Un avion solaire, SolarStratos, bac STL 2021.

En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l’utilisation de Cookies vous proposant des publicités adaptées à vos centres d’intérêts.


.
.
.. ..
......


...
1. L'avion SolarStratos.
 1.1. Donner deux contraintes au projet de vol de SolarStratos.
Atteindre l'altitude de 25 000 m. L’avion et son pilote seront soumis à des températures extrêmes, de l’ordre de - 70°C. »
Minimiser le poids de l'appareil.
 1.2. Compléter le document en indiquant les différents transferts d’énergie mis en jeu dans la chaîne énergétique de propulsion de l’avion.

 1.3. Nommer la dissipation d’énergie correspondant aux pertes se produisant au niveau du moteur. Préciser à quel phénomène physique sont dues ces pertes.
Energie thermique dissipée lors des frottements mécaniques.
 1.4. Déterminer la puissance solaire moyenne PSol reçue par l’ensemble des panneaux photovoltaïques.
Surface des panneaux S = 22 m2.
Eclairement solaire moyen : 1200 W / m2.
Psol = 1200 x22 =26 400 W = 26,4 kW.
 1.5. Donner l’expression du rendement h d’un panneau solaire. Déterminer la valeur de la puissance électrique PPV fournie par l’ensemble des panneaux photovoltaïques au moteur.
Rendement = puissance électrique fournie / puissance solaire reçue.
PPV = Psol x rendement =26,4 x0,24 =6,3 kW.
 1.6. Vérifier que la valeur de l’énergie EPV fournie par les panneaux photovoltaïques lors de la phase d’ascension et de maintien dans la stratosphère est égale à 17 kWh.
Durée du vol : 2 h 45 min soit 2,75 h..
EPV=PPV  x durée = 6,3 x2,75 =17,3 ~ 17 kWh.
 1.7. Pour effectuer la mission, une énergie totale Emoteur dont la valeur est égale à 77 kWh doit être fournie au moteur. En déduire la valeur de l’énergie Ebatterie fournie par les batteries lithium-ion.
Ebatterie = Emoteur -EPV=77 -17 = 60 kWh.
2. L’avion en vitesse de croisière dans la stratosphère Dans cette partie, l’avion se déplace dans la stratosphère en ligne droite, à vitesse constante. La portance et la trainée sont des actions mécaniques exercées par l’air sur les ailes de l’avion. La traction, action générée par l’air du fait de la rotation des pales de l’hélice, permet à l’avion de se déplacer. Les forces modélisant les actions mécaniques s’exerçant sur l’avion sont représentées ci-dessous :

Données :  Intensité de la pesanteur à 25 000 m d’altitude : g = 9,7 N.kg-1 .
 Masse volumique de l'air à 25 000 m d’altitude : r = 7,0×10-2 kg.m-3 .
 Vitesse de croisière de l’avion : v = 250 km.h-1 = 69,4 m.s-1 .
 Surface totale des ailes de l’avion : S.
 Expression de la force modélisant la portance : RZ =0,5 r Cz v2 S avec Cz = 1,1.
Expression de la force modélisant la trainée : RX =0,5 r Cx v2 S avec Cx = 0,02.
 2.1. Qualifier, en le justifiant, le mouvement de l’avion lorsque celui-ci se maintient dans la stratosphère, à sa vitesse de croisière.
Mouvement rectiligne uniforme : l’avion se déplace dans la stratosphère en ligne droite, à vitesse constante.
2.2. Énoncer la seconde loi de Newton.
Dans un référentiel galiléen, la somme vectotielle des force extérieures appliquées au système est égal au produit de la masse du système par le vecteur accélération.
2.3. Appliquer la seconde loi de Newton à l’avion en vitesse de croisière et déterminer les relations entre les forces de direction verticale, ainsi que les relations entre celles de direction horizontale. En déduire quelle doit être la valeur de la surface S des ailes de l’avion pour que ce mouvement dans la stratosphère puisse avoir lieu.
Mouvement rectiligne uniforme : les forces se compensent.
La traction Tcompense la trainée Rx.
La portance Rz compense le poids.
Masse de l'avion 450 kg ; poids = 450 x9,7 =4365 N.
Portance Rz =0,5 r Cz v2 S =0,5 x 0,07 x1,1 x69,42 S =138,57 S.
S = 4365 / 138,57 =25,9 ~26 m2.
2.4. Indiquer, en expliquant la réponse, si la surface S des ailes de l’avion SolarStratos est suffisante pour accueillir les panneaux photovoltaïques nécessaires au fonctionnement de l’avion.
Surface des panneaux : 22 m2 < 26 m2 ; la surface des ailes est suffisante.
..



  
menu