Section 3 OCOM C440.01 – DÉCRIRE LES MODÈLES RÉDUITS DE FUSÉES

Les moteurs de modèle réduit de fusée comprennent six parties principales :

Présenter aux cadets le transparent de la figure A-1 qui se trouve à l’annexe A.

Le boîtier contient l’ensemble du moteur et à la bonne pression. Sans pression, le carburant brûlera sans produire de poussée efficace. Si le boîtier n’est pas assez solide et la pression monte trop, le moteur explose. Le boîtier de moteur peut être fait de papier, de carton, de plastique ou d’aluminium. Les boîtiers en papier sont faits de papier roulé pour former un tube solide de carton.

La tuyère dirige le gaz qui est formé par la réaction de l’oxydant vers l’arrière de la fusée. La tuyère est formée de façon à ce que les gaz accélèrent lorsqu’ils passent dans la tuyère et fournisse une poussée efficace. Les tuyères peuvent être faites d’argile, de céramique ou de métal.

Le propulseur est une substance qui brûle réellement ou est oxydée. Cette réaction entre l’oxydant et le carburant produit du gaz et de la chaleur, ce qui fournit l’énergie pour la fusée.

Les modèles réduits de fusée utilisent de la poudre noire comme oxydant et carburant. La poudre noire est mélangée avec d’autres composants et compactée ou moulée en forme solide à l’intérieur du boîtier de moteur. Ces moteurs sont faciles à utiliser et sécuritaires à transporter car les composants ne nécessitent pas d’emballage spécial et il est très peu probable que les moteurs s’allument accidentellement.

Le propulseur brûle à un rythme prescrit et projette la fusée dans l’atmosphère. Le propulseur brûle plus fortement à l’envol et avec moins de vigueur vers la fin de l’étage de propulsion. On peut voir la représentation dans le graphique de durée par rapport à la poussée.

Présenter aux cadets le transparent de la figure A-2 qui se trouve à l’annexe A.

La poussée moyenne est calculée en divisant l’impulsion totale par la durée de combustion du propulseur.

Selon la profondeur du trou d’allumage, les moteurs de fusée peuvent faire leur combustion de deux façons différentes. Les trous peu profonds dans le propulseur provoquent une combustion frontale où le propulseur brûle d’une extrémité à l’autre. Les moteurs qui ont besoin de plus de force ascensionnelle ont des trous profonds dans le propulseur, ce qui fait que le carburant brûle vite et entraîne une force ascensionnelle supplémentaire plus tôt dans le vol.

Présenter aux cadets le transparent de la figure A-3 qui se trouve à l’annexe A.

Les moteurs des modèles réduits de fusée sont étiquetés avec un code de classification en trois parties (p. ex., « B6-4 ») qui décrit les paramètres de rendement du moteur. Ce code doit être bien compris pour choisir le moteur adéquat pour le modèle réduit de fusée. La première partie du code de moteur est une lettre qui désigne la classe d’impulsion totale du moteur (le « B » dans B6-4). La taille du moteur est déterminée par la quantité de propulseur et la taille du boîtier. Lorsque la taille du moteur augmente, la lettre du code du moteur passe à la lettre de l’alphabet suivante et le moteur est deux fois plus puissant que celui de la lettre précédente (p. ex., les moteurs de la série A ont une force de 1.26 à 2.5 Newton-secondes et les moteurs de la série B ont une force de 2.5 à 5 Newton-secondes). L’impulsion totale est la puissance totale produite par le moteur. L’impulsion totale est la mesure du changement de vitesse que le moteur peut impartir à la fusée, mesurée en Newton-secondes. Un moteur ayant une impulsion totale plus importante peut pousser une fusée plus haute et plus rapidement et peut soulever des fusées plus lourdes que les moteurs avec une impulsion totale moindre. Le tableau suivant donne les gammes d’impulsion totale et le rendement typique pour chaque classe de fusée.

Présenter aux cadets le transparent de la figure A-4 qui se trouve à l’annexe A.

Lorsque la combustion du propulseur est terminée, la composition de retardement commence à brûler pour permettre à la fusée de voler à une vitesse de balistique maximale en vol ou à l’apogée. Lors de la combustion de la composition de retardement, une fumée est échappée, ce qui permet de repérer la fusée dans son vol. La durée de combustion de la composition de retardement peut varier de 3 à 10 secondes et est liée au poids et à la taille de la fusée. Une fusée plus lourde et plus lente requiert une durée de combustion plus courte car elle ne se déplace pas dans l’air aussi rapidement qu’une fusée plus petite et plus légère qui a le même code de classification du moteur. Il est important de calculer le retardement car le déploiement du parachute en haute vitesse, avant ou après l’apogée, peut entraîner la destruction du parachute.

Le parachute ou le serpentin est déployé par la charge d’éjection. Cette charge de poudre noire s’allume immédiatement lorsque la composition de retardement est complètement brûlée. Elle dégage le parachute ou le serpentin de la pointe avant de la fusée.

L’allumeur utilise un fusible électrique pour allumer le propulseur. Une source électrique fournit l’alimentation au panneau de contrôle et à l’interrupteur de contrôle. Lorsque l’interrupteur de contrôle est activé, l’allumeur s’allume, ce qui allume le propulseur.

Un modèle réduit de fusée est composé des pièces suivantes :

Présenter aux cadets le transparent de la figure A-5 qui se trouve à l’annexe A.

La coiffe aide la fusée à fendre l’air pendant le vol. Il est important que la coiffe soit aérodynamique pour créer le moins de résistance lorsqu’elle se déplace dans l’air. Il y a plusieurs styles de coiffe différents, certains sont conçus pour des vitesses précises. La coiffe est installée sur le corps-tube pour qu’elle puisse être facilement éjectée afin de déployer le parachute. Elle a un point de fixation sur une extrémité du sandow et peut être faite de plastique, de bois, de Styrofoam™, de fibre de verre ou de fibre de carbone.

Toutes les parties de la fusée se fixent au corps-tube ou sont contenues à l’intérieur de celui-ci. Le tube doit être rigide pour maintenir sa forme pendant le vol et peut être fait de carton, de plastique, de fibre de verre ou de fibre de carbone.

Les ailettes aident à stabiliser la fusée pendant le vol. Elles sont habituellement placées près du moteur et généralement faites de balsa, de plastique, de carton, de fibre de verre ou de fibre de carbone. Elles doivent être fixées solidement et précisément sur le corps-tube car un mauvais alignement entraînerait un vol imprévisible. Les ailettes d’une fusée doivent être manipulées avec soins pour éviter les dommages ou le mauvais alignement.

L’ergot de lancement guide la fusée sur la plate-forme de lancement pour le premier mètre de vol jusqu’à ce que la fusée ait atteint assez de vitesse pour que les ailettes stabilisent la fusée. Pour lancer la fusée, l’ergot de lancement est placé sur la tige de lancement de la tour. L’ergot glisse la fusée vers le bas de la tige de lancement où elle est retenue jusqu’au lancement. Lorsque le bouton de lancement est enfoncé, le moteur de la fusée précipite la fusée vers le haut de la tige de lancement guidée par l’ergot et peut rapidement atteindre plus de 50 km/h avant de quitter la tige de lancement. L’ergot peut être fait de carton ou de métal.

La butée du moteur empêche le moteur d’être poussé à travers le corps-tube par la poussée du moteur. La butée du moteur est habituellement faite de carton.

Le dispositif de retenue du moteur empêche le moteur d’être éjecté par la queue de la fusée lorsque la charge explosive déploie le parachute. Les dispositifs de retenue peuvent être une courroie de métal, des vis ou du ruban résistant.

La butée du moteur et les dispositifs de retenue empêchent les effets de la troisième loi de Newton : pour chaque action, il y a une réaction équivalente et opposée.

L’éjection du parachute doit se produire lorsque la fusée atteint l’apogée ou son plus haut point de vol. Le sandow, fabriqué de sangle élastique, absorbe la force de l’explosion qui éjecte le parachute. Une extrémité du sandow est fixée sur la coiffe, l’autre extrémité sur le corps-tube et le parachute est fixé à la coiffe ou au milieu du sandow.

La descente d’une fusée doit être contrôlée pour empêcher les blessures, les dommages aux biens ou à la fusée. Il y a plusieurs façons de faire descendre la fusée. La plus commune est le parachute qui emprisonne l’air dans une voilure pour réduire la vitesse de descente. Les voilures de parachute sont faites de toile légère et flexible en forme de croix ou de cercle. Les suspentes sont faites de ficelle ou de corde, et ont une extrémité fixée aux bords de la voilure et l’autre extrémité fixée avec les autres extrémités des suspentes fixées ensemble au sandow ou à la coiffe. La taille du parachute et la longueur des suspentes sont soigneusement calculées pour contrôler la descente. Un gros parachute permet au vent de transporter la fusée loin de la tour de lancement. Un parachute qui est trop petit fera descendre la fusée trop rapidement, causant possiblement des dommages à la fusée.

D’autres types de descente peuvent être utilisés sur différentes fusées. Les serpentins peuvent être utilisés avec des fusées légères et agir comme traînée sur la fusée. La chute libre peut seulement être utilisée avec les fusées les plus légères et n’ont aucun équipement supplémentaire pour ralentir la fusée. La traînée du fuselage de la fusée et des ailettes ralentira la fusée. La récupération par planage se fait en fixant une aile à la fusée pour permettre à la fusée de planer jusqu’à la Terre.

Les étapes de combustion d’un moteur de modèle réduit de fusée permettent de prévoir le profil de vol de la fusée. Le profil de vol d’un modèle réduit de fusée est composé de six étapes :

1.l'allumage,

2.la propulsion,

3.la phase balistique / retardement,

4.l’éjection,

5.la descente, et

6.l'atterrissage.

L’allumage est le résultat d’une décharge électrique provenant du panneau de contrôle et de l’interrupteur de lancement. Le dispositif qui démarre la combustion du moteur est l’allumeur. Il ressemble à une allumette avec des fils qui sortent de son extrémité. Lorsque le courant électrique passe dans l’allumeur, celui-ci se réchauffe et explose en flamme. Cette flamme est responsable de la combustion du propulseur dans le moteur de fusée.

Présenter aux cadets le transparent de la figure A-6 qui se trouve à l’annexe A.

Après la mise à feu, la fusée quitte la tour de lancement sous la poussée. La tour de lancement guide la fusée à basse vitesse pour s’assurer que la fusée reste alignée sur le parcours prescrit. Les ailettes de stabilisation sur la fusée prennent le dessus lorsque la fusée quitte la tige de lancement sur la tour, habituellement autour de 50 km/h.

Présenter aux cadets le transparent de la figure A-7 qui se trouve à l’annexe A.

Le propulseur à l’intérieur du moteur brûle rapidement. Dans la plupart des moteurs, le propulseur brûle en moins de trois secondes, point auquel la fin de la combustion se produit. Cela signifie que le moteur ne produit plus de force de poussée. Lorsque la combustion du moteur est terminée, la fusée a déjà atteint sa vitesse maximale et commence sa décélération. Bien que la fusée puisse atteindre des centaines de mètres dans l’air, la fin de combustion de la plupart des fusées se situe entre 15 et 25 m (50 à 80 pieds) dans les airs.

Présenter aux cadets le transparent de la figure A-8 qui se trouve à l’annexe A.

Lorsque la combustion du moteur est terminée, la fusée peut voyager à des centaines de kilomètre par heure. Le parachute peut être détruit s’il est éjecté à cette vitesse. Le modèle réduit se déplacera vers le haut et perdra de la vitesse car la gravité et la friction de l’air le ralenti. La phase de balistique est entre le moment où débute la fin de la combustion du moteur et se termine lorsque le parachute est éjecté de la fusée. La composition de retardement brûle maintenant à un rythme prescrit et produit de la fumée. La fusée se déplace tellement vite qu’il est difficile de la suivre visuellement alors la fumée donne une indication visuelle de l’emplacement de la fusée.

Présenter aux cadets le transparent de la figure A-9 qui se trouve à l’annexe A.

Lorsque la composition de retardement a terminé sa combustion, la fusée devrait être à son apogée. Lorsque la composition de retardement a terminé sa combustion, elle allume la charge d’éjection. La charge d’éjection brûle rapidement et est dirigée vers l’intérieur du corps-tube de la fusée. Son but est de pousser sur la coiffe et d’éjecter le parachute de la fusée. L’éjection doit se produire à l’apogée lorsque la fusée a atteint sa vitesse la plus lente. Le choix du moteur influence le moment où la charge d’éjection déploie le parachute. Si la composition de retardement brûle trop longtemps, la fusée fera un arc et éjectera le parachute pendant que la fusée a déjà commencé à accélérer en chute libre. Si la composition de retardement brûle trop rapidement, la fusée peut toujours être en déplacement trop rapide car elle n’a pas volé jusqu’à son plus haut point. L'éjection du parachute à un point autre qu'à l'apogée entraînera la destruction de la fusée et / ou du parachute et la chute libre de la fusée.

Présenter aux cadets le transparent des figures A-10 et A-11 de l’annexe A.

Lorsque le parachute est éjecté, il se gonfle complètement et la fusée débute sa phase de descente. La fusée dérive lentement vers le sol sous la voilure du parachute ou la traînée du serpentin. Le vent aura un effet sur la descente de la fusée et le modèle réduit se laissera entraîner loin de l’aire de lancement. La descente ne doit pas aller plus vite que 4,5 m / s (15 pieds par seconde), sinon il est possible d’endommager la fusée. Si la descente est trop lente, la fusée dérivera loin de la plateforme de lancement, ce qui aura un effet sur la récupération.

Après l’atterrissage, la fusée doit être bien inspectée avant le prochain lancement. Le boîtier du moteur doit être jeté.

Présenter aux cadets le transparent de la figure A-12 qui se trouve à l’annexe A.

Le passe-temps de fabriquer des modèles réduits de fusée provient de l’ère spatiale qui a eu lieu dans les années 50. Le fait de voir les propulseurs spatiaux transporter les premiers satellites artificiels en orbite autour de la Terre a inspiré plusieurs jeunes enthousiastes à essayer d’imiter les pionniers de la fuséonautique en fabriquant leurs propres fusées. Malheureusement ces fusées maison utilisaient plusieurs produits chimiques inflammables dans des tuyaux de métal, produisant souvent des résultats tragiques. Les journaux relataient des histoires de doigts et d’yeux perdus et, trop fréquemment, de vies perdues.

Une solution de rechange sécuritaire était nécessaire pour permettre aux jeunes de faire l’expérience de fabriquer et lancer leurs propres fusées et leur donner l’occasion d’explorer la fuséonautique.

Plusieurs compagnie ont conçu des moteurs qui n’explosaient pas et fournissaient un vol sécuritaire pour les modèles réduits de fusée. Ce type de moteur est toujours utilisé aujourd’hui.

La sécurité est importante lors du vol de modèles réduits de fusées. Il est impossible de se déplacer assez vite lorsqu’une fusée va à plus de 400 km/h. La flamme produite par le moteur est extrêmement chaude et capable de causer des brûlures sévères ou de mettre des objets en feu. Cependant, il y a des règles en place pour lancer des fusées. Le Règlement de l'aviation canadien (RAC) et l’Association canadienne de fuséologie ont des règlements concernant le lancement de modèles réduits de fusée.

Distribuer des photocopies des annexes B et C aux cadets.

Le RAC établit qu’un modèle réduit de fusée muni d’un moteur de modèle réduit de fusée n’aura pas une impulsion totale excédant 160 Newton-secondes et n’excédera pas 1 500 grammes et qu’il sera muni d’un parachute ou un dispositif de récupération capable de retarder sa descente. Tout ce qui est supérieur à ces paramètres nécessite un permis de modèle réduit de fusée à haute puissance et une permission de voler de Transports Canada.

Les règlements sur les modèles réduits de fusée de l’Association canadienne de fuséologie traitent des procédures concernant la taille du site de lancement, la fabrication du modèle réduit de fusée et les procédures de lancement.