Conception de la coque

Une fois réalisée la structure interne, il nous a fallu travailler à la structure externe, à savoir la coque et l'ogive.

Objectifs principaux :

• Aérodynamisme : la coque doit permettre d’une part d’éviter autant que possible d’éventuels trous dans la fusée qui pourraient engendrer des turbulences, d’autre part une meilleure pénétration dans l’air.

De plus la coque permet de protéger les composants électroniques présents dans la fusée.

• La coque de la fusée n’est pas porteuse. Cette fonction étant assurée par la structure interne (bagues et barres). Cependant la coque permet d’améliorer certains paramètres imposés par le cahier des charges donné par le CNES. Par exemple la flèche doit être inférieure à 1% et chaque élément de la fusée doit pouvoir supporter une compression équivalente à F = 2 * accélération * masse de la partie supérieure.

• Enfin le propulseur dont on dispose limite la masse totale de la fusée à 8kg. Il faut donc que la coque n’augmente pas trop la masse de la fusée.

Pour cette partie du projet nous avons travaillé en étroite collaboration avec Michelle Salvia enseignant-chercheur au laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes de l'Ecole.

Solutions envisagées :

Nos différentes discutions avec Planète Sciences et Michelle Salvia nous on mené à retenir deux solutions pour la coque de la fusée :

• Tube en PVC consistant en un simple tube de tuyauterie
• Matériau composite comme la fibre de verre ou de carbone

	PVC	Composite
Avantages	Peu cher Pas de problème de moulage. En effet le tube est déjà tout prêt à être assemblé.	Léger Résistant Possibilité de donner de nombreuses propriétés suivant les besoins
Inconvénents	Pas de tenue importante à la chaleur. Cela est un problème non négligeable pour la partie de coque située en bas de la fusée où la montée en température sera importante lors de la phase de propulsion	Difficulté de mise en œuvre liée à la nécessité de moulage Matériau cher

Solution retenue:

Michelle Salvia nous a proposé de nous fournir de la fibre de carbone pré imprégnée (le tissu contient la fibre de carbone et la résine), bidirectionnelle (les fibres sont orientées suivant deux directions perpendiculaires).Cela élimine le principal inconvénient du composite. Nous avons donc choisi de fabriquer notre coque en fibre de carbone.

Restent cependant plusieurs problèmes à régler :

• Comment donner la forme d’un cylindrique de diamètre 100 mm au tissu ?
• Comment fabriquer l’ogive ?
• La résine est elle ou non a flux contrôlé ?

La fibre doit être portée à 120°C afin de polymériser. Il faut donc trouver une matrice qui résiste à 120°C. Dans un souci d’économie et de simplicité nous avons tout d’abord opté pour un tuyau en PVC vendu dans les magasins de bricolage. Les premiers tests sur de courts tronçons de tuyau semblaient montrer que le PVC résiste à une température de 120°C pendant plus d’une heure. Nous avons donc décidé de faire un premier essai de moulage.

Lors du premier essai le tube de PVC s’est déformé sous son propre poids. Le PVC s’avère donc ne pas être assez résistant à 120°C pour l’utilisation voulue. Par conséquent nous avons changé de matrice pour un tube en dural de diamètre 100 mm. Cela perturbe légèrement le planning mais nous n’avons pas eu le choix. Ce problème réglé nous avons choisi de fabriquer la coque avec deux couches de fibre de carbone. La première couche aide à améliorer la flèche c’est pourquoi nous avons décidé de placer les fibres à 0°-90°. La deuxième couche évite la torsion de la fusée. Pour cela nous plaçons les fibres à ±45°. Enfin pour améliorer la surface de la coque nous avons fait en sorte de ne pas superposer les joints des deux couches.

Une partie de la coque que nous avons réalisé.

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Thomas, qui porte remarquablement bien l'ogive...

Pour l'ogive, les perspectives n'étaient guere réjouissantes... La fabrication de cette partie de la structure externe necessite en effet la réalisation d'un moule et d'un contre-moule. La fibre doit être déposée sur le moule, puis on place le contre-moule et on met à l'étuve. Sachant que la température de l'étuve est de 120°C, l'usage de bois est particulièrement difficile à gérer.

Finalement la chance a été avec nous. Lors d'une réunion Planète-Sciences à Paris, un membre d'un autre club (le STS pour ne pas le citer) nous a donné un bon conseil. Dans certains magasins de grande distribution, on pouvait trouver un crayon géant en carton doit la mine est de forme ogivale en plastique thermoformé, de diamètre 100mm. L'idéal pour nous!
Le lendemain Cyrille est allé acheter ce crayon, pour obtenir un ogive du type "Winnie l'ourson".

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