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Considération générale sur les ailettes

Dossier - Stabilité en vol des fusées miniatures
DossierClassé sous :Astronautique , fusée , Ailette

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Comprendre comment les forces aérodynamiques influencent la trajectoire des fusées, savoir comment concevoir, calculer et valider les ailettes des fusées miniatures pour leur assurer une trajectoire stable et une altitude optimale.

  
DossiersStabilité en vol des fusées miniatures
 

1. Fusées sans ailette

En examinant la formule de calcul de la position du centre latéral de poussée, on se rend compte que chaque élément est "optionnel" : une fusée n'a pas forcément de jupe, par exemple. Alors, pourquoi ne pas imaginer une fusée sans ailettes, qui serait toutefois conforme à la condition de stabilité ?

Dans ce cas, comme le facteur "ailettes" disparaît, il devient difficile de modifier la position du centre latéral de poussée. Le respect de la condition de stabilité passera donc par l'adaptation de la position du centre de gravité, via la mise en place de lest.

J'ai vérifié cette idée dans ma série de fusées Caféine. L'équilibrage impose la mise en place de lests assez importants mais le résultat est assez satisfaisant : le vol est stable, sans toutefois avoir la régularité d'un vol stable à ailettes.

Cette étude montre que, même si les fusées sans ailettes n'ont pas un vol parfait, il est possible de réduire fortement l'importance des ailettes (et donc la traînée de la fusée) pour peu que la fusée aie une bonne répartition de masse. Il convient alors dès la conception de placer les masses importantes en haut de la fusée, ce qui permet alors d'obtenir des altitudes plus élevées.

2. Stabilité à basse vitesse

La condition de stabilité que nous avons étudiée ne s'applique qu'à partir d'une vitesse minimale. Il est d'usage de considérer que cette vitesse minimale est de 10 m/s (soit 36 km/h).

Il est donc préférable que le guidage de la fusée lors de son lancement se fasse sur une durée suffisamment importante pour que, une fois le guidage terminé, la vitesse de la fusée soit d'au moins 10 m/s.

3. Remarques générales

  • Plus une ailette est basse (Lailettes élevé), plus elle est efficace,
  • Plus une ailette est large (e élevé), plus elle est efficace,
  • Une série d'ailettes placée au centre de gravité est inutile,
  • Une série d'ailettes placée plus haut que le centre de gravité amoindrira l'effet des ailettes placées sous le centre de gravité,
  • Un changement de masse lors du vol (combustion du carburant, éjection de la charge utile ...) déplace le centre de gravité et modifie alors la stabilité de la fusée,
  • Pour changer l'équilibrage, différentes solutions sont possibles : lest dans le sommet ou dans la base de la fusée, ailettes à géométrie variable, éjection d'ailettes, éjection de lest ... et tout ce que l'imagination permet !
  • Une fusée multi-étages doit être conçue de manière à être stable lors de toutes les phases de son vol. Ceci impose parfois d'éjecter une partie des ailettes en même temps que les étages ayant délivré leur poussée.