Systèmes de récupération




Pour des raisons de sécurité évidente le parachute est fondamental dans la construction d'une fusée.
Le système de récupération actuel est un parachute calibré sur la masse de la fusée (voir table ci-dessous) et dont le mode d'activation dépend du modèle de fusée, soit :

- par timer.
- par altimètre


L'éjection du parachute du corps de la fusée est déclenché soit :
- par charge explosive
- par ressort


Il peut être complété par des systèmes d'aide à la localisation, voir ci-dessous.



TIMERS
Le timer est réglé sur le temps d'ascension jusqu'à l'apogée. Ce temps est déterminé par le logiciel de simulation RockSim ou Stabilito
Le plan du premier timer utilisé est affiché ci-dessous.








Une résistance de 100k est un condensateur de 4700uF permettent d'atteindre facilement des temporisations de l'ordre de plus de 10 secondes ce qui est plus que suffisant pour des altitudes de 300-400m.
Le timer ne démarre pas tant que le condensateur est mis en court-circuit par le contacteur magnétique.


Voila le timer monté, le peu de composants permet de se passer de circuit imprimé:




Les deux fils bleus sur la droite de la photo partent vers le contacteur magnétique:







Le contacteur est maintenu en position fermée (court-circuit du condensateur) par un petit aimant fixé sur le corps de la fusée par de la patafix:




l'aimant reste bien sûr attaché au socle pendant le décollage.



NOUVEAU TIMER


La mise au point de BB3 a donné lieu à un nouveau timer plus compact et plus précis. Celui-ci est basé sur l'utilisation du fameux NE 555, voici le très simple schéma:





Le timer est alimenté par une pile carrée de 9V et est commandé au départ de la fusée par un contacteur magnétique.
Voici maintenant une photo de la réalisation sur une plaque pré perforée:









ALTIMETRE

L’altimètre utilisé pour nos dernier tirs est un altimètre "maison" (voir page "Electronique" du blog). Nous avons également auparavant utilisé avec succès l'altimetre "AIM USB" de la société Entacore, c'est une petite société d’électronique basée en Afrique du Sud. On peut commander directement chez eux; l’altimètre est vendu pour une 100aine d'USD.
Il a deux "sorties", il peut donc déclencher deux équipements.
Il  a une bonne précision et de nombreuses possibilités de paramétrage. Les données de vol sont récupérable au forma excel via l'interface USB.




Entacore AIM USB Dual Event Altimeter Specifications:
• The unit is only 25mm (.984in.) in width and 95mm (3.74 in.) in length. This means that 29mm minimum diameter high power projects are easier to do!
• The weight of the unit is 17.6g (0.62oz)
• You can use any power source from 6v to 14v and this includes small batteries like the A23 if you are using low current ejection charge igniters.
• Maximum altitude is approximately 45,000 ft MSL.
• Records over 6 minutes per flight.
• Records until the rocket lands.
• There is a beep-out of the approximate altitude on recovery so you have an idea what the maximum altitude was before plugging it in to your PC.
• The flight profile tells you when the drogue and main chutes were deployed. This is useful for setting timers used in a similar rocket.
• Firmware is already pre-loaded onto the altimeter. Software updates can be done by the user after hooking it up to your computer. Your altimeter will always have the latest program without sending it back to the manufacturer.
• Operating temperature limits: -40 to 200 degrees Fahrenheit.
• Continuity is checked on drogue and main circuits on power-up, as well as battery voltage and free memory for recording.
• User adjustable settings for both events include: apogee, altitude and time. This means staging and recovery with a single unit is also possible.
• Data is stored in non-volatile memory. If the battery is disconnected after a hard landing, the data is still there!
• Shipped with software for downloading the data and setting the user-changeable values.






SYSTÈME D’ÉJECTION PAR CHARGE EXPLOSIVE


Le timer (ou l’altimètre) déclenche l'allumage d'une charge explosive qui éjecte le nez de la fusée. Le nez éjecté entraine à son tour le parachute.








Ci-dessus, une charge explosive. Constituée d'un petit "sac" fait d'une feuille d'aluminium rempli de 2 a 4  grammes (suivant le volume du corps de fusée) de poudre noire et d'une ampoule de guirlande de sapin de noël dont l'enveloppe de verre a été brisée laissant ainsi le filament à nu. La charge est ensuite insérée dans le container qui sera fermé par le piston.












  L'arrivée des fils de commande sur le connecteur femelle


Le container est formée de 2 parties: La partie inférieure "mâle" (ci-dessus) se branche au connecteur femelle (relié au timer ou à l’altimètre),  la partie supérieure (le container à poudre) est interchangeable et se visse sur la partie inférieure. Il est remplacé quand trop déformé par les explosions successives.

Ci dessus, le container et son piston.







Une vidéo d'un test au sol du mécanisme d'éjection









SYSTÈME D’ÉJECTION PAR RESSORT

Ce nouveau système d'éjection a été imaginé dans le but de remplacer la poudre. La première fusée à en bénéficier est GammaRed 1.


La poudre a deux inconvénients majeurs:
- le risque de non mise à feu
- les résidus de combustion dans le corps de la fusée
 En outre, elle impose une protection de parachute parfois compliquée à mettre en oeuvre.


Avec le mécanisme à ressort, ces inconvénients disparaissent. Le système est propre et fiable.
Le principe retenu est un piston comprimant un ressort autour d'un axe, lui même retenu par un servo. Le servo est ensuite actionné (à l'apogée) et libère le ressort.








Ici une vue d'ensemble, le piston à gauche, le servo au centre et le berceau destiné à recevoir la carte de commande (altimètre).



Une vue rapprochée du mécanisme de libération du piston. On distingue la came de servo retenant l'axe du piston.


Ici les caractéristiques du servo. Le couple est de 11kg. Le couple important est nécessaire à cause de la puissance du ressort.





Une vue du mécanisme prêt à voler, l’altimètre et sa pile est en place ainsi que le switch on/off












PARACHUTES


Le parachute est l’élément essentiel pour la récupération de la fusée. Sa taille va
dépendre de la masse de l’ensemble de la fusée. La vitesse de descente sous
parachute doit être comprise entre 5 m/s et 15 m/s.


Ici un parachute de diametre 50 cm






On vise, en général, une vitesse de descente de 10 m/s




Il est réalisé en toile de Spi ou toile de cerf-volant. Il est hémisphérique ou
cruciforme.


Le parachute hémisphérique
Masse (kg) Diamètre (cm)
1                 43,8
1,1              46,0
1,2              48,0
1,3              50,0
1,4              51,9
1,5              53,7
1,6              55,4
1,7              57,2
1,8              58,8
1,9              60,4
2                 62,0


Le tableau ci-dessus montre le diamètre du parachute en fonction de la masse de la
fusée à la vitesse de descente de 10 m/s (36 km/h).





Double déploiement de Parachutes

Pour les fusées à hautes altitudes (Delta Rosa 2), on utilise un système de double déploiement, ceci offre une meilleure sécurité ainsi qu'une plus faible dérive au vent.
Le principe est de déployer un premier parachute de faible diamètre à l'apogée dans le but de ralentir la descente mais avec une faible prise au vent, ensuite à une centaine de metres du sol, le parachute principal est déployé.
Il y a deux méthodes principales pour réaliser ce système:

  • utiliser une fusée à double ouverture: le premier parachute est éjecté par le tube principal (la fusée se sépare au niveau des ailerons), le second est éjecté avec le nez

  • utiliser une fusée classique (ouverture du nez) et une attache pyrotechnique.

C'est cette dernière technique qui est utilisée sur Delta Rosa 2.
Voici un schéma (merci à S. Fintel) illustrant le principe:





Le déploiement se déroule en 2 temps. Le premier parachute (Drogue) est éjecté avec le nez par la première charge à l'apogée (notée "deploy charge" dans le schéma ci dessus). Il reste ensuite retenu par l'attache pyrotechnique (PIRM) pendant la descente. A environ 100-200m du sol, l’altimètre commande la mise à feu de l'attache pyrotechnique du parachute principal (main chute) resté jusque là plié dans un sac de protection. Il est ainsi libéré de son sac et se déploie naturellement à sa sortie du tube.

Ce système relativement simple à le gros avantage de pouvoir être mis en place avec un tube de fusée à 1 ouverture (ouverture par le nez). Le corps de la fusée reste donc plus rigide.
L'attache pyrotechnique utilisée est illustrée ci dessous:



C'est un composant provenant de chez Apogée Rocket. Les deux attaches visibles sur la photo sont retenues par la pièce ressemblant à un maillon. La charge contenue dans la pièce blanche au centre du maillon est mise à feu par l’altimètre éjectant ainsi le maillon des deux attaches.



Aide à la localisation

Avec l'altitude croissante au cours de nos différents projets, les fusées ont la fâcheuse tendance à dériver de plus en plus loin du point de décollage au moindre souffle de vent ...
Ceci rend, évidement, la recherche des fusées après atterrissage très difficile.
Pour remédier à cela, il existe plusieurs techniques notamment : de la plus simple à la plus complexe

  • repérage sonore
  • double parachute (pour limiter la dérive, comme vu ci-dessus)
  • repérage GPS/GSM
  • repérage radio avec antenne Yagi


Repérage sonore

Pour commencer par le plus simple à mettre en oeuvre, le repérage sonore consiste à émettre un bip puissant dés l’atterrissage. Le bip est censé faciliter les recherches sur les terrains à faible visibilité.

Ce principe a été retenu pour Delta Rosa One. Il est basé sur l'activation d'un buzzer par l'altimètre Entacore au moyen d'un bistable* piloté par un 555. Le schéma est visible ci-dessous:






L’altimètre commande la base du transistor ce qui déclenche le trigger du 555 (patte 2). Le bip puissant est émis par un buzzer d'alarme à incendie alimenté par une alim autonome 9V.
Le reset du 555 (patte 4) est activé ci-besoin (après atterrissage) au niveau de l'inter principal. 



* pour rappel:


  •  monostable: bascule qui n'a qu'un état stable. C'est une temporisation, dont l'état reste haut pour la durée prévue (l'état instable/temporaire), au terme de laquelle l'état va basculer vers l'état bas, stable. Il faudra un déclenchement pour retourner à l'état instable.
  • bistable: bascule (mémoire) qui reste stable dans chacun de ses deux états possibles, tant qu'une commande demandant le changement d'état ne se présente pas.
  • astable= circuit oscillant


Double parachute

Le système double déploiement a déjà été évoqué ci dessus

Repérage GPS/GSM

Le repérage GPS/GSM consiste en l'utilisation conjointe d'une géolocalisation GPS et la transmission des coordonnées ainsi calculées par la technologie GSM.
Dans notre cas, cela repose par l'installation dans la fusée d'un module de tracking GPS.
On trouve maintenant ces modules pour quelques dizaines d'euros sur le net et leur usage est enfantin.
Ci-dessous, le module GPS que nous utilisons, il est relativement compact et est livré avec une batterie LIPO et un chargeur. 



Le tracker capte le signal GPS émis par les satellites qui tournent au dessus de nos têtes et suivant la configuration, retransmet sa position par le réseau GSM.
Pour cela, il suffit d’insérer un carte SIM dans l'appareil et d’attendre qq minutes pour que la localisation soit établie. On peut ensuite appeler le numéro GSM du tracker pour recevoir ses coordonnées par SMS.  Ou alors, autre possibilité l'appareil envoie un SMS avec ses coordonnées toutes les X secondes.
Le SMS étant recu, il suffit ensuite d'ouvrir Google Map sur son smartphone pour afficher la position du tracker. 
Ci dessous, une copie d’écran Google Map lors d'un essai de mise au point:





De manière à gagner un peu de poids et d'encombrement et afin de faciliter la mise en place dans la fusée, le tracker a été dépouillé de son boitier. La carte principale et l'antenne sont visibles sur la photo ci dessous. L’altimètre viendra se positionner par dessus grâce a des entretoises. 
Pour des raisons de sécurité, l’altimètre et le tracker on des alims séparées.




le tracker GSM sous l’altimètre