Voiture téléguidée à air comprimé

Bonjour amis Maker, amis professeurs,

De temps à autre, on tombe sur une vidéo qui se révèle être un petits bijoux d'apprentissage.
Aujourd'hui, je vous présente le projet de Tom Stanton sur la réalisation d'une voiture turbine propulsé à l'air comprimé.

Cette vidéo de Tom Stanton

Au cours de sa vidéo on découvre les différentes itérations de turbines, la vitesse maximale de 18.000 tour/minutes et le développement de la puissance maximale de 12W.

Commençons par la roue libre (en métal) et engrenage réducteur.

Cette vidéo de Tom Stanton

Avec l'axe d'entraînement (au premier plan) sur lequel vient se placer la turbine à tester avec la canule y soufflant le l'air, sous pression, contenu dans les bouteilles. Cet air est comprimé à 18 PSI (Pound per squate Inch).

1 PSI = 6894.75 Pa. A 18 PSI, la pression dans la bouteille est donc 124105 Pascal (un peu plus d'une atmosphère).

Cette vidéo de Tom Stanton

A l'aide d'une électronique adéquate, Tom mesure la vitesse de rotation (RPM) et le couple (dit Torque en anglais).

Le graphe ci-dessous présente l'évolution de la vitesse avec le temps. En début de graphe, la vitesse augmente rapidement car la pression élevée dans la bouteille permet de développer un couple important. En fin de bouteille, la pression chute, raison pour laquelle la vitesse plafonne.

Source: cette vidéo de Tom Stanton

Par ailleurs, si l'on prend la tangente à la courbe, le coefficient d'inclinaison de la droite est clairement représentative du couple développé.

Source: cette vidéo de Tom Stanton

Si l'on représente le couple (torque) en fonction de la vitesse de rotation nous obtenons une répartition qui ressemble fort une droite.

Sur le graphe ci-dessous, il est possible de refaire les même constats que précédemment. C'est au démarrage (0 RPM) que le couple est le plus important (quand la pression est au maximum dans la bouteille). A vitesse maximale (18000 RPM), la bouteille est presque vide... moment où la couple développé par la turbine est le plus faire.

Source: cette vidéo de Tom Stanton

Question: comment le couple à t'il été mesuré ?

L'intérêt d'un moteur étant quand même d'obtenir une puissance maximale et surtout de maintenir cette puissance au maximum.

Voici une petite formule fournie par Tom permettant de convertir le couple ne puissance.

Puissance (Watt) = (Couple en Nm * vitesse en RPM) / 9.549

Une fois converti en graphique Puissance (Watt) par vitesse (RPM), il est très facile de constater que la puissance maximale est obtenue aux alentours de 10000 RPM (10000 tours par minutes).

Source: cette vidéo de Tom Stanton

Il faut donc pouvoir réguler le débit d'air pour maintenir la turbine à 10000 tours par minutes.

Tom a mis au point un valve en résine, valve qui permet de contrôler le débit d'air.

Source: cette vidéo de Tom Stanton

Une idée lumineuse qui est facile à contrôler à l'aide d'un simple servo-moteur. Grandiose!

Source: cette vidéo de Tom Stanton

L'image ci-dessus présente la valve équipée de son tuyaux d'entrée.
Vient ensuite le placement de la buse de sortie et placement de la turbine.

Source: cette vidéo de Tom Stanton

Voici enfin le montage du bloc moteur avec la turbine équipée de l'engrenage d'entraînement des roues.
Le bloc moteur reprend également une valve de recharge pour remettre la bouteille sous pression.