Partie Spécifique - Partie C : Solution construct… · Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable Métropole remplacement - ITEC 2022

PARTIE SPÉCIFIQUE (8 points)

INNOVATION TECHNOLOGIQUE ET ÉCO-CONCEPTION

Étude de l’implantation des ailes rigides OceanWings

Mise en situation

Alors qu'il constitue une ressource inépuisable en mer, le vent reste encore difficile à exploiter pour le transport maritime à grande échelle.

Energy Observer, en tant que navire expérimental, s'est fixé pour mission de tester toutes les solutions disponibles et prometteuses. Ainsi en 2019, le navire a testé un tout nouveau système: des propulseurs éoliens appelés OceanWings® (voir DT.S1). Ces propulseurs éoliens sont des voiles rigides escamotables semblables à des ailes d'avion. Elles sont installées, comme représentée sur la photo, sur les deux flotteurs du navire. Elles vont démultiplier les performances du navire en permettant:

d’accroître la vitesse, en complément des moteurs électriques;

de réduire les dépenses énergétiques, lorsqu'elles viendront soulager les moteurs électriques;

d’augmenter la production d'énergie pendant les navigations grâce à la production d'énergie hydrolienne (inversion des moteurs électriques en hydrogénérateurs).

Deux propulseurs éoliens sont implantés, un sur chaque flotteur. La liaison entre le flotteur et le propulseur doit:

supporter les efforts;

permettre la rotation des propulseurs autour de leur axe vertical;

permettre l'implantation des chaînes de puissance (rotation du propulseur éolien autour de son axe, affalage et réglage de sa courbure).

Partie C: quelle solution constructive mettre en œuvre pour la liaison entre le support supérieur 2 et le mât 4 ?

Afin de vérifier la tenue aux efforts de la pièce support supérieur 2, une simulation à l'aide d'un logiciel adapté a été faite.

Question C.1

Compléter le tableau du DR.S2, en désignant la nature des surfaces S2 et S3. Justifier les conditions aux limites appliquées aux surfaces S1, S2 et S3.

Surface

Nature des surfaces

Conditions aux limites

S1

Plan

Fixe

S2

Force intensité 39016 N

S3

Fixe

Question C.2

Les résultats de la simulation sont donnés DT.S4. Le matériau utilisé pour cette pièce est un composite de résine époxy et de fibre de verre non tressé. Le matériau est considéré comme isotrope. Le coefficient de sécurité utilisé sur ce type de pièce dans la marine est de 4.

Calculer le coefficient de sécurité de la pièce support supérieure 2. Conclure sur la validation de cette pièce.

Question C.3

La liaison entre le mât 4 et la pièce support supérieure 2 ne peut pas être à contact direct, car le matériau composite risque de s'user rapidement. Le choix est fait d'intercaler un coussinet à collerette métallique. Un extrait de catalogue constructeur et la méthode de choix d'un coussinet est donnée dans le DT.S5.

L'intensité de l'effort radial du mât 4 sur la pièce support supérieur 2 retenue pour cette étude est de $40\,000\text{ N}$.

Le cas de charge est dynamique.

Le coefficient de sécurité est de 4.

À l'aide du plan d'ensemble DT.S2 et du catalogue DT.S5, choisir la référence du coussinet à utiliser. Expliquer votre démarche.

Question C.4

Le document réponse DR.S3 montre une vue en coupe de la pièce 2 et du mât 4.

Sur le document DR.S3, dessiner à main levée le coussinet tel qu'il doit être assemblé. Spécifier sur cette esquisse les cotes manquantes pour la définition complète du coussinet.