: Cordelette en Kevlar de 1.1mm de diamètre, 100kg de tenue mécanique et point de fusion à 450°C
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Fig. 2: Fixation de la cordelette sur l'empennage à l'aide d'un double noeud
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Fig. 3: Collage du fuselage sur l'empennage à la colle PVC
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Fig. 4: Nettoyage de la colle avec un chiffon propre
Une fois ce câble relié à l’empennage (Fig. 2), celui-ci peut être collé au tube avec de la colle PVC (Fig. 3). 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. 4). La colle sèche rapidement et vous pouvez manipuler l’ensemble après quelques minutes.
L’assemblage de la partie haute de la fusée débute par l'insertion de la cordelette dans le compartiment électronique par l'orifice prévu à cet effet. Un double nœud est ensuite réalisé pour la maintenir en place (Fig. 1). Cette opération permettra de conserver l'ogive et le compartiment électronique, attaché au reste de la fusée lors du dépotage.
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Fig. 1: Mise en place de la cordelette
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Fig. 2: Mise en place de l'avionique et de la batterie
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Fig. 3: Mise en place de l'ogive
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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).
La dernière étape du montage consiste à attacher le parachute à la cordelette en Kevlar. Pour se faire, il suffit de faire un nœud sur la cordelette à mi longueur pour dégager un anneau (Fig. 1) dans lequel on peut glisser un émerillon (Fig. 2). Ce dernier découple le parachute du reste de la fusée en lui permettant de tourner librement autour de son axe. Enfin les suspentes du parachute peuvent être nouées directement dans la bouche de la cordelette ou de l'émerillon en fonction de l'option retenue (Fig. 3).
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Fig. 1: Réalisation d'une boucle sur la cordelette
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Fig. 2: Fixation d'un émerillon (facultatif)
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Fig. 3: Fixation des différents éléments
Les pièces en PLA et le tube en PVC du fuselage peuvent être peints ou vernis afin de personnaliser votre fusée et lui donner l'aspect souhaité. L'utilisation de peintures en bombe aérosol donne les meilleurs résultats. Il est également possible d'utiliser des feuilles transparentes autocollantes pour réaliser des marquages ou logos. Le PLA est un matériau très intéressant pour réaliser les pièces de vos Berry Rocket mais il se déforme sous l'effet de la chaleur. Il est donc conseillé de toujours placer votre fusée sur un support vertical ou à l'horizontal en évitant toute contrainte sur les ailerons et le fuselage. La figure ci-dessous propose un support mi PLA mi Plexiglass vertical du plus bel effet!
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).
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 brûle 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 son 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 a 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