Partie 4 - Rendement et autonomie énergétique · Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable Métropole - ITEC 2026

Partie 4: la batterie du système Hélilock est-elle suffisamment dimensionnée ?

Dans un hôpital, la plateforme d'hélistation d'urgence est destinée uniquement aux hélicoptères de secours (SAMU, protection civile, etc...). Pour garantir la sécurité des patients, du personnel et des pilotes, il est indispensable que l'hélicoptère soit immobilisé rapidement et de façon fiable après son atterrissage.

Lorsqu'un hélicoptère atterrit sur la plateforme de l'hôpital, le système Hélilock immobilise automatiquement ses patins pour garantir sa stabilité. Ce système fonctionne grâce à un moteur électrique qui entraîne une vis trapézoïdale permettant le serrage des mors autour des patins. L'ensemble est alimenté par une batterie 24 V. Afin d'assurer le bon fonctionnement et la sécurité du dispositif, il est nécessaire d'étudier la chaîne de puissance, de choisir le moteur adapté et de vérifier que l'alimentation est suffisante pour répondre aux besoins du système.

Identification de la chaîne de puissance

L'énergie électrique fournie par la batterie est convertie en énergie mécanique permettant le déplacement symétrique des mors. La chaîne de puissance doit être identifiée et justifiée.

Le document réponse DR5 montre les différentes notations utilisées:

les rendements $\eta_1$, $\eta_2$, $\eta_3$ et le rendement global $\eta$;

les puissances $P_1$, $P_2$ et $P_3$;

la vitesse angulaire $\omega_2$;

le couple $C_2$.

Dans un système vis – écrou, la vitesse linéaire est définie par la relation suivante:

$$v = \frac{p \cdot \omega}{2\pi}$ $v$: vitesse linéaire en ($\text{m}\cdot\text{s}^{-1}$)

$\omega$: vitesse angulaire en ($\text{rad}\cdot\text{s}^{-1}$)

$p$: pas du système vis-écrou en ($\text{m}$)

Dans le cas de cette étude, le pas $p = 0{,}004\text{ m}$ et la vitesse $v = 0{,}01\text{ m}\cdot\text{s}^{-1}$.

4.6

Sachant que la puissance $P_3 = 40\text{ W}$, montrer que le rendement $\eta_3$ est égal à $0{,}35$.

4.7

Le rendement $\eta_2$ est égal à $0{,}9$ et celui de la carte de commande $\eta_1$ est égal à $0{,}95$. Calculer le rendement global $\eta$.

Vérification de l'autonomie du système

Le système est alimenté par 6 batteries de $24\text{ V}$ – $40\text{ Ah}$ ($960\text{ Wh}$) chacune. Chaque cycle complet (serrage + desserrage + escamotage) consomme $60\text{ Wh}$. Pour la suite de l'étude, le rendement global $\eta$ est égal à $0{,}3$.

4.8

Calculer l'énergie $E_{20\text{cycles}}$ en Wh nécessaire au système pour réaliser 20 cycles sans recharge.

4.9

Déterminer le nombre minimal de batteries pour 20 cycles et conclure sur le dimensionnement du système.