CCF BTS CRSA fSituation d évaluation n 1 ETUDE du Cyana sous-marin de poche habité de l'ifremer

CFAI de l'Eure
Physique Chimie
•
•
•
Nom : ……………………………….. CFAI de l'Eure
Prénom : ……………………………...
Formation : BTS 2 Section : ...................
Création
YCH
07/12/21
Modifica
tion
CCF
: Situation d’évaluation n°1
(Mise en application)
(Mise en application)
ETUDE du Cyana
sous-marin de poche habité de l'Ifremer
Source : http://fr.wikipedia.org/wiki/Cyana
Présentation des blocs qui seront étudiés pendant le CCF
Réseau
EDF
Energie
Hydrostatique
convertisseurs
Motorisation
Protection des biens et des personnes
Energie
Etude des batteries
Énergie par batteries au plomb ; capacité 380 Ah en 120 V
Etude de la charge :
Dessinez le schéma bloc fonctionnel correspondant à la charge d’un
batterie de 120V continue à partir du réseau EDF 220V alternatif
On suppose que l’on dispose maintenant d’un chargeur fonctionnant à
courant constant pour effectuer la charge de nos batteries .
Le fabriquant de batterie nous indique que pour la charge de ces batteries , il
faut respecter une intensité correspondant à 1/5 de la capacité nominale
en 20 heures
Déterminez le courant nécessaire à la décharge totale en 20 h , lorsque nos
batterie sont en pleine charge.
En déduire le courant conseillé pour la charge .
Déterminez la durée de la charge de nos batteries en supposant qu’elles
sont entièrement vides et en respectant le courant de charge que vous
venez de déterminer.
L’hypothèse utilisée pour déterminer la durée de charge vous paraît-elle
crédible ?
Etude de la décharge :
Dans le cas le plus défavorable , le sous-marin dispose d’une autonomie de plongée de 6 h.
Les batteries sont alors encore chargées à 30 % de leur capacité nominale , c’est le choix fait
par le constructeur pour assurer la sécurité des personnes et des biens embarqués.
Cette réserve permettant encore la manœuvre du véhicule , les communications et la
remontée dans des conditions satisfaisantes .
Déterminez l’énergie consommée dans l’hypothèse d’une plongée de 6h conforme aux
recommandations ci-dessus .
En considérant l’intensité du courant comme constante pendant la plongée , déterminez sa
valeur dans le cas de notre plongée de 6h.
convertisseurs
Convertisseur n°1
Un des convertisseurs utilisés correspond au bloc fonctionnel
suivant :
La tension d’entrée
La tension de sortie
Uch
E
t
t
1/ indiquez la nature de ce convertisseur .
2/ Donnez le nom de ce convertisseur .
3/ A partir du chronogramme ci contre , déterminez :
-> la période du signal de sortie
-> la valeur du rapport cyclique
-> l’ondulation du courant de sortie
Sonde d’intensité
sur la voie B :
Rapport 1V/10A
Sonde
différentielle de
tension sur la voie
A : rapport 1:1
Réglage de la base des temps : 500 µ s / div
Réglage de la voie A
: 50 V / div
Réglage de la voie B
: 1 v / div
Les 2 voies sont réglées sur DC
convertisseurs
Convertisseur n°2
Le circuit ci-contre correspond au 2ième convertisseur intervenant dans la chaine des
actionneurs du sous marin.
Uc
1/ Quelle est la fonction de ce convertisseur ?
2/ quel est son nom .
ic
3/ indiquez le nom du type de commande qui
est appliquée sur les éléments du
convertisseur.
4/ Quels autres types de commande
connaissez vous pour ce convertisseur.
Les grandeurs électriques de la machines peuvent aussi être représentées par leur spectre .
la représentation spectrale est la suivante :
5/ Déterminez la fréquence de l’onduleur .
6/ Sur la représentation spectrale, d’autres fréquences apparaissent :
comment les nomme-t-on ?
comparez les à la fréquence de l’onduleur
sont –elles un avantage ou un inconvénient ( justifiez votre réponse)
7/ A partir de la représentation spectrale de ic , que peut on dire sur la forme de Ic ?
Motorisation
Etude d’un des moteurs propulseurs
Propulsion principale : 2 propulseurs électriques de 1,5 kW
Propulsion auxiliaire :2 propulseurs hydrauliques de 0,6 kW :
1 transverse AR et 1 vertical
Nous allons seulement étudier un des propulseurs principaux :
Il est alimenté par un module qui lui fournit une tension triphasé de 130V/230V ; 50Hz
Le moteur du propulseur étudié est un moteur synchrone dont les caractéristiques sont les
suivantes: 230V /400V – 50 Hz – 1,5 kW – η = 97% - machine bipolaire
1/ A partir des informations ci-dessus : indiquez le couplage du moteur pour que l’on puisse le
raccorder au bloc d’alimentation triphasé .
2/ déterminez la puissance absorbée par la machine
3/ Déterminez sa vitesse de rotation nominale.
Quelle est la propriété de cette vitesse si la fréquence reste fixe à 50 Hz.
Quelle nom particulier donne t on à cette vitesse .
4/ Comment doit on faire pour faire varier la vitesse de rotation de la machine de manière
linéaire .
Application on souhaite obtenir une vitesse égale à 80% de la vitesse nominale, déterminez:
la valeur de la nouvelle vitesse
la valeur du (ou des ) paramètre(s) sur le(s)quel(s) vous êtes intervenu.
5/ on travaille dans les condition nominale et l’on souhaite obtenir une vitesse de rotation de
l’hélice qui soit égale à 1/3 de la vitesse nominale du moteur , tout en conservant fixe son
alimentation électrique. Proposez une solution qui permette de résoudre ce problème
Hydrostatique
Etude des ballasts et de la pression
Profondeur d'intervention : 3000 m
Masse : 9,30 t
Dimensions :
longueur : 5,70 m
largeur : 3,20 m
hauteur : 2,70 m
1/ Fonctionnement des ballasts :
Les ballasts font partie des organes essentiels pour un sous marin. Ils donnent à ce dernier la
capacité de plonger ou de remonter . En vous aidant du document : « annexe Hydrostatique ».
( attention : on ne recopie pas le document « annexe hydrostatique »)
Indiquez ce qu’est un ballast .
Indiquez comment ce dernier fonctionne et pourquoi c’est lui qui détermine si le sous marin
plonge ou remonte .
Quelle est l’importance de la masse et des propriétés géométriques du sous-marin pour la
conception des ballasts.
2/ Etude de la pression :
Afin d’étudier la pression à laquelle le sous marin va être soumis , on décide de faire l’expérience
suivante :
On fait descendre progressivement un plongeur dans une piscine municipale d’eau douce à 20°C ,
équipée d’un puits de plongée de 20 m .
On relève la pression tous les 5 m.
On obtient les mesures suivantes .
Profondeur (m)
0
5
10
15
20
Pression (bar)
1
1,5
2
2,5
3
2.a/ La position du plongeur dans le puits ( contre un mur ou au centre ), a-t-elle une
importance ?
2.b/ Comment qualifie-t-on cette propriété ?
2.c/ Les résultats obtenus sont ils directement transposables sur notre sous marin qui doit
effectuer une plongée dans l’Océan Atlantique à une profondeur de 1200 m ?
Explicitez votre réponse .
2.d/ En considérant que la courbe mesurée en piscine est directement transposable sur le sous
marin , en déduire la pression qui sera exercée sur le sous marin lors de sa plongée à 1200m.
Protection des biens et des personnes
Sécurité :autonomie supplémentaire de sécurité : 120 h
5 dispositifs pyrotechniques d'allègement de sécurité
1/ Le sous marin va devoir intervenir dans les différents océans du globe. les zones d’interventions
étudiées sont le Pôle Nord , l’Equateur et l’Océan Atlantique
Déterminez les contraintes physiques auxquels il va être soumis en fonction de la zone
d’intervention et de la profondeur de la plongée.
2/ Afin d’éviter une détérioration trop rapide du véhicule , il est nécessaire de prévoir une protection
de ce dernier contre la corrosion.
Indiquez quels sont les phénomènes corrosifs auxquels le sous marin va être soumis ?
Proposez des solutions pour réduire / supprimer ces phénomènes .
3/ dans la fiche technique du sous marin il est spécifié qu’une autonomie supplémentaire de 120 h
est prévue, mais de quelle autonomie s’agit-il ?
4/ A quoi servent les dispositifs pyrotechniques d’allégement et dans quels cas doit on les mettre
en œuvre ?
Annexe hydrostatique
Le principe d'Archimède
Tout corps plongé dans un liquide reçoit de la part de ce liquide une poussée verticale dirigée de bas
en haut, égale au poids du volume de liquide déplacé.
Le sous-marin dans l'eau de mer est soumis à deux forces :
- son poids, appliqué au centre de gravité (G), force verticale dirigée de
haut en bas. Elle tend à faire descendre le sous-marin.
- la poussée d'Archimède, appliquée au centre du volume immergé (C),
force verticale dirigée vers le haut. Elle tend à faire remonter le sousmarin. L'équilibre est obtenu quand le poids de l'eau déplacée, c'est à dire
la poussée, correspond au poids du sous-marin. Considérons le sous-marin
en surface. Les ballasts sont totalement vides d'eau de mer. La partie
supérieure émerge. Le sous-marin flotte, il est donc en équilibre. Le poids
du volume d'eau déplacé est bien égal au poids du sous-marin. Si l'on
ouvre la purge des ballasts, ils se remplissent d'eau. Le sous-marin
s'alourdit et s'enfonce. Le poids du volume d'eau supplémentaire déplacé,
qui correspond à une augmentation de même valeur que la poussée, est
égal au poids de l'eau contenue dans les ballasts. Un nouvel équilibre
statique est donc obtenu. A chaque volume d'eau ajoutée, le sous-marin
s'enfonce un peu plus et trouve un nouvel équilibre.
En immersion maximale les ballasts sont totalement pleins d'eau de mer. Si l'on vide les ballasts
en remplaçant l'eau de mer par de l'air contenu dans des bouteilles d'air situées à l'intérieur du
sous-marin. Le poids du sous-marin diminue du poids du volume d'eau évacué des ballasts : la
poussée, que l'on appelle aussi déplacement en plongée, est supérieure au poids du bâtiment.
Le sous-marin est "léger", il remonte jusqu'à ce que la valeur de la poussée diminuant avec la
hauteur de l'immersion, on obtient un nouvel équilibre poids/poussée.