SEQUENCEUR DE LA MINI

SEQUENCEUR DE LA MINI-FUSEE
OBJECTIFS
Dans le cadre de l'opération "Une mini fusée pour
l'école", le CNES (Centre National d'Etudes
Spatiales) par l'intermédiaire de "Planète
Sciences" apporte son soutien logistique aux clubs
et ateliers dont les activités sont dédiées à
l'Espace.
Afin de propulser une mini fusée
(60 cm de haut, masse = 500 g) à une altitude de
250 m environ, Planète Sciences fournit un
propulseur du type Wapiti qui permet à la fusée
d'atteindre son point culminant en 6 secondes.
Pour une descente en douceur, un parachute est
indispensable.
Il est nécessaire de concevoir un système
permettant l'ouverture la trappe du parachute
lorsque la fusée arrive au sommet de sa
trajectoire, c'est à dire 6 s après le lancement.
Tout système (mécanique ou électronique) est
valable. Nous allons ici utiliser l'électronique
(montage ci -contre)et le cours de MPI….
Pour cela quelques notions préalables
s'imposent !
MPI : Séquenceur de mini-fusée
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1. MONTAGE ELECTRONIQUE COMMANDANT L'OUVERTURE DE LA TRAPPE A PARACHUTE
La trappe en position fermée comprime un bloc de mousse et est retenue par un fil nylon tendu.
Tout système coupant le fil libèrera donc la trappe. On utilisera un "jevelot", petite boule de poudre
entourant une résistance de quelques dizaines d'ohms et fourni par Planète Sciences.
Un courant de quelques ampères suffira pour enflammer la poudre et brûler le fil.
Pour des raisons évidentes de sécurité, seule une personne agrée par Planète Sciences et le CNES,
sera habilitée à installer le jevelot au dernier moment et à procéder au lancement.
Le montage électronique nommé séquenceur est un application de quelques notions étudiées en option
MPI.
Le montage comporte différents étages :
- deux ponts diviseurs de tension
- Un circuit RC
- Un amplificateur monté en comparateur
- Un transistor utilisé en tout ou rien pour commander le passage du courant dans le jevelot
- On peut encore ajouter une LED témoin de la mise sous tension du circuit, (elle sera mise en
dérivation aux bornes de l'alimentation avec un résistance de protection de 1 k.
2. ETUDE DES DIFFERENTS ETAGES
2.1. Pont diviseur de tension
MPI : Séquenceur de mini-fusée
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R1
R2
U2
U2 / U
R 2 / R 1 + R2
2.2. Charge du condensateur
Le condensateur est constitué de deux armatures métalliques séparées par un isolant.
Son symbole est :
C
ou
condensateur chimique
Lorsque les armatures sont reliées aux bornes d'un générateur, elles prennent le potentiel de celles-ci et se
chargent, l'une positivement, l'autre négativement. Soit Q la quantité d'électricité emmagasinée (ou charge
du condensateur).
Si la charge s'effectue à travers un résistor R, la durée de la charge dépend du produit RC où C est la
capacité du condensateur exprimée en Farad (F).
Simuler le montage ci-contre sous Crocodile
Physics
Quel est le rôle de l'interrupteur ?
Quelle est l'influence de R et de C sur la
durée de charge du condensateur ?
Chercher la valeur de R pour que Uc
atteigne 4,5 V en 6 s.
R=
2.3. L'amplificateur opérationnel monté en comparateur :
L'amplificateur opérationnel est alimenté de façon non symétrique.
(La tension U+ - n'est plus nulle)
Les tensions U+ et U- sont obtenues avec des générateurs de tension continue : U- = 4,5 V et U+ variable de
0 à 5 V..
Simuler ce montage sous Crocodile Physics, faire varier U+ et observer Us.
MPI : Séquenceur de mini-fusée
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2.4. Le transistor
2.4.1. Constitution :
Comme les diodes, le transistor est obtenu par jonction de semi-conducteurs dopés (germanium ou silicium),
dopés N ou dopés P selon que l'impureté ajoutée contient plus d'électrons ou moins d'électrons que le semiconducteur.
Le transistor est formé de trois parties : la base B, de faible épaisseur, sépare le collecteur C de l'émetteur E.
Le transistor est dit NPN si la base est dopée du type P, émetteur et collecteur du type N.
Transistor NPN : le courant entre par le collecteur et
ressort par l'émetteur
Transistor PNP : le courant entre par l'émetteur et
ressort par le collecteur
2.4.2. Fonctionnement du transistor :
On considère le montage suivant que l'on simulera sous Crocodile Physics :
Compléter le tableau lorsque l'on fait varier UBE
UBE (V)
0
0.2
0.3
0.4
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Ib (mA)
Ic (mA)
Phase 1 :
transistor
Ic =
;
MPI : Séquenceur de mini-fusée
Phase 2
Ic =
Ib
Ib=
4
Phase 3
transistor
Ib
Ic =
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2.5. Le séquenceur :
2.5.1. Principe :
Le montage comprend différents étages :
 L' A.O. compare les tensions E+ et E- connectées à deux ponts diviseurs de tension.
 La tension E- est constante et vaut 4,5 V.
 La tension E+ correspond à la tension aux bornes du condensateur inclus dans l'étage RC,
l'initialisateur (fiche Jack) joue le rôle d'interrupteur :
- Enfiché avant le décollage (interrupteur fermé), le condensateur est déchargé.
- Arraché au décollage (interrupteur ouvert), le condensateur se charge.
Dans le montage ci dessous, on utilise un condensateur chimique de grande capacité 220 micro farads
mais qui présente l'inconvénient d'être polarisé, attention au branchement !
L'actionneur est une résistance entourée d'une goutte de poudre. Le passage du courant dans la résistance
enflamme la poudre et brûle le fil qui retient la trappe du parachute…
L'actionneur sera représenté par une résistance de quelques dizaines d'ohms.
2.5.2. Simulation :





Simuler le montage sous Crocodile Physics en plaçant des voltmètres afin de vérifier le basculement
de l'A.O.
Régler le potentiomètre afin d'obtenir la libération du parachute au bout de 6 s.
Ajouter un interrupteur général et une LED protégée qui indiquera la mise sous tension.
Imprimer.
Expliquer le rôle des différentes parties en mesurant la tension d'entrée et de sortie de chacune de
ces parties.
M
MPI : Séquenceur de mini-fusée
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2.5.3. Visualisation sous Synchronie :
On utilise le montage sur circuit imprimé :




Alimenter le circuit sous 9 V.
Vérifier le fonctionnement du montage (la LED connectée à l'émetteur E doit s'allumer, ce qui
symbolise l'explosion de la goutte de poudre, libérant le parachute) et régler le potentiomètre pour
obtenir la durée nécessaire (6 s).
Représenter par des flèches les tensions
U géné, tension aux bornes du générateur
Uc, tension aux bornes du condensateur (= U+),
U-,
UsAO, tension à la sortie de l'amplificateur
Uall = UEM
Ud, tension aux bornes de la LED placée entre E et M.
Visualiser ces tensions sous Synchronie et observer leur évolution au cours du temps
MPI : Séquenceur de mini-fusée
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EXEMPLE DE COPIE D'UN GROUPE D'ELEVE DE 2° :
Séquenceur de mini fusée
Visualisation des tensions des différentes parties du séquenceur :
SIMULATION DU DEPART
DE LA FUSEE.
MPI : Séquenceur de mini-fusée
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3. EXPLICATION DU CIRCUIT
Ce montage a été conçu pour le lancement de mini-fusées, il permet l’ouverture de la trappe retenant le
parachute quand la fusée atteint le sommet de son ascension. Ce qui évite la pulvérisation de celle-ci à
l’impact du sol.
Pour ce faire, ce montage doit faire brûler un fil (attaché à la trappe) au bout d’environ 6 secondes après le
lancement.
Explication détaillée :
- Lorsque l’initialisateur est fermé (fusée au sol) :
C est relié à la masse, Uc = 0 V et ne change pas.
E- = ½ * 9 V = 4,5 V ( à cause du pont diviseur de tension) .
L’A.O étant monté en comparateur et Uc (U+) étant toujours inférieur à E-, la tension de sortie vaudra
toujours 2 V. Rien ne se passe car il n’y a pas assez de tension pour brûler le fil.
- Lorsque l’initialisateur est ouvert (fusée partie):
Le condensateur accumule la charge électrique, Uc augmente (plus la résistance ajustable a une forte
résistance, plus Uc augmente lentement).
Comme l’AO est monté en comparateur :
Tant que Uc est inférieur à U-, UsAO = 2 V ; rien ne se passe.
Au bout de 6 secondes, Uc devient supérieur à U-, UsAO bascule à 7 V ; il y a assez de courant pour
mettre feu à la poudre, enflammant le fil qui retenait la trappe du parachute.
MPI : Séquenceur de mini-fusée
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