Comment prédéterminer les performances (vitesse et accéléraion) d'une voiture télécommandée si la voiture est allégée?
Objectif
Montrer aux élèves que sans avoir les systèmes matériels (en vrai!) il est possible de prédéterminer des performances et de dimensionner les constituants
Durée
L'activité se déroule sur 2 semaines à raison de 2H par semaine.
Déroulé de l'activité
Cette activité est articulée autour de 2 sous-activités :
Sous-activité 4.1 : Déterminer la vitesse maximale du bras de manège pour éviter l'évanouissement.
Sous-activité 4.2 : Quantifier l'impact sur l'accélération et la vitesse de la voiture Tamiya électrique dans le cas d'un allègement de masse.
Les deux sous-activités sont disjointes de la thématique globale relative à la tourelle Pan-Tilt. Elles ont pour objectif de montrer un aperçu des activités qui pourraient être menées sans le cadre d'un enseignement de
sciences de l'ingénieur (Bacs Sciences de l'ingénieur et Sciences Technique Industriel de Développement Durable).
Sous-activité 4.1 : Déterminer la vitesse maximale du bras de manège pour éviter l'évanouissement.
Nous désirons déterminer la vitesse maximale du bras pour éviter l'évanouissement des personnes présentes dans la nacelle. Nous rappelons que l'évanouissement n'est
lié à la vitesse mais à l'accélération subie par les passagers. La nacelle tournant parfois en même temps que le bras, cela entraîne une accélération
susceptible de dépasser la valeur maximale de 6g imposée pour les manèges. (1g = 9,81 m/s²).
Pour vos essais, vous animerez la nacelle d'une vitesse constante et déterminerez la vitesse maximale à ne pas dépasser pour ne pas excéder 4g.
Nous estimons la longueur de bras à 20 m (10 m de part et d'autre), celle de la nacelle à 3 m et celle du mât de 15 m.
La rotation du bras par rapport au mât est de 10 tr/min maximum.
Attention : la nacelle peut tourner dans les deux sens de rotation. Vous devrez donc procéder aux deux essais.
La question que vous vous posez est : "Comment faire quand on a aucune base scientifique de cinématique ?"
Nous vous invitons à regarder la vidéo ci-contre tout en reproduisant au fur et à mesure les manipulations réalisées dans la vidéo.
Pour cela ouvrir le logiciel SolidWorks.
Une fois la maitrise du concept et de l'outil acquise vous serez en mesure de satisfaire au cahier des charges énoncé plus haut.
Si vous avez des difficultés à obtenir le même résultat que la vidéo explicative, prenez le temps de visionner cette dernière vidéo
Si malgré cela vous n'arrivez pas à réaliser le modèle en représentation schématique, vous pouvez le télécharger iciSous-activité 4.2 : Quantifier l'impact sur l'accélération et la vitesse de la voiture Tamiya électrique dans le cas d'un allègement de masse.
Nous souhaitons prédéterminer les nouvelles performances cinématiques de la voiture radio-télécommandée Tamiya pour la modification suivante :
Dans un but esthétique, nous souhaitons remplacer la carroserie actuelle(en plastique ABS) par une belle carroserie en fer à l'ancienne.
Cependant si les performances s'en trouvent diminuées (ce qui est prévisible) il faudra trouver une solution pour que les performances soient de
nouveau acceptables.
Avant d'envisager l'utilisation du modèle multiphysique, il est cependant nécessaire de vérifier certains paramètres du modèle.
Nous vous invitons dans un premier temps à prendre connaissance de la vidéo ci-contre de présentation la voiture Tamiya.
Il est temps à présent de comprendre le modèle multi-physique. Imprimer le document suivant
et à partir de la vidéo ci-contre indiquer très distinctement où sont modélisés :
La batterie,
Le moteur à courant continu,
Les engrenages,
La rotation des roues sur le sol,
La résistance au déplacement de la voiture.
Tentez une explication de ce que réprésente l'élément repéré "J" dans le modèle multi-physique.
Assez de théorie.. c'est quand la pratique?
Maintenant! Prenez le temps de visionner la vidéo ci-contre et réalisez au fur et à mesure sur le logiciel "OpenModelica"
l'ensemble des manipulations proposées dans la vidéo.
Le modèle est téléchargeable ici
Modifier les paramétrages du modèle pour qu'ils soient conforment au document ci-contre puis déterminer la vitesse maximale atteinte ainsi que le temps mis par la voiture pour atteindre cette vitesse.
Peser la voiture et modifier le cas échéant le modèle multi-physique. En déduire les nouvelles performances cinématiques.
Le ratio "roue" est exprimé en rad/m. Il correspond au nombre de radians effectués par la roue pour un mètre parcouru. Proposer un protocole expérimental à partir de la voiture réelle pour vérifier ce ratio.
On se propose à présent de remplacer la carroserie actuellement en ABS (plastique si vous préférez) par une carroserie en fer dans le but de donner à cette voiture un style "rétro". Il vous faudra vérifier les nouvelles performances cinématiques après modification.
Vous comprennez bien que le fait de modifier le matériau de la carroserie va changer la masse de la voiture. Vous allez utiliser le logiciel SolidWorks pour déterminer la nouvelle masse de la carosserie.
Nous vous invitons dans un premier temps à visionner la vidéo ci-contre qui vous explique comment modifier les matériaux dans un modèle volumique et d'en déduire la nouvelle masse.
Le modèle volumique SolidWorks de la carrosserie est téléchargeable ici
Réaliser un tableau permettant de consigner les informations suivantes:
La masse de la carrosserie réelle,
La masse de la carrosserie selon le modèle volumique.
Comparer les deux masses obtenues et définir le cas échéant un coefficient correcteur.
Modifier l'ABS par du Fer dans le modèle volumique de la carrosserie puis ré-investir les résultats précédents pour déterminer les nouvelles performances cinématiques de la voiture Tamiya.
