Activités2 : Comment déterminer la forme d'un constituant du système ?
La conception du bras liant le châssis au bloc propulseur, en
tant que traduction de fonctions techniques en surfaces de
contact et en volume de matière, ne peut se dissocier du
choix des matériaux et de leur résistance.
Comment concevoir la forme du bras en conciliant
masse et déformation ?
◆ Conception du bras
On s'intéresse à la conception du bras dont les dimensions sont imposées par la géométrie du drone et le positionnement des moteurs. Le concepteur, à partir du matériau choisi [activité 1], dessine une forme à l'aide d'un logiciel de modélisation volumique [document 7]. |  |
Les paramètres de vol du drone imposent des efforts en bout de bras à l'origine d'une déformation des bras qui doit être maîtrisée pour la stabilité du vol afin de ne pas modifier la géométrie du drone et le positionnement des moteurs [document 8].
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La valeur de l'effort en bout de bras (7,5 N) a été obtenue après avoir isolé le drone, réalisé un bilan des actions mécaniques extérieures et écrit le théorème de la résultante dynamique en projection sur l'axe vertical [activité 3] :
Soit pour un moteur avec m = 2 kg, g = 9,81 m·s –2 , a = 0,5 g :
La forme étant définie, il est indispensable de rechercher le meilleur compromis entre la masse et la rigidité de façon à répondre aux obligations de maîtrise de la déformation des bras. Une simulation numérique permet de quantifier la déformation des bras et de comparer les réponses des différentes structures (les moteurs doivent rester dans le prolongement horizontal du bras). On compare une structure massive à une structure progressivement allégée jusqu'aux limites de la déformation acceptable [document 9]. |  |
◆ Résultats de simulation et conclusion
Le gain de masse entre la structure massive et la structure allégée est important ; il est de l'ordre de 60 %, ce qui donne pour 4 bras un gain de masse de 135,5 g (cela représente la masse d'un accessoire tel qu'un GPS). L'augmentation (37,5 %) de la déformation du bras entre le bras massif et le bras allégé est quant à elle tout à fait acceptable pour la stabilité du vol ; elle reste largement inférieure à la limite fixée.
◆ Travail à faire :
Méthode : Exploiter les données de l'accéléromètre
Recherchez et proposez une autre forme de structure de bras qui pourrait répondre aux mêmes exigences.
Quelle va être l'influence d'un déplacement trop important du bloc propulseur en bout de bras en vol stationnaire ?
Dans une démarche d'écoconception, qu'apporte un gain de masse sur un produit statique, puis sur un produit dynamique (en mouvement) ?
