Un lanceur de fusées à eau autonome.

Un lanceur de fusées à eau autonome.

Vous connaissez probablement les fusées à eau, et savez peut-être qu'il est assez facile d'en construire soi-même avec des bouteilles de boisson gazeuse et des embouts de tuyaux d'arrosage. Ce genre de "jouet" peut être propulsé à des hauteurs assez ahurissantes, ce qui en fait un hobby plutôt fun. Eh bien figurez-vous que Yoctopuce s'est intéressé à la question...




Le principe

Comme les fusées classiques, les fusées à eau sont propulsées par réaction: le moteur n'est rien d'autre qu'une bouteille partiellement remplie d'eau puis mise sous pression. Lors du lancement, l'air comprimé chasse violemment l'eau de la bouteille et, par réaction, la fusée avance (vite) dans le sens opposé à l'eau.

Principe d'une fusée à eau
Principe d'une fusée à eau


Les fusées à eau artisanales sont souvent basées sur ces embouts de tuyau d'arrosage qui se verrouillent automatiquement. La partie mâle est collée sur le goulot de la bouteille et la partie femelle, qui contient un système de verrouillage, est raccordée à un tuyau planté dans le sol lui-même raccordé à une pompe à vélo, c'est le lanceur.

L'embout de tuyau d'arrosage à verrouillage automatique: le secret de la technologie des fusées à eau
L'embout de tuyau d'arrosage à verrouillage automatique: le secret de la technologie des fusées à eau


Pour lancer une fusée, on remplit partiellement la bouteille, on la fixe à la renverse sur le lanceur, on pompe comme un fou, puis on déclenche le déverrouillage de l'embout, et la fusée part. Simple comme bonjour.

Version Yoctopuce

Vous l'avez peut-être remarqué, chez Yoctopuce, on a une petite tendance à automatiser tout ce qu'on touche. Alors on a décidé de pousser le concept des fusées à eau un peu plus loin en fabriquant un lanceur de fusées à eau autonome. Ce lanceur devra assurer le remplissage, la mise sous pression et le lancement, pendant qu'on assistera au spectacle à distance prudente.

Pour faire ça, on va utiliser, en plus des incontournables embouts de tuyaux:

La première idée est de séparer le circuit de remplissage d'eau du circuit de mise sous pression. Ceci afin d'éviter que l'eau ne puisse être refoulée dans le compresseur à la mise sous pression. Les compresseurs, tout comme les pompes à vélo, n'aiment pas trop être remplis d'eau.

Le circuit hydro-pneumatique du lanceur
Le circuit hydro-pneumatique du lanceur


La séparation air/eau dans la bouteille est assurée par un petit tube qui monte très haut dans la bouteille. L'air comprimé arrivera par ce tube, et on est assuré que l'eau ne pourra pas repartir par là.

Remplissage

On dispose d'une réserve d'eau dans un bidon. Pour effectuer le remplissage, on ouvre les vannes 1 et 4 et on injecte de l'air dans le bidon à l'aide du compresseur, ce qui va repousser l'eau jusque dans la fusée. Plus le niveau d'eau va monter dans la bouteille, plus la pression de l'air qui se trouve au dessus de l'eau va augmenter. Si on mesure cette pression, on peut en déduire le niveau d'eau et arrêter automatiquement la phase de remplissage.

La phase de remplissage
La phase de remplissage


On a utilisé un simple bidon en plastique comme réserve d'eau, mais il a fallu le renforcer un peu, car il avait tendance à gonfler de manière alarmante pendant les phases de remplissage.

Mise sous pression

Une fois le remplissage terminé, on isole le circuit d'eau en fermant les vannes 1 et 4, puis on ouvre la vanne 3 et on continue de pomper jusqu'à ce que la pression dans la bouteille soit jugée suffisante. On arrête alors de pomper et on ferme la vanne 3. La fusée est prête au lancement.

La phase de pressurisation
La phase de pressurisation


Lancement

On aurait pu utiliser un servo-moteur de modélisme pour actionner l'embout de jardin, mais il aurait été aux premières loges pour se prendre une douche à chaque lancement. On a préféré utiliser un petit piston pneumatique relié à l'embout de jardin. Pour lancer la fusée, on actionne la vanne 2, ce qui déclenche le piston et libère la fusée

La phase de lancement
La phase de lancement


L'air qui actionne le piston est prélevé dans la bouteille, mais comme il s'agit d'une quantité négligeable, ce n'est pas un problème.

Réalisation

L'idée était de fabriquer un lanceur compact que l'on puisse transporter facilement et que l'on puisse contrôler à distance depuis un smartphone.

On a donc conçu une structure en forme de X sur laquelle viennent se visser tous les éléments. Ainsi toutes les parties du lanceur sont facilement accessibles.

Le squelette du lanceur
Le squelette du lanceur


La partie hydro-pneumatique est réalisée avec du tuyau à air comprimé en polyuréthane de 4mm et on a utilisé des raccords instantanés partout où c'était possible.

Tubes en polyuréthane et embouts rapides
Tubes en polyuréthane et embouts rapides



Le tube de lancement

Le tube de lancement est la partie la plus délicate à fabriquer, il faut commencer par trouver un tuyau adapté. Il s'agit en fait d'un raccord sur lequel on doit pouvoir adapter à la fois l'embout de tuyau de d'arrosage et les raccords rapides quitte à utiliser une multitude d'adaptateurs. A l'intérieur du gros tuyau, il y a plusieurs petits tuyaux reliant les différentes sorties, le tout est noyé dans de la résine époxy. Le tube capillaire et les embouts rapides sont vissés sur des inserts filetés eux aussi noyés dans la résine.

Le tube de lancement et sa structure interne
Le tube de lancement et sa structure interne



Partout où c'était possible, les éléments de tuyauterie ont été collés ensemble à la colle époxy. Ainsi pas besoin de joint et pas de fuites. :-) Vous trouverez plus de détails sur la construction de ce tube ici.

Le compresseur

Le compresseur est un compresseur 12V fonctionnant sur allume-cigare, acheté 20 francs au magasin du coin de la rue. On l'a débarrassé de son habillage en plastique, et on l'a vissé sur un support.

Le compresseur tel qu'on l'a acheté Le compresseur, ce qu'il en reste
Le compresseur


Il est contrôlé par un gros relais 24V qui lui-même est contrôlé par une des sorties du Yocto-MaxiCoupler. Le compresseur demande trop de puissance pour être piloté directement par le Yocto-MaxiCoupler. On a mis une grosse diode TVS de chaque côté du relais 24V: une pour protéger le relais des surtensions induites par le bobinage du compresseur et la seconde pour protéger le Yocto-MaxiCoupler des surtensions induites par le bobinage du relais.

Les vannes

Ce sont des électro-vannes 24V, elles ne consomment que 100mA, on a pu les piloter directement avec le Yocto-MaxiCoupler.

Les électro-vannes
Les électro-vannes



La mesure de pression

La pression du circuit d'air est mesurée à l'aide d'un capteur de pression 4-20mA raccordé à un Yocto-4-20mA-Rx.

Le capteur de pression 4-20mA
Le capteur de pression 4-20mA



Le déclencheur

Le déclenchement est basé sur un petit piston pneumatique qui actionne une crémaillère qui actionne à son tour une roue dentée fixée à l'embout de tuyau. La crémaillère et la roue dentée ont été fabriquées à l'aide d'une imprimante 3D.

 
Le déclencheur



Le contrôle

Le Yocto-4-20mA-Rx et le Yocto-MaxiCoupler sont contrôlés par un YoctoHub-Wireless. L'idée étant de configurer le YoctoHub-Wireless en mode ad-hoc. Ainsi le lanceur générera son propre réseau WiFi et pourra être utilisé sans problème au beau milieu de nulle part.

Le câblage des modules Yoctopuce dans le lanceur
Le câblage des modules Yoctopuce dans le lanceur


Les premiers tests ont montré qu'il fallait légèrement éloigner l'antenne du YoctoHub-Wireless à cause du compresseur. Lorsqu'il tourne, il y a à proximité du moteur suffisamment de parasites pour empêcher toute communication radio. On l'a donc perchée sur un petit mat fixé au côté du lanceur.

La partie électronique. Le YoctoHub-Wireless est un modèle de pré-série, d'où la couleur verte
La partie électronique. Le YoctoHub-Wireless est un modèle de pré-série, d'où la couleur verte



L'alimentation

L'alimentation est un problème délicat. Dans l'installation nous avons:

  • Des modules Yoctopuce qui fonctionnent en 5 volts
  • Des vannes qui fonctionnent en 24 volts
  • Un compresseur qui fonctionne en 12 volts

Pour alimenter tout ça, on a choisi d'utiliser une de ces batteries portables qui servent à faire redémarrer votre voiture quand sa propre batterie est à plat. Cet engin, conçu pour être transporté facilement, fournit du 12V et dispose même d'une prise allume-cigare.

Une alimentation 12V puissante et facilement transportable
Une alimentation 12V puissante et facilement transportable


On a donc dû utiliser deux convertisseurs, un 12V vers 5V pour les modules Yoctopuce et un 12V vers 24V pour les vannes et le relais de contrôle du compresseur.

La partie alimentation
La partie alimentation



Bonus

Comme il restait des sorties libres sur le Yocto-MaxiCoupler, on en a utilisé deux pour contrôler des appareils photos et photographier les décollages. On avait déjà utilisé cette méthode dans un post précédent.


Résultat

On ne va pas se voiler la face: bien que compact, le lanceur ressemble à une usine à gaz, mais il a malgré tout de l'allure. Tous les papas ont tendance à être fiers de leurs rejetons :-)

Le lanceur complet
Le lanceur complet

 




Les premiers essais avec une simple bouteille de boisson gazeuse sont assez prometteurs.

Plutôt efficace...
Plutôt efficace...



Bon, le lanceur, c'est fait. La semaine prochaine on s'occupe de la fusée...

Commenter 15 commentaires
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1 - kioub Dimanche 24 novembre 2013 14H22

Bonjour,

Bravo pour votre fabrication. Serait il possible d'avoir plus de détails, notamment concernant la fabrication de la partie lanceur avec les tuyaux fixé à l'epoxy ?

2 - martinm (Yocto-Team)Lundi 25 novembre 2013 9H15

@kioub: Ok, On va écrire une petite page qui décrit comment fabriquer le tube de lancement... Mais ça va prendre un peu de temps :-)

3 - martinm (Yocto-Team)Mercredi 27 novembre 2013 14H44

@kioub: voila qui est fait:
http://www.yoctopuce.com/FR/interactive/rocket_launcher_tube

4 - kioub Vendredi 29 novembre 2013 22H31

C'est une réponse et une belle réponse : rapide, détaillée et en 3D. Merci, cet article ma convaincu de me lancer.

5 - nico Vendredi 21 février 2014 21H06

Bonsoir ,

j'ai lus très attentivement votre réalisations et je trouve cela très intéressant . Votre projet m'intéresse beaucoup . Je suis actuellement en classe préparatoire et dans le cadre d'un projet je souhaiterais fabriquer le lanceur automatique ainsi que la fusée . Etant novice en la matière et ayant que très peu d’expérience de réalisations concrètes certains points me paraissent assez flou . Auriez vous quelques tutoriels précis , surtout concernant le branchement électronique des différents éléments ?

Félicitations pour votre travail

Nicolas

6 - martinm (Yocto-Team)Samedi 22 février 2014 11H44

@Nico: Il n'y a pas de tutoriel précis parce que les détails de la réalisation sont très dépendants des compétences et des moyens techniques à disposition de chacun. Bien entendu, le support Yoctopuce est à votre disposition pour toute question concernant l'utilisation nos modules.

7 - nico Dimanche 16 mars 2014 19H05

Merci beaucoup pour votre réponse et désolé du retard ,
Je songe vraiment a réaliser ce lanceur et je voulais savoir pour pouvoir commencé : auriez vous les details de la conception de la structure en X ? ( materiaux,realisation,emplacement des trous )

Nicolas

8 - martinm (Yocto-Team)Dimanche 30 mars 2014 11H06

@nico, Voila:

http://www.yoctopuce.com/FR/downloads/water_rocket_launcher_parts.zip

Vous trouverez dans ce (gros) fichier:
- Toutes les pièces à découper (DXF + PDF)
- Les principales pèièces a imprimer (STEP + STL)
- Une modélisation 3D complète du lanceur (STEP)

9 - anthodu57 Samedi 29 novembre 2014 8H48

Bonjour,
Tout d'abord BRAVO pour votre projet mais je voulais savoir quel été le model de votre électrovanne?

Merci,

10 - martinm (Yocto-Team)Samedi 29 novembre 2014 9H16

@anthodu57
On a utilisé des vannes de SMC, la référence est VDW11-5G-2-M5-Q. En théorie, elles ne sont plus fabriquées et ont été remplacées par un nouveau modèle assez similaire: www.smc.eu/portal_ssl/WebContent/corporative/content/discontinued_products/pdf/newVDW_switchover_FR.pdf. Cependant il semblerait qu'il en reste quelques-unes en stock chez RS-Online.

11 - anthodu57 Lundi 01 décembre 2014 14H38

Merci de votre réponse. Et est-ce que vous pourrez me conseiller pour l'achat de la résine époxy?
Cordialement

12 - martinm (Yocto-Team)Lundi 01 décembre 2014 14H42

@anthodu57:
Ca se trouve dans tous les bons magasins de modélisme, par exemple:
www.topmodel.fr/product-detail-7770-resine-epoxy-l-durc-l-kit-1-kg

13 - anthodu57 Lundi 01 décembre 2014 15H07

Merci

14 - anthodu57 Lundi 06 avril 2015 13H27

Bonjour, est-ce qu'il est possible d'obtenir plus de photos de chaque parties s'il vous plait, merci. J'ai aussi pas très bien compris comment vous avez fait pour relier la bouteille à un embout de jardin, parce que j'ai essayé sur plein de bouteilles et l'embout ne va sur aucune d'elles, merci d'avance.
Cordialement

15 - martinm (Yocto-Team)Lundi 06 avril 2015 13H33

Contactez le support Yoctopuce qui vous aidera volontiers. Concernant la fixation des embouts sur les bouteilles: on ponce le filetage du goulot jusqu'à ce que ça rentre, puis on colle l'embout à la colle epoxy.

Yoctopuce, get your stuff connected.