On présente ici les éléments constitutifs de la nacelle : d'abord la pile à combustible, puis la nacelle en elle-même et son étude dynamique.

Pour toute question relative à ces sujets, s'adresser à Mathilde Pottier, Alvaro Alvites et Jérémie Nicolas

La pile à combustible

Recherche de la PAC

Dès le début, nous savions que nous utiliserions une pile à hydrogène. Or il existe de nombreux types de PAC. Nous avons choisi celle fonctionnant à membrane échangeuse de protons (pile à combustible PEM) car sa température de fonctionnement n’est pas trop élevée (entre 80 et 90°C). La pile à combustible alcaline a une température de fonctionnement plus faible mais elle fonctionne à l’aide d’électrolytes liquides et nous avons décidé que c’était un trop grand risque à prendre d’embarquer des liquides dans le dirigeable.

Nous avons ensuite effectué des recherches sur des sites tels que www.directindustry.fr et www.horizonfuelcellshop.com afin de pouvoir comparer les prix, les dimensions et les puissances des différents modèles existants. Le critère principal étant celui de la masse car nous sommes fortement limités. Le prix est également un facteur limitant car notre budget est restreint et la pile représente la plus grosse part des dépenses. Nous avons finalement choisi une pile d’une puissance de 200 W, compatible avec la puissance des moteurs que nous avions choisis, la H-200 Fuel Cell Stack (caractéristiques : https://www.fuelcellstore.com/manuals/horizon-pem-fuel-cell-h-200-manual.pdf). Cette pile coûte 2149 $ et pèse 2230 g.

https://www.fuelcellstore.com/g-hfcs-200w15v-200w-hydrogen-fuel-cell-power-generator

Règlementation

L’utilisation d’une pile à combustible, et plus généralement d’hydrogène, nécessite de nombreuses règles de sécurité c’est pourquoi il est primordial d’étudier la législation et les normes régissant l’utilisation de l’hydrogène. Pour cela, nous avons utilisé la base de données Sagaweb qui répertorie la plupart des normes ISO, françaises, européennes et internationales. Nous avons décidé de nous concentrer uniquement sur les normes françaises puisque nous allons utiliser le dirigeable en France. La norme la plus utile est la NF M58-003 car a pour objet de fixer les exigences quant à l’installation des équipements de production d’hydrogène, des équipements fonctionnant à l’hydrogène, des équipements de distribution d’hydrogène, des récipients de stockage d’hydrogène, de la tuyauterie d’hydrogène, ainsi que de leurs accessoires. Elle vise toutes les applications mettant en œuvre de l’hydrogène gazeux, y compris en environnement non industriel et dans les établissements recevant du public. Nous avons ainsi déterminé les règles de sécurité principales essentielles à respecter pur manipuler l’’hydrogène en toute sécurité.

Design de la Nacelle :

Une fois fixés tous les composants qui seraient portés par la nacelle (avec leurs dimensions et leurs masse), on a dessiné la nacelle en suivant les exigences suivantes :

· Imprimable en 3D (plateau de 30x30, pas disponible à l’école, mais on peut faire ça à l’extérieur)

· Masse minimale

· Capable de supporter le poids de tous les composants

· Système de fixation avec le reste du dirigeable

· Compatible avec le sens des câblages entre tous les composants

Différentes dispositions ont été essayées, finalement, la nacelle ressemble à ça :

Le système de fixation n’est pas tout à fait défini : a priori, une petite plaque sur laquelle sont fixées 4 tiges qui passent à travers les 4 trous. Les 4 tiges viennent ensuite se fixer sur le dessous de l’enveloppe.

Cette pièce pourrait également être imprimées en 3D, ou alors juste la petite plaque, et les tiges seraient des fils de nylon épais (très résistants, mais pas rigide : à voir si la rigidité est utile ici)

La transmission est assurée entre le servomoteur et l’arbre par un système poulie courroie. L’arbre est guidé en rotation par deux portées en PLA dans lesquelles on insère un coussinet en cuivre.

Sens du montage :

1) mettre les coussinets dans les pièces en plastique

2) Faire passer l’arbre dans un premier coussinet

3) insérer la poulie sur l’arbre

4) passer l’arbre dans le deuxième coussinet

5) fixer les moteurs aux deux extrémités

Il sera peut-être nécessaire de prévoir des arrêts de l’arbre en translation : on peut imaginer des demi-bagues que l’on vient serrer des deux côtés de la poulie et des coussinets une fois le montage fait : ça devrait suffire, compte tenu du fait qu’il n’y aura pas de charge axiale.

Pour fixer les autres composants :

Servomoteur : deux petites vis pour le fixer dans les deux petites cales

Pile, Contrôleur Pile, chargeur, batterie : la forme de la nacelle permet déjà de bien les caler. On ne connait pas la position exacte des trous de vis pour venir les fixer (non mentionnés sur la fiche technique)

Plaquette + Arduino : fournie par les BTS avec des petits trous aux 4 coins pour visser sur la nacelle

Contrôleurs : la forme permet également de les caler. Un simple serre-joint devrait suffire (passer dans le trou de la nacelle et entourer le contrôleur)

L’arbre est en fibre de carbone, ça s’achète (lien ici) : les fils électriques passent à l’intérieur : il faut donc percer un trou au milieu de l’arbre pour les faire rentrer.