HydroContest 2016

La semaine passée, avec 7 autres amis de l'EPFL, j'ai participé à un concours d'efficience énergétique organisé par la fondation Hydros. Certes ce n'est pas de la voile, mais ça foile et ça y ressemble un peu par certains aspects!! Il y avait 25 équipes venant d'un peu partout dans le monde!

La batterie, et le moteur sont imposés et le bateau doit rentrer dans une box rule de 2.5 x 2.5 x 2m. Et pour la categorie "legere", on doit transporter deux lests de 10kg chacun.

Au niveau du concept, on a choisi de bien se compliquer la vie et de faire voler notre bateau sur uniquement deux foils.

Apres une année de boulot et des milliers d'heures investies, voilà l'engin!! :





En dehors du fait qu'il vole sur deux foils, le bateau présente plusieurs innovations notamment en terme de procédé de fabrication et de matériau!

Si ça intéresse du monde, je pourrai plus détailler comment on l'a construit, comment il est contrôlé etc etc

Et sans vouloir raviver une vieille polémique portant sur l’électronique sur les moths :whistle: : ce bateau est complètement contrôlé électroniquement, que ce soit pour la gite ou l'altitude de vol! :evil:

Pour info, le palpeur a l'avant du bateau est relié à un encodeur magnétique qui détecte l'angle du palpeur et réinjecte cet information dans le code qui régule les flaps du foil avant. La tige n'a donc pas besoin d'actuer mécaniquement les foils et peut ainsi être beaucoup plus légère et réactive. Le contrôleur d'altitude est assez rudimentaire et ne tient en compte que du "présent". L'an prochain on travaillera sur un contrôleur qui prend également en compte le "passé" et le "futur" afin d'avoir un contrôle bien plus optimisé. On ajoutera également des filtres en fonction des conditions (clapot, houle, mer plate).

On commence déjà à le voir, mais je suis persuadé que l’électronique a un immense rôle a jouer dans la voile. Le contrôleur d'altitude de notre bateau est ultra basique et est presque plus performant qu'un système mécanique, j'ai hâte de voir ce que la version optimisée va donner.


Pour finir, une petite video d'enroulement de bouée:
www.facebook.com/hydroepfl/

C'est très bien tout ça, MAIS QUAND EST-CE QUE TU TRAVAILLES LE PASSAGE DE MARQUE EN 14' ???!!! On a une team racing à gagner, nous, hein ?!

Super. Dis nous tout !

C'est super intéressant !

Le but est de construire un truc qui vole/flotte autour de la batterie et du système de propulsion fourni ?
Et puis d'aller le plus loin possible en transportant ton lest jusqu'à ce que tu aies vidé la batterie ?
Ai-je bien résumé les règles de l'épreuve ?
Comment gérez-vous la stabilité latérale ?
Vous avez un retour du rendement au pilote pour ajuster la vitesse ?
Jusqu'où l'électronique apporte un gain de rendement sur le déplacement avant que le calcule soit une charge trop importante sur votre quantité limité d'énergie ?
Quel est le devis de poids de la batterie et du système de propulsion ?
Vous embarquiez combien de Wh ?
J'ai regardé quelques vidéos, votre machine a l'air très très affûtée comparée à d'autres pousse flotte et jacuzzi !

Bravo, super challenge, hydro~méca~électro !

olivier L wrote: C'est super intéressant !

Le but est de construire un truc qui vole/flotte autour de la batterie et du système de propulsion fourni ?
Et puis d'aller le plus loin possible en transportant ton lest jusqu'à ce que tu aies vidé la batterie ?
Ai-je bien résumé les règles de l'épreuve ?
Comment gérez-vous la stabilité latérale ?
Vous avez un retour du rendement au pilote pour ajuster la vitesse ?
Jusqu'où l'électronique apporte un gain de rendement sur le déplacement avant que le calcule soit une charge trop importante sur votre quantité limité d'énergie ?
Quel est le devis de poids de la batterie et du système de propulsion ?
Vous embarquiez combien de Wh ?
J'ai regardé quelques vidéos, votre machine a l'air très très affûtée comparée à d'autres pousse flotte et jacuzzi !

Bravo, super challenge, hydro~méca~électro !

J'ajoute une question (perfide) à la batterie de celles de Fréd :
Avez-vous triché (par exemple en installant des panneaux solaires en douce, planqué dans le carbone, histoire de charger la batterie pendant l'épreuve...) ? Dans les concours étudiants, à mon époque, c'était quand même ça la clef pour gagner ou, tout de moins, pour se fendre la poire !

Pour la gestion de la stabilité latérale, je pense que les volets du foil central sont indépendants, et permettent de contrôler le roulis, comme sur un avion.

Ahahah Fred! Ce projet, c'est un peu LE truc qui m'a empêché de naviguer comme j'en avais envie :angry: Mais depuis que j'ai ramené la bête à Lausanne, j'ai pu faire 6 ou 7 sorties dans plus de 15-20nds en dessalant très peu! On verra ce que le mondial donne, j'ai hâte! :woohoo: J'ai usiné un nouveau boitier de Twist grip pour le foil aussi!

Alors pour répondre aux questions ( attention ça va être long :cheer: )

Toutes les équipes ont un moteur qui délivre une puissance de 1500W. On a également une batterie de 48V. La dernière chose imposée est le variateur (une sorte de boitier qui régule la puissance qu'on envoie au moteur pour simplifier). Le moteur pèse 4kg, la batterie 5kg, et le variateur 1kg. Pas le droit aux panneaux solaires ! :whistle:

Ensuite, il y a deux categories : le bateau lourd et le bateau leger. Le bateau lourd doit transporter 200kg de lest, et le leger 20kg seulement. Celui dont je parlais est bien entendu le léger !

Au niveau du format de courses: il y a trois courses differentes.
-Finale Leger
-Finale Lourd
-Course d'endurance

Il y a des qualifications et des phases finales ( en 1 vs 1) pour déterminer qui ira en finale pour les deux premières courses. Pour la dernière, la course dure 2h, tous les bateaux leger courent en même temps et c'est celui qui fait le plus de tours qui l'emporte.


Le concept consiste donc à avoir uniquement deux foils dans l'eau ( un foil c'est vraiment instable, et trois, ça fait 50% de trainée en plus!).


La stabilité en roulis est assurée comme l'a dit flebas par deux flaps gauche droite indépendants. ( quand on gite sur la droite, le flap droit augmente la portance et le flap gauche la diminue. Comme un avion!
Au niveau du contrôle, on a une centrale inertielle de drone a bord (Pixhawk) qui détecte les accélérations dans toutes les directions. Si le pilote demande à ce que le bateau navigue a un angle de roulis de 10° dans un virage, le contrôleur va donc faire en sorte que l'erreur entre la position des flaps et la commande du pilote soit nulle et donc faire voler le bateau a 10° de roulis. Il prend en compte l'erreur angulaire ainsi que la vitesse angulaire à laquelle évolue cette erreur pour éviter les oscillations et augmenter la précision. Typiquement, si le bateau est très gité mais qu'il se redresse très vite, le contrôleur va laisser le bateau se redresser tout seul.
Sans rentrer dans les détails, le contrôleur intègre et dérive (mathématiquement) l'erreur ce qui lui permet de prédire celle ci et d'être plus robuste.

La stabilité longitudinale est assurée par le foil arrière. Il est contrôlable en nav par un servo mais on n'y touche pas beaucoup.

J'ai déjà détaillé comment marche le contrôleur d'altitude mais en gros, c'est le même principe qu'un moth mais en version électronique. Il est très basique parce qu'on a réussi à le faire marcher trois jours après le début du contest (on a du bricoler 6 versions avant de trouver la bonne!!). Sans lui, impossible d'aller vite! D'ailleurs pour info, sur toutes les vidéos prises, on était jamais a plus de 60% des gaz, le parcours était trop petit pour aller vraiment a fond entre les bouées.


La coque est faite en fibre de carbone unidirectionnelle pré imprégnée. North Thin Ply Technology nous a fourni le carbone. Donc c'est pas n'importe quel carbone! Le fait que ce soir du thin ply permet de jouer beaucoup plus avec les orientations vu que les plis d'UD sont très fins (on avait du 100g/m2 mais leur gamme descend jusqu’à du 15g/m2. La peau de la coque est composé de 6 plis et fait donc 0.6mm d’épaisseur. Le fait d'avoir des plis aussi fins permet également de supprimer presque entièrement la fatigue que peut subir une pièce durant sa durée de vie. Pour du 100g/m2, on a pu diminuer par deux les coefficients de sécurité lors du design par rapport à du carbone standard et ainsi diminuer la masse de la coque.
Sur le graph en dessous vous pouvez voir comment la contrainte maximale admissible augmente au fur et a mesure qu'on réduit l’épaisseur de pli.


Les Class C d'Hydros et de groupama sont construit avec cette technologie et c'est en partie pour ça qu'ils décollent avant les autres!! :cheer:

Ensuite, en plus du carbone, on a utilisé un matériau développé par Bcomp. Il s'agit de Power-Ribs. Il s'agit de raidisseurs en fibre de lins imprégnés d'epoxy lors de la cuisson qui augmentent jusqu'à 300% la rigidité d'un laminé fin. C'est une belle alternative au sandwich quand on a pas besoin d'une rigidité trop importante.

Une photo de l’intérieur de la coque après la cuisson:


En utilisant un logiciel de simulation par éléments finis, on a modélisé plusieurs cas de charge (crash latéraux, nosedive, erreur de pilotage) pour voir les contraintes et déformations que le bateau subit. Les orientations des fibres et le nombre de plis a été choisi en conséquence.
Par exemple ci dessous, il s'agit des contraintes au niveau du puits de dérive en cas de nosedive à 25km/h.



On a aussi utilisée une nouvelle technique de drappage pour les fibres pré imprégnées. Elle a été développée par un labo de l'EPFL. Ils vont bientôt sortir un article scientifique à ce propos mais vu que ça traîne un peu, je ne veux pas poster d'images.
Il s'agit en gros d'un kit de fabrication générique qui permet de gagner 60% de temps de production au niveau du drappage des laminés. Quand on sait le temps (et donc le coût) que ça représente, c'est plutôt intéressant! Si elle est appliquée à la voile légère dans le futur,vos porte monnaies seront les grand gagnants!! :cheer:

Au niveau du devis de poids, on a :

Coque: 5kg
Moteur: 4kg
Batterie: 5kg
Variateur: 1kg
Poids: 20kg
Derive+Foils: 5kg
Electronique: 5kg

Au niveau de la consommation d’énergie, le moteur consomme 1500W, l’électronique consomme entre 100 et 200W. Donc ça vaut le coup! On est arrivé 2nd à la course d'endurance sans absolument rien réguler. Les premiers qui avaient régulé leur energie ont fini par nous ratrapper!
Il y a certaines équipes qui avaient un retour en direct du courant injecté, du pourcentage de batterie restante etc etc. Nous on avait rien de tout ça.
En revanche, après une nav, on peut sortir les "logs" du bateau. Ce sont des informations telles que la vitesse, le courant, les commandes envoyées par le pilote, la position des flaps, l'altitude du bateau, le nombre de tours par minutes du moteur etc etc. Ça nous permet de régler le bateau. Par exemple les tours par minute nous permettent de régler l'incidence des pales de l’hélice, la position des flaps nous permet d'augmenter ou diminuer la portance du safran T foil afin de faire en sorte que les flaps soient dans leur configuration ou la trainée est minimale en ligne droite.

C'est un outil d'analyse de performance post nav mais on n'a pas accès en live à ces infos.

J'ai essayé de barbariser le plus possible mais si certaines choses ne sont pas claires, n’hésitez pas à poser des questions! :lol:

L'an prochain on refera des foils et une dérive plus adaptés, une hélice spécialement conçue pour ce bateau, on bossera aussi a fond sur la fiabilisation de l’Électronique et la robustesse du contrôle)

Et puis bien sur, on cherche des sponsors !! Donc si vous connaissez des gens qui seraient intéressés par ce projet, hesitez pas a en parler!!!

super projet !

j'ai une question bête : est ce que vous avez pensé à utiliser un contrôleur PID avec des capteurs gyro , accelero et gps intégrés comme sur les multicopteres ( naze32 , cleanflight, librepilot, etc.. )?
il sont tout petit , intègrent des corrections basé sur les info passés, et sont programmés en open source.
il y a de quoi faire gagner de la masse et du temps de codage.

froggy wrote: super projet !

j'ai une question bête : est ce que vous avez pensé à utiliser un contrôleur PID avec des capteurs gyro , accelero et gps intégrés comme sur les multicopteres ( naze32 , cleanflight, librepilot, etc.. )?
il sont tout petit , intègrent des corrections basé sur les info passés, et sont programmés en open source.
il y a de quoi faire gagner de la masse et du temps de codage.

Je crois que c'est prévu pour le contrôle d'altitude, relis le premier post.

froggy wrote: super projet !

j'ai une question bête : est ce que vous avez pensé à utiliser un contrôleur PID avec des capteurs gyro , accelero et gps intégrés comme sur les multicopteres ( naze32 , cleanflight, librepilot, etc.. )?
il sont tout petit , intègrent des corrections basé sur les info passés, et sont programmés en open source.
il y a de quoi faire gagner de la masse et du temps de codage.

Oui! Alors pour le roulis, on a un contrôleur PI en cascade ( c'est mieux qu'un PID) qui est assez abouti. Pour l'altitude on a un simple P avec un très gros gain ( quand je dis que c'est basique, c'est que c'est basique )

Le code est celui d'une aile volante modifié. On aurait pu utiliser quelque chose de plus simple que le Pixhawk mais l'idée était de créer une base de travail avec moins de limitations pour le futur.