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Vol du planeur infini

Avez-vous​ déjà fait voler un avion en papier ? Avez-vous​ réussi à le maintenir en l’air plus de 5 minutes ? Notre groupe de PSE s’est d’abord intéressé à des vidéos YouTube où l’on voyait de nombreuses personnes réussir à garder l’avion en l’air indéfiniment. Nous avons compris qu’il s’agissait d’un phénomène de vol de pente, très utilisé par le passé pour le parapente. Voici donc notre étude du phénomène :

Lien vers le protocole d’étude de la stabilité de l’avion en soufflerie :
protocole_pse
et voici les dimensions de l’avion utilisé :
dimension avion PSE
Lien vers le protocole de détermination l’angle d’incidence optimal de vol de notre planeur :
protocole-balance-aérodynamique

Figures

Plissements sous compression

Protocole général

    • Installation de la bicouche sur l’étireuse 1D
      – fabrication de la base
      – dépôt de la membrane sur la base
      – étirement de l’ensemble
      – réticulation de la membrane
    • Installation de l’appareil photo au dessus du montage
    • Relâchement progressif de l’étirement
    • Application de rayons de courbure

Les photos sont traîtées sous imageJ afin d’en extraire les longueurs d’onde des plis (outil “plot profil”), ainsi que l’épaisseur de la membrane.

Protocole détaillé

Etireuse 1D

L’étireuse utilisée est constituée d’une structure carrée en aluminium. Des pinces plates sont fixées de part et d’autre de la structure. Ces pinces peuvent être déplacées de façon indépendante. Ce déplacement unidirectionnel est contrôlé par des vis micrométriques.
Une pince est formée de deux plaques de plexiglas face à face, dont l’éloignement est contrôlée par des vis simples. Afin d’adoucir le contact entre les pinces et l’échantillon, des mords en PVS “Elite Double 32” sont ajoutés. Les coins des mords sont arrondis (chanfrein) pour diminuer le risque de rupture de l’échantillon à leur contact.

Montage

Obtention de la base molle de PDMS

La base molle est constituée de PDMS Sylgard 527. Les quantités choisies ici permettent l’obtention de 3 échantillons adaptés au dispositif d’étirement 1D.

  • Ajouter dans un bécher 55g de la Partie A du PDMS 527 (polymère visqueux non réticulé), puis 55g de Partie B du PDMS 527 (agent réticulant)
  • Agiter pendant 10 minutes
  • Verser dans une boîte de pétri carrée de 12×12 cm2, sur une épaisseur d’environ 1cm
  • Placer la boîte au dessiccateur pendant 30 minutes jusqu’à élimination totale des bulles d’air
  • Placer la boîte à l’étuve à 80°C pendant 2h. On obtient un PDMS réticulé de module d’Young de l’ordre de 10-20 kPa.
  • Utiliser une presse et des emporte-pièces de type éprouvette pour essais de traction. Découper ainsi 3 échantillons dans le PDMS précédemment obtenu.

Pour obtenir plus d’échantillons, les quantités de PDMS peuvent être modifiées tant que le rapport en masse Partie A / Partie B vaut 1. L’épaisseur de la base doit rester de l’ordre du cm.

Obtention de la membrane supérieure de PVS

La membrane est constituée de PVS “Elite Double 32”. Les quantités sont choisies ici pour un échantillon adapté au dispositif d’étirement 1D.

  • Ajouter dans un bécher 2g de PVS 32, puis 2g d’agent réticulant pour PVS 32
  • Agiter pendant 1 minute.
    Les étapes suivantes devront être effectuées rapidement car le mélange réticule très vite.
  • Déposer une goutte du mélange obtenu au centre d’un échantillon de PDMS 527 obtenu précédemment
    Placer cet échantillon au Spin-Coater (vitesse : 500 tours/min, accélération : 50 tours/s2)
  • On obtient une fine couche de PVS sur la base de PDMS, qui ne doit pas être réticulée à ce stade.

Etirement de l’échantillon : précontrainte de la base

Cette étape doit être réalisée rapidement : la membrane supérieure ne doit pas être réticulée avant que la base ne soit étirée.

  • Placer l’échantillon sur le dispositif d’étirement 1D.
  • Etirer l’échantillon pour une déformation de la base d’environ 50%.
  • Laisser réticuler la couche supérieure pendant 20 minutes

Montage

Relâchement de l’échantillon : contrainte de la membrane

Cette étape se fait une fois que la membrane supérieure est totalement réticulée.
A l’aide des vis micrométriques de l’étireuse, l’étirement est progressivement relâché. Cela provoque la mise sous contrainte de la membrane, et le repos de la base.

Des photos sont réalisées tout le long de la relâche de l’étirement afin d’étudier l’évolution des rides avec le taux de compression. Les photos sont des vues du dessus de la bicouche.

Application de rayons de courbure

La bicouche est placée dans des cylindres de rayons décroissants: 15, 9.3, 8.5, 7.4, 6.5 et 3.8 cm.
Si l’échantillon ne rentre pas dans un cylindre, il peut être coupé dans sa largeur, hors de la zone recouverte de la membrane.

Les photos réalisées sont des vues de profil de la bicouche.

Montage

Materiel

  • PDMS (Polydiméthylsiloxane) Sylgard 527 : kit de 2 kg (Prix HT 155€), fournisseur Neyco
  • PVS (polyvinylsiloxane) Elite Double 32 : kit de 2 kg (Prix HT 100€), fournisseur Zhermack
  • Vis micrométrique : Prix TTC ~120€
  • Appareil photo : (Prix TTC ~800€), fournisseur Nikon
  • Logiciel de traitement d’ImageJ : libre de droit

Figures