Vie du projet

Quatre membres de l'équipe ont participé début Septembre 2018 à la compétition Hydrocontest avec les bateaux construits l'année dernière. La compétition se déroulait à Saint-Tropez avec 24 équipes. Elle était composée de 3 courses différentes : une course avec le bateau lourd (200kg de lest), une course avec le bateau léger (20kg de lest) et finalement la course d'endurance, qui est l'épreuve phare du concours : celle qui permet donc de tester au mieux l'efficience d'un bateau pour une même batterie. Les résultats sont encourageants mais peuvent encore être amélioré : le bateau lourd a finit 17ème et le bateau léger a été éliminé en huitièmes de finale. Par contre la course d'endurance ne s'est pas bien passé car le bateau léger a pris l'eau et toute l'électronique a été abîmée.

Une fois le but du projet présenté, nous avons commencé à répartir les rôles au sein de l'équipe. Nous avons ainsi sélectionné le chef de projet et les responsables parmi les volontaires.

Pour cela nous avions 4 groupes de travail : le premier groupe s'est occupé de remettre en marche le système de refroidissement du variateur et de repenser la manière de disposer astucieusement la pompe, le réservoir et les tuyaux du système à l'avant du bateau. Le deuxième groupe ont réalisé les tests et les câblages du servomoteur pour le système de direction. Un troisième groupe a remis en l'état l'électronique du bateau en refaisant notamment de nombreuses soudures. Finalement le dernier groupe a plus travaillé sur la future phase de test en s'occupant de la logistique et du déroulement des tests. On a aussi implémenté une centrale inertielle pour mesurer la vitesse du bateau.

Le bateau étant remis en état nous avons pu réaliser les tests du bateau. Nous nous sommes rendus sur le lac Daumesnil et malgré quelques problèmes techniques qui ont retardé le départ, nous avons pu réaliser les mesures avant que le soleil ne se couche. Malheureusement à cause d’un objet flottant non identifié nous avons endommagé le safran du bateau qui assurait le contrôle de la direction. L’analyse de ces tests nous a permis de beaucoup apprendre sur les performances du bateau et nous a confirmé nos pistes d’amélioration pour cette année. Cette sortie reste donc plutôt concluante.

Dans un même temps, nous avons commencer à travailler avec des BTS Communication qui ont réalisés différents logos pour notre projet. Nous avions tout d'abord discuté de ce que nous attendions (couleur, forme, symbole) puis à chaque proposition nous avons proposés des axes d'amélioration pour obtenir un logo qui nous convienne au mieux.

Pôle Electronique :

Nous avons utilisé jusqu’à présent un système rudimentaire pour commander le bateau. Il permet uniquement d’orienter le safran et choisir la vitesse du moteur. Nous nous sommes notamment servis de matériel d’aéromodélisme. De même, la retransmission vidéo était assurée par de l’équipement normalement utilisé pour les drones FPV.

AMÉLIORATIONS :

Une centrale inertielle va être installé sur le bateau pour obtenir l’assiette du bateau, surtout l’angle de tangage et de roulis. Cela permettra même si le bateau est hors de vue de s’assurer de sa stabilité.

Le GPS RTK va aussi être intégré au système d’information afin d’obtenir la position et la vitesse du bateau. Contrairement à un GPS ordinaire, un GPS RTK permet grâce à une station fixe d’obtenir une précision de l’ordre du centimètre.

Les infiltrations d’eau dans la coque pourront dorénavant être détecter à l’aide d’un capteur de niveau d’eau à l’intérieur de la coque.

Fort de notre expérience lors de la dernière édition de l’Hydrocontest, un capteur de température va être mis à côté de la batterie afin de surveiller sa température. En effet, il a été observé que la tension de la batterie chutait lorsque sa température dépassait les 50°C.

Nous allons essayer de faire de récupérer les données télémétriques dont notamment le taux de charge de la batterie, la vitesse, la position et l’assiette du bateau. Celles-ci seront loggés sur une carte SD sur le bateau et aussi envoyé en directe à un ordinateur sur terre.

Nous souhaitons aussi incorporer un LIDAR afin de détecter d’éventuels obstacles et de positionner les bouées qui délimitent la course (en association avec le GPS). Le lidar sera monté sur une gimbal (machine permettant de maintenir l’attitude d’une caméra en général) afin de toujours détecter les obstacles dans le plan horizontal.

Pôle Foil :

Nous avons choisit d’installer des foils sur la structure déjà existante du bateau. C’est une tâche assez ardue, car la conception des foils demande une grande précision, condition sine qua none pour qu’ils soient efficace. Ces pièces sont également soumises à de grandes contraintes mécanique, ce qui exige que le procédé de réalisation soit pensé en amont, et que le matériau soit bien choisi. Cette tâche est rendue d’autant plus complexe qu’il nous faut s’adapter à un bâti déjà existant, sans pour autant trop interférer avec ses paramètres actuels.

Afin d’atteindre tout ces objectifs, nous avons dans un premier temps élargit nos connaissances sur le sujet à l’aide de documentation trouvée sur Internet et par le biais de nos tuteurs. Nous avons ensuite réalisé un cahier des charges décrivant les attentes de ces pièces. Ceci nous a ensuite permi de mieux identifier les tâches à accomplir. Deux d’entre nous travaillent donc sur le profil et la forme des foils, tandis que deux autres s’occupent de leur rattachement à la coque, et des contraintes mécaniques qui y seront appliquées.

Pour le moment, les résultats vont dans le sens d’un foil arrière, au niveau du safran, dit « en T », et d’un foil avant, dit « en V ». Le bateau disposera de cette manière d’une grande stabilité, tout en ayant un très bonne capacité à sortir de l’eau. Par ailleurs, ces pièces seront réalisées en stratification sous vide, avec de la fibre de carbone sur une base en impression 3D. C’est le procédé qui permettra d’allier au mieux résistance mécanique et précision de la forme.

Pôle Pont :

CAHIER DES CHARGES :

Il y a deux fonctions principales au pont : designer la jambe moteur et réaliser un nouveau couvercle étanche.

Design de la jambe moteur : La jambe moteur doit être étanche et être solidaire au bateau (fixé sur le pont). Le moteur présent dans la jambe est relié au reste de l'électronique dans le pont, une prise d'eau pour le système de refroidissement est présent dans la jambre. Il faut donc une parfait étanchéité. De plus la jambe ne doit pas prendre trop de place dans le bateau, et le moteur doit pouvoir être retiré.

Couvercle : Le couvercle doit permettre une totale étanchéité du bateau ainsi qu'un accès facile aux différents composants à l'intérieur. Il doit inclure un bouton d'arrêt d'urgence facile d'accès en toutes circonstances, ainsi qu'un anneau de remorquage. L'axe du système de direction doit passer à travers ce couvercle sans fournir d'accès d'eau et sans gêner le mouvement du système. De plus on souhaite placer la caméra en hauteur (sur un mat solidaire au couvercle par exemple). Finalement il est important de s'entendre avec le pôle foils pour intégrer la fixation des foils du bateau.

Pour la jambe, elle sera scellée par le haut avec quelques passages : les 3 fils du moteur et le tuyau de prise d'eau pour le système de refroidissement. La jambe et le moteur est fixée au pont par compression contre une planche au fond du bateau. De l'eau peut passer par le bas de la jambe mais ne doit surtout pas pouvoir en sortir par le haut.

Nous avons décidé de fixer le couvercle sur le bateau de manière semi-permanente (avec des vis par exemple), le couvercle comportera des accès rapides grâce aux trappes. Pour simplifier le passage de différents éléments, le couvercle sera séparé en trois parties démontables. Le mat contenant la caméra sera situé à l'arrière du bateau pour obtenir un visuel de l'avant du bateau.

Nous avons commencé à réfléchir au scénario du film que nous allons faire.

En Janvier le travail n'a que très peu avancé, entre une semaine ou l'équipe entière était absente pour un cours, une semaine passée à la préparation de la soutenance et une semaine de vacances. Les idées vues le mois précédent ont commencées à être modélisées.

Pôle Electronique :

Après avoir défini les différents besoins (télémétrie, log des mesures à bord du bateau,...), nous avons commencé à réfléchir aux différentes implémentations possibles. Nous avions déjà la plupart des capteurs ce qui nous a permis de faire des tests pour découvrir le matériel. En effet, les élèves de l'année précédente avait anticipé et commandé une centrale inertielle, deux récepteurs GPS RTK et un LIDAR. Un module Xbee sera utilisé pour transmettre à terre les différentes données récupérées sur le bateau (position, angle de roulis et de tangage, consommation du moteur). Ces informations seront présentées à l'utilisateur avec un écran de bord programmé sur ordinateur. Le LIDAR, un scanner laser, sera utilisé pour faire de la détection d'obstacle comme les bouées à contournées. Une Raspberry Pi, un micro-ordinateur, est aussi embarquée afin d'avoir dans l'avenir la possibilité de de programmer un mode automatique pour le bateau comme l'asservissement en trajectoire du bateau. Le circuit de refroidissement a aussi été repenser afin d'inclure la batterie, en plus du variateur.

Pôle Foils :

Dans un premier temps, nous nous sommes attelés à reprendre les modélisations de l'année précédentes sur le foil arrière, pour se les approprier, et les modifier. Des simulations de mécaniques des fluides vont bientôt être réalisées.

Pôle Pont :

De décembre à février, le pôle chargé de la conception du pont a beaucoup étudié le design de celui-ci. Après une distinction entre le pont et le mat, qui sera supervisé par deux équipes différentes, les membres de l’équipe on du faire face à de nombreux problèmes.

• Couvercle

Le pont doit être totalement étanche, tout en permettant un accès rapide à certaines parties du bateau directement sur l’eau. Il faut aussi compter les nombreux perçages nécessaires : axe de direction, support de foils, boutons d’allumage et d’arrêt d’urgence, sortie d’eau, mat. Nous avons commencé à réfléchir à la conception du pont (principalement le couvercle) selon les idées que nous avons eu au cours des derniers mois.

• Mat

Après avoir défini les besoins du pôle électronique pour le mat (que devons nous mettre sur ce mat ? de quelle dimension avons-nous besoin ?) nous avons commencé à designer le mat et les différentes pièces le composant.

En Février, deux nouvelles personnes rejoignent le groupe : Camille Blin-Oudard et Victor Duthoit. Ils étaient à l'étranger pendant le semestre précédent. Camille a rejoint le pôle électronique et Victor le tout nouveau pôle : le Pôle Hélice. Quelques modifications d'organisation ont donc aussi été effectuées.

Pôle Electronique :

Nous avons dans un premier temps fait communiquer un microcontrôleur présent sur le bateau avec un ordinateur par une liaison distante puis nous avons réussi à transférer des données entre le bateau et l’ordinateur (module Xbee). Nous sommes notamment actuellement en train de mettre en place le transfert des données de vitesse et d’orientation du bateau à distance. D'un autre côté, après des recherches sur les méthodes de communication entre le GPS embarqué et le sol : nous avons décidé d'utiliser le mode UART pour communiquer les corrections spatiales et recueillir les données.

Pôle Foils :

Avec les pièces ainsi construites, nous avons pu réaliser des simulations de mécanique des fluides avec Fine/Marine^TM. Celles-ci nous ont permis de connaître, pour différents angles d'incidences et différentes vitesses, la portance générée par l'aile arrière. Ces estimations seront précieuses pour la suite des modélisations, puisqu'elles permettent de dimensionner les profils avant afin d'obtenir un bon équilibre du bateau. Il faut maintenant superviser la fabrication de ce foil, et répéter le procédé pour le foil avant.

Pôle Pont :

• Couvercle

Après avoir bien examiné les problèmes observés précédemment un à un, l’équipe a opté pour un pont plat en polycarbonate, comprenant une trappe étanche au milieu pour permettre de modifier l’agencement des poids ou de remplacer les batteries, et a choisi de fixer le pont par des vis. En mars, le pôle pont a entamé la CAO du couvercle. Celui-ci comporte plusieurs pièces en polycarbonate qui doivent être minutieusement découpées, d’autant qu’il faut concevoir un couvercle qui n’est pas en accord avec les dimensions théoriques, mais avec les véritables dimensions (il y a toujours de légères déformations, d’où l’utilité d’effectuer de nombreuses mesures en menuiseries).

• Mat

Le mat est composé d'un tube attaché au bateau sur le fond par une première pièce. Une pièce plate-forme est placée à l'opposé du tube, sur cette pièce sera fixée un dôme sphérique (dans lequel sera placé la caméra). Finalement il y a une dernière pièce pour guider et étanchéifier qui se trouvera entre le couvercle et le mat. Après les avoir dessinés au papier on a commencés la modélisation sur Catia dans le but d'imprimer ces pièces en 3D.

Pôle Hélice :

L’utilisation d’une nouvelle hélice est envisagée pour améliorer les performance du bateau. L’hélice actuelle est celle proposée par le concours hydrocontest : Watt&Sea. Cette dernière permet quelque ajustement pour une première optimisation (angle d’attaque de l’hélice). L’hélice a été un peu endommagée lors de l’édition 2018.

Nos recherches se sont tournées vers les modèles 3 pâles mais nous n’avons pas trouvé de tels modèle pour des moteurs si peu puissant (minimum 4cv, à comparer avec nos 2cv). Il est donc difficile de trouver des données sur le dimensionnement d’hélices 3 pales pour petits moteurs (qui utilisent tous des hélices 2 pales). Il n’est donc pas possible d’acheter d’hélices 3 pales et sa construction reste une possibilité bien qu’elle soit à notre avis peu cohérente au vu de sa non-présence sur le marché pour les moteurs en dessous de 4cv.

Pôle Electronique :

En parallèle du travail d'électronique qui continue, nous avons choisi le circuit d’électronique de puissance qui va nous permettre de distribuer la puissance de la batterie, refroidie par un circuit de refroidissement tout neuf, vers tous les composants présents à bord (moteurs, capteurs, microcontrôleurs,…) aux tensions adaptées. Il y a eu des longs délais pour recevoir les antennes GPS qui ont ralentis le travail. De plus nous avons dû acheté une nouvelle pompe, ainsi que des refroidisseurs en aluminium. On a commencé à construire le circuit de refroidissement.

Pôle Foils :

Ce mois a été l'occasion de tester différentes formes de foils, toutes réalisées en CAO (Conception Assisté par Ordinateur). Le travail qui s'est poursuivit en simulation à permis de déterminer le profil choisi pour le foil avant, tandis qu'une collaboration accrue avec les BTS a permis d'arriver à des pièces de fixation robustes. Le grand avantage du design réalisé est sa flexibilité. Contrairement à ce qui était prévu initialement, les systèmes qui vont être implémentés vont permettre de régler, une fois à terre, l'angle d'incidence des foils, et donc de se placer dans les conditions idéales pour réaliser un bon vol! Nous avons aussi commencé à fabriquer les foils, ils vont être fait en fibre de carbone. La méthode utilisée est la stratification par infusion sur modèle en impression 3D.

Pôle Pont :

• Couvercle

L’équipe a commandé le matériel nécessaire à la réalisation, ce qui représente une quantité importante de pièces, et a également contacté un centre de découpe pour réaliser les pièces du couvercle, qu’il faudra ensuite assembler. Le groupe a également commencé à préparer la coque de l’ancien bateau pour sa nouvelle année et à faire des essais de procédés, de façon à ce qu’une fois toutes les pièces prêtes, le montage final se fasse sans accroche. Néanmoins beaucoup de retard a été accumulée car le polycarbonate commandé pour le couvercle n'est jamais arrivé, il faut trouver un nouveau fournisseur rapidement.

• Mat

Après avoir fini de modeler les pièces sur Catia, nous avons commencé à les fabriquer grâce aux machines d'impression 3D présentes à la menuiserie. En même temps nous avons commandés tout ce qui était nécessaire pour le mat que nous n'allions pas imprimer (tube en carbone, joint torique pour l'étanchéité). Malheureusement des erreurs de redimensionnement sur les maquettes Catia qui a fait que les premières pièces imprimées étaient inutilisables. Elles ont entre temps été refaites aux bonnes dimensions. Puis nous avons commencés la réalisation du mat, nous avons usinés le tube en carbone et commencé à monter les pièces dessus.

Fabrication par impression 3D des pièces

Un nouveau problème s'est présenté : il y aura finalement plus de pièces d'électronique a faire tenir sur ce mat que prévu, la solution peut être de recréer une nouvelle pièce ou peut-être d'utiliser les pièces aux mauvaises dimensions. Une nouvelle plateforme a finalement été créée et quelques pièces normalement inutiles seront recyclées.

Pôle Hélice :

Des modèles plus originaux ont été envisagés (hélice à carénage, hélice contrarotative). Un choix s'opère alors : optimiser et réparer (si besoin) l'hélice actuelle ou construire une hélice 3 pâles (ce qui nécessite beaucoup plus de temps).

A cause de ce problème, et étant donné le peu de temps avant les tests, nous avons préféré nous concentrer sur les réglages optimaux de l’hélice plutôt que de concevoir et fabriquer une nouvelle hélice. Cependant, il n’est pas déraisonnable de dire que deux pales sont mieux adaptées pour notre moteur 1,4kW, car même des voiliers aux moteurs bien plus puissants utilisent des hélices bipales.

Les dernières séances semblent très courtes, il reste encore des problèmes à résoudre et finalement pas énormément de temps. En plus de devoir finaliser la construction des nouveaux éléments de note bateau nous devons aussi effectuer des tests pour valider l'amélioration des performances de notre bateau. Nous travaillons dur pour présenter le meilleur résultat au forum de mécatronique !

En parallèle nous avons réalisés le film de présentation de notre projet, nous avons souhaité faire quelque chose d'amusant et dynamique tout en présentant l'aspect technique du projet. Nous avons eu l’idée de nous inspirer – parodier – la vidéo du Véga-Missyl pour faire la communication du bateau, et donc du projet. Un script a été écrit par Antoine, puis nous avons réaliser le tournage des scènes nécessaires. Il reste également à lire les exigences demandées sur ces films pour éventuellement adapter et finaliser le script.