Justifiez le choix du matériaux de l'axe du power up

En vous aidant du document technique DT2, indiquez le choix du matériau pour l'axe.

Lancez le logiciel CES Edupack et choisissez le niveau 2.

Choisissez Univers des matériaux--> Hybrides-->Polymériques-->Composites renforcée de fibre de carbone

Relevez la masse volumique de ce matériau.

Un autre type de matériau léger est l'alliage d'aluminium. De la même façon relevez sa masse volumique.

Comparez les deux masses volumiques et concluez quand à l'intérêt de choisir une fibre de carbone.

Relevez la plage de la limite élastique.

Donnez les avantages et les inconvénients de ce la fibre de carbone. Indiquez deux exemples d'utilisation dans le sport de matériau et expliquez pourquoi il y est choisi.

Justifiez ce choix dans le cas du Power Up

Vous avez relevez la plage d'évolution de la limite élastique de la fibre de carbone. Donnez la valeur moyenne de cette plage.

Lorsque l'avion vole à vitesse constante on dit qu'il est en équilibre, on alors la relation suivante entre la poussée et la trainée : 

Poussée + Trainée = 0

Sur le document DT1, relevez la trainée maximale pour un angle de 5°

En déduire la valeur de poussée maximale en N.

Lancez le logiciel Solidworks et créez un nouveau document pièce.

Modélisez la pièce suivante : 

Lancez OUTILS -->PRODUITS XPRESS-->Simulation Xpress

Cliquez sur SUIVANT : 

Cliquez sur DEPLACEMENT IMPOSE :

Sélectionnez le cylindre à l'extrémité de la barre, puis cliquez sur la coche verte pour valider :

Cliquez sur SUIVANT :

Cliquez sur AJOUTER UNE FORCE

Sélectionnez l'autre extrémité (cercle) du cylindre pour ajouter une force. Saisissez la valeur de 0,2N (la valeur de poussée maximale que vous avez trouvé précédemment). Cliquez sur la coche verte pour valider.

Cliquez sur SUIVANT :

Cliquez sur CHOISIR UN MATERIAU

Dans le partie de gauche de la fenêtre qui s'ouvre, faire un clic droit et choisir Nouvelle Bibliothèque

Donnez lui le nom de FIBRE DE CARBONE et enregistrez la.

Sélectionnez FIBRE DE CARBONE et faites un clic droit --> Nouvelle Catégorie

Sélectionner NOUVELLE CATEGORIE et faites un clic droit --> NOUVEAU MATERIAU

Donnez lui le nom de FIBRE DE CARBONE.

Complétez le tableau de droite avec les informations suivantes :

Cliquez sur APPLIQUEZ puis FERMER

Cliquez de nouveau sur SUIVANT puis EXECUTER LA SIMULATION

Cliquez sur OUI, CONTINUER

Cliquez à gauche sur STRESS (contrainte) VON MISES, puis sélectionner Montrer. Vous obtenez :

La contrainte donne la répartition de la force exercée (en l'occurrence ici la poussée) en chacun des points de la matière qui constituent la pièce.

En vous aidant de l'échelle de couleur, relevez la valeur de la contrainte maximale.

Relevez la valeur de la limite élastique

La pièce est supposée résister si la contrainte maximale ne dépasse pas la limite élastique, est ce le cas ?

Entre mars 2015 et juin 2016, les pilotes Bertrand Piccard et André Broschberg ont réussi un tour du monde historique en avion à énergie solaire, le Solar Impulse 2, un appareil autonome en énergie et silencieux. Volant de jour comme de nuit (grâce aux batteries) et sans carburant, l’avion a parcouru plus de 43 000 km en 600 heures de vols effectifs, répartis sur 17 étapes en solitaire (au lieu de 13, prévues initialement).

Le Solar Impulse 2 est basé sur des technologies récentes, comme les cellules photovoltaïques, les batteries au lithium-polymère et les matériaux ultralégers en fibre de carbone. Afin que le projet aboutisse, chaque élément de l'avion a été conçu et optimisé pour réduire la masse de l'avion, augmenter son aérodynamisme, réduire sa consommation d'énergie et maximiser le rendement des cellules photovoltaïques.

Pour garantir la sécurité et permettre l’autonomie énergétique du Solar Impulse, des études ont été menées pour optimiser le rapport poids/résistance de la structure.

Du point de vue énergétique, 17 248 cellules solaires sont nécessaires. Cela signifie une surface d’aile de 200 m² et impose une envergure d’ailes de 72,3 m. La masse critique totale de l’avion à ne pas dépasser a été fixée à 2 500 kg. Pour atteindre cette masse, deux pistes de travail ont été menées conjointement :

- une recherche du matériau optimum ;

- une étude de la structure.

Les éléments les plus sollicités de la structure sont les deux ailes constituées d’un longeron en trois tronçons collés les uns aux autres et de 120 nervures reparties tous les 50 cm qui donnent le profil aérodynamique.

A l’aide du DTS1, justifier le choix d’un matériau composé de mousse et de fibres de carbone pour le longeron.