Une fois n'est pas coutume, l'atelier va pour quelques temps se transformer en laboratoire de développement . Cette fois-ci, il s'agit de réaliser un sous-marin modèle réduit télécommandé .

Le bois y trouve sa place . 

Pour me faire une idée de ce que représente le marché du sous-marin RC  j'ai visité quelques sites spécialisés .

Sur les sites de ventes en ligne  on trouve 2 à 3 modèles qui  sont un peu plus que des jouets.
On a un sous-marin  style exploreur prêt à l'emploi pour 600 euros  et une maquette à monter sois-même , style sous-marin de guerre allemand pour 300 euros  (Radio non comprise ).  Des vidéos de ces modèles sont publiées sur Youtube et à priori rien de bien concluant, c'est à peine s'ils descendent sous l'eau et quand ils le font c'est pour ne plus remonter.

Pour avoir un sous-marin qui ne soit pas un jouet , il faudra débourser  de l'ordre de 1200 Euros pour un produit  A.Engel.  Le sous-marin fera près de 170 cm de long pour un poids de 16kg et se déplacera à 5,5 km/h . Inutile de dire que ce n'est pas pour naviguer dans la piscine . En outre,  l'émetteur - récepteur  n'est pas fourni .  

En savoir plus sur les KITS Alexandre Engel.

Pour m'aider à construire la maquette je vais pouvoir compter sur un livre trouvé lors de mes recherches sur Internet .  Ce n'est pas récent comme ouvrage mais c'est une véritable bible pour qui veut tout savoir sur le sous-marin (modèle réduit ).   

Pour ce qui est de mon projet .

Pas de cahier des charges...on part à l'aventure !

Les dimensions ne sont pas définies, pas plus que le modèle d'ailleurs .
Tout dépendra des premiers essais qui seront faits. 

Je dispose en tout et pour tout de matériaux de récupération  type PVC , plexiglass et métal .

Comme outillage j'ai ce qu'il faut pour travailler le bois, ce qui  convient pour le PVC et le plexi .

J'ai également un système de télécommande  AM 27.025 Mhz à deux canaux récupéré d'un petit voilier . C'est pas grand chose , mais pour commencer c'est déjà pas mal .

Pour une première expérience je mettrai toutes les chances de mon côté en allant autant que possible dans la simplicité . Je me contenterai d'un modèle qui permet de plonger à 1m de profondeur et de  naviguer en plongée périscopique . Je  reste dans le ludique , je n'ai aucune intention de me lancer dans la réalisation d'un engin hyper sophitiqué de 2m de long , bourré de technologie... du moins pas pour l'instant .
 

Quelques mois après le lancement du projet , je suis heureux de faire plonger un premier prototype .
La vidéo est  un montage de plusieurs plongées successives qui démontre la fiabilité du modèle bien que fait de matériel de récupération .

Accéder aux vidéos .

Ne disposant que d'une radiode récupération à deux canaux je suis limité à le faire monter et avancer . Nul doute que la prochiane version sera plus évoluée . 

C'est une occupation purement estivale en lien direct avec les plaisirs de la piscine ( sans cela je n'y aurait même pas pensé ) . Pour le reste je préfère le simulateur de train et le développement de la ligne férrovière qui passe par le village .

Les contraintes et  principe de navigation d'un sous-marin .

Problèmes  d'équilibre statique et dynamique :

Le rapport entre le volume d'air contenu dans le sous-marin et son poids doit assurer une flottaison en surface ( comme un bateau). En augmentant son poids par le remplissage du ballast , il immerge .
Pour assurer une stabilité maximum  en surface et en plongé, on veillera à alléger le haut et à alourdir le fond de sorte que le centre de gravité soit déjà au dessous du centre de la poussée en surface .

Accéder aux vidéos .

Généralement, le ballast se trouve en position centrale de façon à ce que le centre de gravité du modèle ne change pas trop pendant le remplissage. On peut aussi avoir un ballast à l’avant et à l’arrière. Lorsque les deux se remplissent de la même quantité d’eau, on ne joue que sur la pesée du sous-marin. Si on enlève l’eau de l’un pour l’envoyer dans l’autre, on joue sur l’assiette  sans que la pesée  ne soit modifiée .

Sachant  que 1 litre l'eau pèse 1kg alors qu'un litre d'air pèse +/- 1000 fois moins , il s'agit de garder un bon rapport entre le volume  du sous-marin et la quantité d'eau que peut contenir le ballast pour que le sous-marin descende en plongée statique.

Pour la plongée dynamique ce sont les ailerons et le moteur de propulsion qui aident à la descente et à la remontée.  En plongée périscopique  le navire est à la limite de la flottaison, la régulation de profondeur est automatique. Si le sous-marin remonte légèrement,  le volume  hors de l'eau augmente,  la pression de l'air  pousse le navire à descendre , sa masse volumique baisse , il remonte et ainsi de suite .

Principe d'Archimède.

"Tout corps plongé dans un fluide reçoit de la part de celui-ci une poussée verticale de bas en haut égale au poids du liquide déplacé "

Cette force s'applique au centre de gravité du corps , elle est égale et opposée au poids flottant , elle mesure le déplacement ( D) du corps flottant.
 

L'objet qui flotte à un coefficient de flottabilité positif, en augmentant le déplacement (Dp) par un apport d'eau , son poids va être augmenté de la différence Dp-Ds , l'objet descend sous l'eau .

Le volume d'eau du ballast est égal au volume de la superstructure qui reste en dehors de l'eau.

Problème d'étanchéité des zones techniques et traversées de la coque:

Lorsque l'eau entre dans le réservoir ballast, l'air du bateau est comprimé, la pression augmente , l'étanchéité doit être parfaite sans quoi, à la remontée, lorsque l'eau est expulsée et que la pression diminue  de l'eau aura vite fait de s'infilter  . Deux trois manœuvres de se genre et le sous-marin coule définitivement .

La pression extérieure augmente considérablement lorsque le sous-marin est sous l'eau.
La pression s'exerce de la même façon sur toutes les parties de la coque, elle est de  0,1 bar à 1m de profondeur . Il suffit de placer une membrane souple  obstruant un côté du tube pour se rendre compte de sa déformation . Lire la note sur le test d'étanchéité .

Le remplissage du ballast .

Première option . 

Un moteur électrique entraine une tige filetée attachée à la seringue . L'eau est aspiré dans un sens de rotation du moteur et expulsée dans l'autre sens .

Le système exige de la place , sa réalisation demande de la précision pour éviter les durs mécaniques au niveau de l'engrenage . Il nécessite un moteur  puissant  , gourmand en énergie nécessitant une grosse batterie. 

 

Plus de détails sur la modélisation  3D 

Deuxième option ( retenue)

Une pompe aspire l'eau du bassin pour remplir  une poche souple qui se détend jusqu'à  contenir le volume d'eau nécessaire à la plongée .  L'utilisation d'une  pompe à engrenage d'une faible puissance convient très bien .

L'électronique embarquée  .

Les servomoteurs  pour modèles réduits sont de petits moteurs  généralement  faits pour être alimentés avec une tension continue de 6v  . Un  troisième fil  sert à la mesure de positionnement . 
La consigne de position est transmise par ondes radio  dont la fréquence porteuse est de l'odre de 40 Mhz  (2,4Ghz ne passant pas bien dans l'eau) .

Le schéma de principe ci-dessus va servir  à la gestion du ballast . La pompe est alimentée en 12 v par 2 batteries de 6 v , le point milieu alimente l'électronique .  Lorsque l'axe du servo est à gauche, il ferme S2 qui alimente le pompe dans le sens du remplissage . Une fois rempli , S1 s'ouvre, la pompe est à l'arrêt limitant ainsi le risque d'endommager la pompe , voire la poche . 
Lorsque le sous-marin doit remonter, c'est vers la droite que le servo est orienté , la poche se vide .

 

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(Prototype N°1 )

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