PCSI : DM N°1 - octobre 2020

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PCSI : DM N°1 - octobre 2020

Caractériser les exigences : critère, niveau et flexibilité

 un critère (grandeur physique mesurable) ;

 un niveau attendu (valeur exigée) ;

 une flexibilité (l’écart acceptable sur le niveau attendu).

Exemple : Pour le Falcon 7X, on peut proposer le tableau suivant :

Id. Exigence Critère Niveau Flexibilité

1.3 L’avion doit consommer le moins de carburant

possible

Consommation moyenne 30 % de moins que le Falcon 2000

28% max

1.4 L’avion doit pouvoir transporter 16 passagers maximum

Masse maximale totale embarquée

2400 kg -5%

1.5 L’avion doit respecter les réglementations en

vigueur

Norme aéronautique DO- 178B

Respect total Aucune

Exercice 1 : Le Segway

Le Segway est un véhicule individuel à la conduite intuitive : direction à la poignée et avance en fonction de la position du corps. De type pendule inversé, il est naturellement instable. L’équilibre est assuré par la commande du système.

Un diagramme des exigences partiel est proposé dans le document réponses en fin de sujet (page 7/9).

1inscrites directement à l’intérieur des blocs du diagramme des exigences ou dans un tableau associé.

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Q2. Proposer un critère et un niveau associé à l’exigence Id 1.5.

Q3. Quelle est la flexibilité (à exprimer en %)sur le temps de charge de la batterie ?

Exercice 2 : Système d’appontage du porte-avions Charles de Gaulle

Le dispositif étudié est implanté sur le porte-avions Charles de Gaulle dont la capacité d’embarquement est de 40 aéronefs.

Intérêt du système

La piste d’appontage est située sur la moitié arrière, elle est légèrement oblique (8,5°) et se termine, comme la deuxième piste (spécifique au décollage, à l’avant du PA), au ras du décrochement latéral.

Malgré les dimensions du pont d’envol (environ 260 m de long et 65 m de large), les longueurs des pistes sont très réduites, environ 70 m pour celles du décollage et 100 m pour celle d’appontage.

Les avions embarqués sont des avions de chasse de type Rafale Marine, Hawkeye. Leur masse au décollage et à l’appontage est 8 à 20 tonnes selon les configurations. La vitesse d’appontage est de 200 km/h à 250 km/h. Pour annuler la vitesse des avions sur des distances aussi courtes, il faut développer des efforts bien plus importants que ceux que peuvent assurer les freins propres à l’avion. Ces derniers sont conçus pour des atterrissages sur pistes d’aéroport, longues de quelques milliers de mètres.

Atterrir fait donc appel à des systèmes spécifiques destinés à assurer ces efforts, ce sont «les freins d’appontage», objets de cette étude.

Principe de fonctionnement

Le principe général des freins d’appontage est simple. Après discussion entre le pilote et le chef de pont, l’appontage peut avoir lieu. L’avion est muni d’un bras appelé crosse qui accroche un câble tendu en travers du pont (voir vidéo sur site internet).

Ce câble est lié à un système hydromécanique qui récupère l’énergie cinétique de l’avion. Une vanne de laminage permet de dissiper une partie de cette énergie en chaleur. Le complément d’énergie est accumulé dans un système oléopneumatique et réutilisé pour remettre le système en configuration initiale. Le système doit être capable de se configurer à la demande du chef de pont.

Rafale Marine crosse sortie accrochant le brin Pont d’envol et d’appontage du PA CdG

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Analyse fonctionnelle

Un BDD du système étudié est proposé ci-contre. Il s’agit d’un diagramme de contexte qui définit les éléments interagissant avec le système étudié « freins d’appontage »

Q1. Le système étudié comprend-t-il la crosse de l’avion comme composant interne ?

Q2. Dans la description du principe de fonctionnement (rappelée dans le document réponses en fin de sujet), surligner le texte dans le document réponses indiquant que le chef de pont fait bien partie de l’environnement extérieur au système « freins d’appontage » interagissant avec lui.

On donne le diagramme des exigences suivant :

Q3. Compléter le texte descriptif présent dans le document réponses à partir des informations du diagramme

des exigences ci-dessus.

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Analyse structurelle

Le système étudié comprend de nombreux composants afin de dissiper l’énergie mécanique et amortir les vibrations du câble.

Q4. Dans la courte description ci-dessus (principe de fonctionnement), quel système présent dans le diagramme de définition de bloc « frein d’appontage » n’est pas évoqué ?

Q5. Lister les sous-systèmes, de même niveau, composant le frein d’appontage.

Q6. Quel est le type du diagramme ci-dessous ?

Q7. Lister, dans l’ordre, les composants intervenant dans la dissipation de l’énergie cinétique ainsi que le type d’énergie échangée entre ces composants. Sous quelle forme est évacuée l’énergie vers l’environnement extérieur ?

Energie cinétique

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Vanne de dissipation

Exercice 3 : Prothèse active transtibiale

La majorité des prothèses transtibiales (pour une amputation en dessous du genou) utilisées aujourd'hui est purement passive, c'est- à-dire que leurs propriétés mécaniques restent fixes pendant la marche. Ces prothèses sont constituées, en général, de semelles ressorts en fibre de carbone conçues pour emmagasiner et restituer l'énergie mécanique de la marche par déformation.

On s’intéresse ici à un prototype mis au point par des ingénieurs du MIT qui a permis la mise au point d’une nouvelle génération de prothèse, dite active.

Cette prothèse active transtibiale est capable de proposer un comportement similaire à celui des membres non amputés.

Un moteur à courant continu est alimenté par une batterie rechargeable de 16 Volts à travers un hacheur. La puissance

mécanique est transférée à un réducteur poulies-courroie suivi d'un système vis-écrou (qui transforme le mouvement). Des ressorts permettent d’accumuler de l’énergie et d'ajuster la souplesse du pied artificiel.

Vérin électrique

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Le système comprend un potentiomètre linéaire qui mesure l’écrasement des ressorts, un codeur incrémental qui mesure la position angulaire au niveau de l'articulation pied/tibia, ainsi que plusieurs capteurs capacitifs disposés sous la semelle du pied au niveau du talon (2 capteurs) et à l'avant du pied (4 capteurs), qui détectent les différents contacts pied/sol.

Q1. Lister les composants de la chaîne d’information et les composants de la chaîne d’énergie- puissance (le ressort ne sera pas pris en compte comme composant de la chaîne fonctionnelle).

Q2. Déterminer la matière d’œuvre modifiée ainsi que l’effecteur (partie du système qui agit sur la matière d’œuvre).

Q3. Identifier le composant transmettant une commande à la chaîne d’énergie-puissance et le composant de la chaîne d’énergie-puissance recevant cette commande. Identifier leur fonction.

Q4. Compléter, sur le document réponses, le diagramme chaîne d’information / chaîne d’énergie- puissance.

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Document re ponses

Exercice I : le Segway

Q1. En traçant directement le diagramme des exigences du document réponses, sur les exigences Id 1.2, 1.7.1, 1.7.2 et 1.7.3 du diagramme, souligner (ou surligner) en rouge les critères et en vert les niveaux associés

Exercice 2 : Système d’appontage du porte-avions Charles de Gaulle

Q2. Dans la description du principe de fonctionnement (ci-dessous), surligner le texte indiquant que le chef de pont fait bien partie de l’environnement extérieur au système « freins d’appontage » interagissant avec lui.

Principe de fonctionnement

Le principe général des freins d’appontage est simple. Après discussion entre le pilote et le chef de pont, l’appontage peut avoir lieu. L’avion est muni d’un bras appelé crosse qui accroche un câble tendu en travers du pont (voir vidéo sur site internet).

Ce câble est lié à un système hydromécanique qui récupère l’énergie cinétique de l’avion. Une vanne de laminage permet de dissiper une partie de cette énergie en chaleur. Le complément d’énergie est accumulé dans un système oléopneumatique et réutilisé pour remettre le système en configuration initiale. Le système doit être capable de se configurer à la demande du chef de pont.

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« L’accélération (une décélération) maximale de l’avion ne doit pas dépasser l’accélération moyenne de plus de_____%. De plus, pour la protection du pilote et de l’avion, les accélérations doivent rester inférieures à _____. Le temps de reconfiguration ne doit pas __________________

afin de maintenir une cadence d’appontage optimale. ».

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Exercice 3 : Prothèse active transtibiale

Q4. Compléter le diagramme chaîne d’information / chaîne d’énergie-puissance ci-dessous.