Aéronautique: ballon dirigeable à vide?

[Conan_le_Barbare]

Mon commentaire ne se veux pas méchant condescendent ou autre, juste mes 2 balles...

Jiav a 200% raison, le vrais problème ce sont les efforts de cisaillement plus que de compression, votre structure sera non seulement soumise à des efforts de cisaillement sur sa structure tubulaire (je développerais plus bas) mais aussi sur la coque en fibres de carbone (remarque ; des fibres UHMPE pourraient être une piste plus intéressantes que les fibres de carbone pour le type de structure que vous voulez réaliser.), en effet comme votre structure ne sera pas parfaitement lisse/alignée il y aura des décalages dans lequels votre peau extérieur sera soumise à une force de cisaillement ce qui créera inévitablement des micro fissures de façon prématuré, idem pour les partie de la coque qui seront positionnées face à l'aire des petits triangles formant la structure.

Pour la structure elle même j'aurais deux remarques : le plastique ne sera probablement pas assez rigide et la forme cylindrique des tubes ne me semble pas être une bonne idée... Une forme carré, en triangle ou en H (comme les IPN quoi) me semble plus pertinent pour reprendre au mieux les efforts de compression, traction et cisaillement.
De plus je me demande si faire votre ballon sous la forme, non pas d'une sphère, mais celle d'un tore, ne serait pas plus intéressant car plus simple à fabriquer tout en gardant la résistance de la sphère...

Pour ce qui est de la construction il est claire que vous ne réalisez pas le travail que cela représente... Déjà, il vous faut un moule femelle pour pouvoir fabriquer la coque en carbone (ou en UHMPE) et pour avoir un support/échafaudage pour pouvoir assemblé votre structure. Travailler de grande surface de carbone c'est tout un métier, je vous conseil donc de vous trouvez de l'aide chez les gent qui font les maquettes de navires de course à voile, beaucoup d'entre eux sont ingénieurs ou étudiants dans l'industrie et l'architecture navale et ils ont les logiciels qui vont bien pour calculer les efforts de déformations/dilatation d'une coque en carbone.

Essayez de vous trouvez des sponsors. Pour ça il vous faut un vrais dossier avec des chiffres et le pourquoi ils auraient intérêt à vous sponsorisez...
De tête je pense à Arkema et Nanocyl qui cherchent toujours à développer de nouveaux marchés pour leurs produits... Peut être des entreprises aéronautique pour faire de la "GreenCom", DCNS aussi c'est lancé dans les dirigeables il me semble et en ce moment ils cherche à se diversifié...
Cherchez aussi du côté d'entreprises plus petites qui pourraient être intéressées et demandez alors une aide de la Région, si l'une de ses entreprises est dans le coup elle aidera sûrement...
Si vous y allez seul vous risquez de finir saigner... Et on risque de voir votre nom dans la colonne "faits divers" plutôt qu'en Une serrant la main du PDG d'une grosse boîte internationale...

"Agissez et Dieu agira" Jeanne d'Arc.
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[Ray133]

Bonjour,
Sujet intéressant, concernant des structures légères et solides j'ai pensé à la forme de certains coquillages, type nautile.
J'en ai eu entre les mains et ils étaient très légers et résistants (sauf sur les bords finaux).
Pour l'assemblage cela doit être beaucoup plus facile puisque l'on part du centre, comme le vrai coquillage à son départ.
D'après Wikipédia les différents compartiments qu'il crée sont remplis de gaz ou de liquide et sont traversés par syphon pour équilibrer l'ensemble.
La pression de l'eau étant également bien costaude, n'est ce pas là le moyen trouvé par dame nature pour avoir à la fois quelque chose de léger et de résistant à la pression.

Dédicace à Léonard de Vinci.

[Conan_le_Barbare]

Le but dans le cas de ce ballon c'est de faire un ballon vide (plus léger que l'air) sans que la structure soit écrasée par la pression, les crustacés seraient plus comparable au dirigeables à gaz...

[Mct92mct]

Bonjour,
Je remercie les nouveaux intervenants pour leur intérêt à ce sujet... j'étudie leurs différentes propositions et je répondrais après les avoir étudiées
Cordialement

[Ray133]

Bonjour,
Concernant les tests de résistances pour savoir si le ballon peut résister à la pression de l'air en contenant du vide.
Est-il possible de tester la structure en la plongeant dans l'eau (bien sur elle ne serait pas vide d'air).
N'y a t-il pas comme une équivalence de pression sur l'enveloppe externe ?
Au feeling j'ai l'impression qu'il ne faudrait pas aller très profond pour avoir une pression égale au ballon vide dans l'atmosphère.

[Mct92mct]

Bonjour, le problème ça va être l'homogénéité des pressions sur toute la surface de la sphère...

[Bluedeep]

Bonjour,
Concernant les tests de résistances pour savoir si le ballon peut résister à la pression de l'air en contenant du vide.
Est-il possible de tester la structure en la plongeant dans l'eau (bien sur elle ne serait pas vide d'air).
N'y a t-il pas comme une équivalence de pression sur l'enveloppe externe ?
Au feeling j'ai l'impression qu'il ne faudrait pas aller très profond pour avoir une pression égale au ballon vide dans l'atmosphère.

Le test ne sera pas valide car il y aura un gradient de pression.
De toute manière cette histoire de ballon à vide ne présente pas le moindre intérêt.

[Ray133]

Effectivement je suppose que l'endroit où la structure est le plus profond doit faire face à une pression plus importante qu'au sommet du ballon.
A un moment c'est comme s'il touchait un mur la sphère va se briser par en bas normalement puisque la pression est plus forte.
L'eau exacerbe les efforts sur la structure et ce paramètre doit être pris en compte et c'est pourquoi la maquette doit être nettement plus petite que celle utilisée dans l'air.
Ne peut-on pas prendre cette profondeur maximale comme point de référence.
Exemple ;
il est descendu à 2 m = vide à 40%
4m = vide 80%
etc.

[Carcharodon]

De toute manière cette histoire de ballon à vide ne présente pas le moindre intérêt.

Car elle n'a aucune chance d'aboutir, sinon, on aurait pas attendu un intervenant du forum de Futura pour voir cette solution déjà exploitée depuis des lustres.
L’aéronautique et l'astronautique n'ont jamais manqué de projets farfelus tels que celui ci.

[noir_ecaille]

Car elle n'a aucune chance d'aboutir, sinon, on aurait pas attendu un intervenant du forum de Futura pour voir cette solution déjà exploitée depuis des lustres.
L’aéronautique et l'astronautique n'ont jamais manqué de projets farfelus tels que celui ci.

Des réf, des réf, des réf !

On veut voire ces projets farfelues et leurs études

[Mct92mct]

Sans compter qu'elle ne va pas descendre toute seule dans l'eau cette sphère... il va bien falloir appuyer fortement quelque part pour qu'elle descende...

[Mct92mct]

PS: j'en suis à 2000 € de ma poche pour avoir fabriqué 1/20 de sphère...
Je fais une petite pause... pour le moment les impôts arrivent.

[Carcharodon]

Des réf, des réf, des réf !

On veut voire ces projets farfelues et leurs études

ascenseur spatial, SSTO multiples et variés etc etc etc.
des trucs qui passent souvent ici et que tu devrais déjà avoir vu si ta mémoire fonctionnait correctement, ou plutôt n'était pas si sélective, depuis le temps que tu viens sur ces forums.

[Ray133]

Sans compter qu'elle ne va pas descendre toute seule dans l'eau cette sphère... il va bien falloir appuyer fortement quelque part pour qu'elle descende...

Oui j'y avait pensé, un filet souple lesté de poids devrait faire l'affaire.
Le filet exerce une pression sur la moitié supérieure de la sphère qui devrait contrebalancer (un peu) la pression exercée à la base de la sphère par le liquide.

En tout cas bravo pour l'investissement personnel dans le projet.
C'est sur que c'est un peu la douche froide avec certains qui pensent que l'on vient polluer leur forum avec nos idées farfelues (j'avoue j'en ai aussi).
Si on vient ici c'est justement pour avoir l'avis d'"experts" en physique surtout, et il y en a dans ce forum.
Parfois ils prennent la peine de t'expliquer pourquoi ça ne peut pas marcher et c'est cool.
D'autres fois certains te disent "si ça pouvait se faire ça serait déjà fait" ce qui est déjà une explication un peu moins fournie que je serais moi même en état de formuler et loin d'une démarche scientifique.

2000 € * 20 + l'enveloppe = ça va faire cher...
Bon courage pour la suite.

[noir_ecaille]

ascenseur spatial, SSTO multiples et variés etc etc etc.
des trucs qui passent souvent ici et que tu devrais déjà avoir vu si ta mémoire fonctionnait correctement, ou plutôt n'était pas si sélective, depuis le temps que tu viens sur ces forums.

Je ne rangeais pas l'ascenceur spatial dans ces cas-là. Je ne connaissais pas non plus le "Single Stage To Orbit". Quid des ballons "étages de fusée" ?

Ce n'est pas qu'une question de mémoire sélective -- quoique j'ai davantage d'affinité pour les sciences du vivant (et regrette mon manque de cursus...), je suis capable de m'intéresser à autre chose bien qu'avec d'autant plus d'efforts que mes lacunes plus importantes aussi. Ne pas oublier qu'on a tous nos forces et nos faiblesses ^^;


@ all

Pour une question de réalisation matérielle, intuitivement j'ai tendance à rejoindre l'idée qu'un tore offirait un squelette avec moins d'asymétries quant à répartir les forces. Ou peut-être un "diamant".

[invite73192618]

D'autres fois certains te disent "si ça pouvait se faire ça serait déjà fait" ce qui est déjà une explication un peu moins fournie que je serais moi même en état de formuler et loin d'une démarche scientifique.

C'est vrai que c'est assez surprenant, ce genre de commentaire négatif bien que dépourvu d'argumentation. Cela dit, il y a plusieurs personnes qui ont exprimé avec des arguments pourquoi la structure coque de Mct92mct n'est probablement pas viable (ou plus exactement, que les calculs de résistance présentés sont douteux).

Personnellement j'ai exploré une autre idée: construire une structure fractale en prenant comme élément de base un cube (par exemple) composé de tubes creux. La couche externe aurait été construite avec des cubes suffisamment petits pour résister à la pression atmosphérique (mais trop dense), empilés sur une couche de cubes deux fois plus grands (un peu moins denses), puis une couche de cubes 4 fois plus grands que l'élément de base, etc etc jusqu'à ce que la densité globale soit assez basse (ou que le diamètre des tubes soit de l'ordre de la longueur).

Malheureusement, cela ne marche pas. Les formules pertinentes sont celles du flambage. On voit que si on double la longueur et que tout le reste est constant, alors on diminue par 4 la charge critique. La pression étant également multipliée par 4, les poutres doivent donc être 16 fois plus résistantes. Cela peut s'obtenir en doublant le diamètre des poutres, puisque le moment quadratique est une puissance 4 du diamètre. Mais en doublant les longueurs et le diamètres, alors on multiplie par 8 le poids de la structure pour un volume 8 fois plus grand: la densité reste constante. On peut quand même avoir une forme arbitrairement grande avec des vides arbitrairement grand au milieu, mais le tout ne sera pas d'une densité différente d'un simple empilement des formes de base: si celle-ci sont plus lourdes que l'air, alors le tout est plus lourd que l'air.

Concrètement mes calculs pour une structure à base de tube de carbone "disponibles dans le commerce" (environ 100 Gpa de module):

Couche externe composée de cubes avec chacun 12 tubes de dimension:

6 mm * 4 mm * 10 cm (commercial)

résistance de chaque tube: F=pi^3 * 100 * 10^9 * (0.006^4-0.004^4) / (32 * 0.1^2) == 10^4 Newton == 1 tonne
pression supportée par chaque tube: 2 * 0.1^2 * 10 / 4 == 0.05 tonne == facteur de sécurité de 20
Lift maximum: 0.1^3*1.2*1000 == 1.2 grammes
Poids: (0.006^2-0.004^2) * pi * 0.1 * 1,8 * 1000 * 1000 * 12 == 135 grammes
Poids/lift = 113

couche externe-1 composée de cube avec chacun 12 tubes de dimension:

12 mm * 8 mm * 20 cm (commercial)

résistance de chaque tube: F=pi^3 * 100 * 10^9 * (0.012^4-0.008^4) / (32 * 0.2^2) == 4 * 10^4 Newton == 4 tonnes
pression supportée par chaque tube: 2 * 0.2^2 * 10 / 4 == 0.2 tonne == facteur de sécurité de 20
Lift maximum: 0.2^3*1.2*1000 == 9.6 grammes
Poids: (0.012^2-0.008^2) * pi * 0.2 * 1,8 * 1000 * 1000 * 12 == 1085 grammes
Poids/lift = 113


... pas besoin de continuer, le poids/lift reste strictement inchangé. Meilleure idée bienvenue (ou toute détection d'erreur de calcul).

PS: changer le ratio entre diamètre intérieur et diamètre extérieur est aussi une impasse (il y a un gain, mais le ratio charge critique/poids converge vers 2 plutôt que de croître indéfiniment)

[noir_ecaille]

Suite...

Si les mongolfières ont une tendance "fraise", je pense qu'il faut s'en inspirer. Ce sont certes des balons à air chaud mais justement leur très grand volume subit un double gradient de pression -- externe de par l'altitude, interne de part la quantité d'air chaud et sa répartition. Au final on obtient quelque chose de plus léger à l'intérieur qu'à l'extérieur mais c'est différent d'un ballon à hydrogène puisque la mongolfière doit continuer de se vider pour monter : on fait monter la température de l'air de la mongolfière mais in fine ça fait aussi que l'air s'échappe par l'évent -- d'où volume plus léger et poussée ascendante, etc.

En fait, cette histoire de ballon à vide me fait penser à une mongolfière en beaucoup plus futuriste : coque dure + pompe au lieu de souple vessie aérienne + vidage à la façon des ventouses de grand-père.

Question : faut-il nécessairement fermer + totalement vider ce volume à la mise en route, si on opte plutôt pour une forme mongolfière ?

[noir_ecaille]

Questions :
1) Faut-il nécessairement fermer + totalement vider ce volume à la mise en route, si on opte plutôt pour une forme mongolfière ?
2) Quid d'une mongolfière en dure avec évent & chauffage + fermeture & pompe à vide passée une certaine altitude ?

[noir_ecaille]

Encore une idée...

C'est simpliste et je ne connais pas les calculs de flambages et autres, encore moins pour une mongolfière. Simplement l'idée motrice (poussée ascendante par volume lacunaire) est quasiment la même entre monglofière et ballon à vide, donc avec des contraintes "superposables".

Une coque rigide et suffisamment vaste pour contenir assez d'air chaud porteur devrait fonctionner. On pourrait créer une coque en dur avec une monglofière souple à l'intérieur, en sorte qu'au démarrage on rempli d'air chaud la mongolfière souple, vessie qui finit par pousser la lacune d'air "froid" à l'extérieur. Rien n'oblige à avoir un ballon souple de forme pleine, du moment qu'on prend en compte la circulation d'air chaud dans d'éventuelles circonvolutions. En revanche, on peut ensuite créer un genre de compartimentation entre le volume "intra-dur" et le volume "intra-souple". On peut avoir plusieurs vessies par exemple, pour une structure mongolfière possiblement très haute.

On peut améliorer l'altitude maximale d'une mongolfière en condensant une partie de l'air : remplissage d'un volume isolé par un mélange chaud de H₂O/CO₂, l'eau condensera avec l'altidue (= perdra rapidement en volume) pendant que le CO₂ continue de prendre suffisamment de place avec peu de pression thermique. Cette eau liquide peut éventuellement être évacuée. On peut éventuellement pomper le CO₂ de ce volume et le remplacer par du MH₄ chaud, encore plus léger et encore plus sensible à la pression thermique. In fine, ce volume pourrait aussi être "remplacé" par plus léger -- par du vide ?

On remplit la coque dure avec la vessie, puis en arrivant à une altitude/pression où le portage par air ou gaz chauds ne suffit plus, on commence le vidage de la vessie. Quand la vessie est complètement vide, on vide le résidu à l'intérieur de la coque dure.


Je base l'idée sur le peu que je connais des mongolfières de pointe...

[invite73192618]

Questions :
1) Faut-il nécessairement fermer + totalement vider ce volume à la mise en route, si on opte plutôt pour une forme mongolfière ?
2) Quid d'une mongolfière en dure avec évent & chauffage + fermeture & pompe à vide passée une certaine altitude ?

1) non, on pourrait bien sur faire un vide partiel au décollage, et augmenter le vide à mesure que l'altitude monte/la pression extérieure baisse
2) oui, chauffer est une façon de faire le vide. La différence c'est que quand on chauffe on augmente la pression, alors qu'avec une pompe à vide on la baisse, d'où un différentiel de pression à laquelle la structure doit être capable de résister.

PS: on peut prendre mes calculs à l'inverse et chercher quel module de Young est nécessaire: environ 20 TPa... pas certain que même les nanotubes atteignent cela.

[Mct92mct]

Cela dit, il y a plusieurs personnes qui ont exprimé avec des arguments pourquoi la structure coque de Mct92mct n'est probablement pas viable (ou plus exactement, que les calculs de résistance présentés sont douteux).

Bonjour,
j'aimerais savoir en quoi les calculs présentés sont douteux ?
Pour vous en convaincre, imaginez à chaque nœuds une sphère maintenue en compression par 5 ou 6 tubes de carbone...
Je ne vois pas où vous pouvez trouver des efforts en cisaillement... ou alors, il va falloir me faire un dessin pour m'expliquer...
Cordialement

[Mct92mct]

Jiav a 200% raison, le vrais problème ce sont les efforts de cisaillement plus que de compression, votre structure sera non seulement soumise à des efforts de cisaillement sur sa structure tubulaire (je développerais plus bas) mais aussi sur la coque en fibres de carbone (remarque ; des fibres UHMPE pourraient être une piste plus intéressantes que les fibres de carbone pour le type de structure que vous voulez réaliser.), en effet comme votre structure ne sera pas parfaitement lisse/alignée il y aura des décalages dans lequels votre peau extérieur sera soumise à une force de cisaillement ce qui créera inévitablement des micro fissures de façon prématuré, idem pour les partie de la coque qui seront positionnées face à l'aire des petits triangles formant la structure.

Tout comme Edouardo (le frère de Dalida) exige le clip pour juger d'une chanson, j'exige avant toute discussion d'avoir un schéma de la structure avec ses forces... (ne serait-ce simplement pour comprendre si vous avez bien saisi mon profil de structure) tout autre type de discussion est construit sur du vent.
Cordialement

[noir_ecaille]

Remarque : la sphère est la surface offrant le plus de résilience à une pression de surface uniforme. MAIS n'importe quel plongeur scaphandre a vu des bulles non sphériques en partance pour la surface, surtout lorsqu'elles sont grosses. Cela est dû au gradient de pression bien sûr.

Retour sur la mongolfière. Ce qui lui donne pour partie sa forme de fraise, c'est aussi le poids qu'elle soulève. Il serait intéressant d'intégrer le travail de cette force quant à lutter contre la pression externe sur la coque. Mieux : utiliser le principe de l'arche au sommet de ce ballon à vide, en sorte qu'on aurait des éléments compacts du type arc ou ogive au sommet, une ceinture très solide avec ou sans rayonnage interne, et la partie inférieure allégée de forme quasi-cônique convexe car s'aidant du poids de la charge à transporter pour d'autant mieux résister à la pression externe.

Parce qu'autrement, faire une sphère capable de résister à une pression uniforme... Déjà elle supportera moins bien le poids de l'atmosphère à déplacer au-dessus d'elle lors de l'ascension. Ensuite la charge qui l'accompagnera invariablement (dont pompe + charge utile, etc) va encore faire travailler la structure sphérique donc la déformer.

[invite73192618]

j'aimerais savoir en quoi les calculs présentés sont douteux ?

Je ne suis pas certain que tu cherches vraiment à comprendre... ton dernier message est franchement douteux. Bon, dans l'idée de "donner la chance au coureur", les trois raisons principales pour lesquelles je ne crois pas à tes calculs: 1) les efforts sur les noeuds ne sont pas purement en compression, d'où un cisaillement (sinon ta sphère serait plate... tu as vraiment besoin d'un dessin pour voir qu'une sphère n'est pas plate?) 2) tu ne sembles pas prendre en compte que les "poutres" subiront des forces sur leur coté et non seulement sur leur longueur, or cela diminue notablement la résistance au flambage 3) aucune prise en compte de l'ovalisation, alors qu'elle semble particulièrement dévastatrice pour une structure coque.

[Mct92mct]

Je ne suis pas certain que tu cherches vraiment à comprendre... ton dernier message est franchement douteux. Bon, dans l'idée de "donner la chance au coureur", les trois raisons principales pour lesquelles je ne crois pas à tes calculs: 1) les efforts sur les noeuds ne sont pas purement en compression, d'où un cisaillement (sinon ta sphère serait plate... tu as vraiment besoin d'un dessin pour voir qu'une sphère n'est pas plate?) .

bonjour,
en tout cas, ce dont je suis maintenant sûr, c'est que tu as absolument pas compris comment était foutu mon montage...
Comment veux tu que 6 tiges circulaires qui s'appuient sur une sphère sur laquelle s'appuie un bâche en 1 point puisse travailler autrement qu'en compression pure... réfléchi 2 minutes ou faut il réellement que je te fasse un dessin?

[Mct92mct]

PS:
Remplacer 6 tiges circulaires par 6 tiges cylindriques...

*Il est bien évident (car je ne suis pas sûr que cela soit bien compris) que les 6 tiges ne sont pas dans le même plan...
et que la compositions des 6 forces dans l'axe des tiges s'opposent exactement à la pression qu'exerce la bâche sur la sphère.

[invite73192618]

en tout cas, ce dont je suis maintenant sûr, c'est que tu as absolument pas compris comment était foutu mon montage...

Parfait, tu as donc tout avantage à ce que la discussion s'arrête maintenant. Bye.

[Mct92mct]

Effectivement, je pense que je ne perds pas grand chose à ne plus discuter avec quelqu'un qui n'a pas compris qu'une rotule ne prenait en aucun cas des efforts en cisaillement...
Bonne journée

[noir_ecaille]

Et la paroi s'appuyant sur la rotule en question ?

[Mct92mct]

Et la paroi s'appuyant sur la rotule en question ?

Bonjour noir_écaille une liaison rotule est une liaison qui ressemble à ton genou ou à ton coude bref une sorte de sphère lubrifié sur laquelle il ne peut y avoir que des forces de pression agissantes.
Le calcul de la géode est simulé par un ensemble de bille(nœuds) sur lesquelles viennent s'appuyer des tiges de carbones qui forment globalement une voute que le tissu autour des sphères maintien... ne pas confondre avec une montgolfière qui n'a absolument rien à voir avec ce sujet...
Cordialement