Antoine Choinière du groupe 446 a fait preuve d’une rigueur exceptionnelle en travaillant depuis 2021 à l’élaboration de son projet pour Expo-Sciences. Il fait partie des 4 élèves qui nous représenteront en mars prochain à la finale régionale d’Expo-Sciences Hydro-Québec. Nous lui avons demandé de nous décrire son projet.
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Le contrôle de la stabilité d’une fusée à grande échelle ainsi qu’à petite échelle peut être fait de plusieurs manières. Cette stabilité, à l’échelle miniature, est souvent acquise à l’aide d’ailerons. Cependant, le contrôle de la trajectoire de la fusée ne peut être atteint à l’aide de cette solution passive. C’est pour cette raison que la plupart des fusées utilisent des solutions de contrôle dynamique comme la vectorisation de la poussée ou des roues de réaction.
Mon projet consiste en la conception, la construction et en une série de tests d’une fusée miniature qui utilise la vectorisation de la poussée pour qu’elle maintienne une trajectoire la plus verticale possible. Cette approche consiste à modifier l’angle d’un moteur chimique miniature, ce qui engendre la création d’une force de rotation sur la fusée. Un ordinateur de bord conçu sur mesure et contenant mon logiciel de contrôle dynamique permet d’estimer l’angle de la fusée et de traiter cette information à l’aide d’un contrôleur PID (Proportionnel Intégral Dérivatif) pour obtenir l’angle optimal du moteur. Le mouvement du moteur est permis par un mécanisme de vectorisation de la poussée imprimé en 3D qui contient deux moteurs capables de tourner le moteur à l’angle optimal calculé par l’ordinateur.
L’angle optimal du moteur est mis à jour une fois à chaque 3,5 millisecondes, soit environ 300 fois par seconde. Le comportement du contrôleur PID est caractérisé dans une simulation afin de prévenir un échec inutile lors d’un test en vol. Ce processus de test en vol est facilité par l’enregistrement de l’état de la fusée, qui est fait 300 fois par seconde. Cet état contient des données telles que l’altitude, l’angle de la fusée dans les trois axes, l’accélération dans les trois axes et la phase du vol. Il est donc possible de réviser le comportement de la fusée plus précisément.
Après la détection de combustion complète du moteur, l’ordinateur déclenche une petite charge pyrotechnique dans la section supérieure de la fusée, ce qui augmente la pression sous un piston qui éjecte trois parachutes afin d’assurer le retour sécuritaire de la fusée au sol.
La fusée complète mesure 92.9 cm en pèse 0.968 kg. Les matériaux principaux sont le plastique pour les pièces imprimées en 3D et un tube cartonné pour le fuselage.
En conclusion, mon projet consiste à estimer l’angle d’une fusée par un ordinateur de bord et à modifier l’angle de son moteur afin que la trajectoire se corrige de la manière la plus efficace possible.
