Système de séparation électrique d'étage de fusée

Conception d'un système de séparation d'étage de fusées ne mettant pas en oeuvre de moyens pyrotechniques.

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Le projet

L'objectif est de développer un systeme de séparation d'étage réutilisable n'utilisant pas de moyen pyrotechnique.

Le développement suivra une logique itérrative en validant les choix de conception à mesure des test réalisés.

Génèse

Structure

Le système se compose de structures imprimées en 3D qui réalisent la jonction entre les deux étages par un système de fixation “mâle”, “femelle” .

Premier étage

Le premier élément imprimé est solidaire du premier étage. Il fixée à la structure aluminium par 3 vis M5.(en rouge)

Cet élément est composé, outre sa structure principale, de 9 billes réparties en collier qui sont maintenus chacune dans une gallerie cylindrique.

Un anneau imprimé en 3D permet de positionner les billes de deux manières:

En butée externe sur le support des billes. Avec ⅓ du rayon à l'extérieur de la galerie.
Libre de se déplacer dans la galerie.

Des galeries creusées en miroir de celles du support de billes sur l’anneau permettent d’agrandir l’espace disponible aux billes lorsque les deux galeries se font face.

Cette action est réalisée par la mise en rotation de l’anneau sur l’axe de la fusée par un servomoteur fixé à la structure principale, sous l’anneau.

Trois couples de ressorts et douilles sont positionnés en alternance avec les supports de billes.
Chaque ressort possède une tension sous charge de 211.82 N assurant lors de leur compression une tension équivalente de 1266 N.

Enfin la structure est également le support de l’électronique de commande, un microcontrôleur.

Second étage

Le second élément est composé d’une structure unique imprimée 3D fixée à la structure aluminium du second étage par 3 vis M5.

Les trois prolongements, ou “pinces”, sont creusés d’une galerie cylindrique où viennent se positionner l'extrémité des billes de la structure du premier étage.

Six trous sont creusés en alternance avec les “crochets” et viennent accueillir les douilles de maintien des ressorts du premier étage.

Fonctionnement

Avant séparation

L’espace disponible aux billes placées dans la structure du premier étage est réduit au minimum par l’anneau en position “verrouillé”.

Les billes sont donc toutes en butée externe et en contact avec les 3 “pinces” de la structure du second étage.

Les ressorts guidés par leur douilles sont compressés contre la structure du second étage et assurent une tension entre les étages.

Séparation

Lorsque le temps Ts est atteint, le microcontrôleur commande la rotation de l’anneau central.

L’espace disponible aux billes est augmenté. Elles peuvent se déplacer dans la galerie.
La tension verticale des ressorts met en mouvement les “pinces” qui repoussent les billes vers l'intérieur de la structure.
Les billes n'imposent plus de résistance au second étage qui est éjecté par la tension libérée des ressorts.