[Non-]Fonctionnement des volants de reaction

[Peuwi]

Bonjour !
J'avais une question un peu trop technique pour être posée ailleurs qu'ici ...
Le but d'un volant de réaction, c'est de savoir pivoter sur soi sans utiliser aucun point de contact, ni aucune forme de propulsion. Sauf que ca marche de façon totalement bourrine (un peu comme un cro-magnon qui utiliserait un arc pour taper) et je me demande bien pourquoi.

Alors, déjà, je pose un truc indispensable pour ne pas se mélanger atrocement les pinceaux :
pour faire un volant d'inertie, il faut que ce volant tourne sur cet axe, sinon, c'est juste un poids mort.
JE SAIS que le volant de réaction utilise justement le fait de tourner sur cet axe, mais la question n'est pas de savoir comment ca fonctionne.
Bref, dans la totalité de la question qui suit, je suppose qu'un volant d'inertie tourne déjà, et on se fout complètement de savoir à quelle vitesse et quelle est la rotation que l'on pourrait générer sur son axe de rotation. Mieux encore, si pour une raison x ou y la vitesse de cet axe de rotation devait changer, on suppose que c'est compensé.
Ce qui m'intéresse, ce sont les rotations sur les 2 autres axes
Je rajoute une petite * à chaque fois que je parle de tourner pour préciser que ce n'est pas sur l'axe de rotation principal, ca m'évitera de retaper tout ce paragraphe à chaque fois.
* = [selon un autre axe que l'axe de rotation du volant]

Donc, imaginons un volant d'inertie, qui tourne, à plat. (une toupie quoi)
Mettons ce volant d'inertie sur un cardan rotatif sur les 3 axes, sans frottements. La toupie s'en moque, c'est toujours une jolie toupie qui tourne.
-> Maintenant, on prend l'axe de rotation de la toupie, et on le tourne* . (ce qui se passe quand on pousse la toupie sur la table, sauf que le contact avec la table et la gravité font génèrent des perturbations en chaîne) -> le volant d'inertie va d'une part résister à cette rotation, et d'autre part tourner selon le 3ieme axe. (produit vectoriel, 3 doigts toussa)

Du coup, ca veut dire que si je suis un mobile détaché de toute contrainte, et que j'ai un volant d'inertie, quand je tords l'axe de mon volant d'inertie, ce dernier génère une force qui entraîne ma rotation. En gros, je suis un satellite, il suffit que je tourne* mon volant d'inertie pour obtenir une petite rotation. Ce qui est super utile pour un satellite.

... Sauf que ca marche pas. Je ne sais pas pourquoi, mais je sais que les ingénieurs qui font ca ne sont pas stupides, et que si ca marchait, c'est ce qu'ils feraient, et ce n'est pas ce qu'ils font. Eux, ils se contentent de faire accélérer la rotation du volant d'inertie, ce qui est un peu l'équivalent en terme de rotation à ce que balancer la toupie dans l'espace est à la propulsion.
Alors, on sait déjà que pour la propulsion, on a pas le choix. Il faut nécessairement balancer un truc (ou attraper un truc, ca marche aussi), bref interagir avec l’extérieur pour se déplacer.
Ca voudrait dire que pour la rotation, c'est pareil. Le total des rotations internes ne pourrait pas être modifié sans interaction extérieure. (c'est étrange, ce n'est pas ce que l'on m'a appris, ou plutôt, on m'avait dit que c'était que pour les translations)

Mais surtout, ma question, c'est "pourquoi ca ne marche pas" ?
En fait, si je prends le problème de façon encore plus simple :
Pour moi, un volant d'inertie n'aime pas être tourné*, il se stabilise en permanence. Si on lui fait subir les pires avanies, il va ensuite cesser toutes ses rotations* (sur ses 2 axes)* pour se remettre à cette référence universelle d'immobilité. (on prends 1000 toupies sans contacts, elles vont toutes "pas tourner*" pareil, et révéler ainsi la rotation de la terre)
Pour chopper le 3ieme axe que l'on ignore, il suffit de fixer 2 volants d'inerties n'ayant pas le même axe de rotation. On a donc une référence de "pas rotation" sur 3 axes.
Du coup, pour faire tourner un satellite, si suffirait de prendre ces objets qui ne tournent pas, et de s'en servir comme appui (vu que c'est fixe) pour tourner.
...
Pourtant, ce n'est pas ce que l'on fait. On se contente bêtement de faire accélérer leurs rotations. (avec le défaut trivial que l'on ne pourra pas faire accélérer éternellement)
Je ne comprends tellement pas pourquoi, que je n'arrive même pas à imaginer des raisons, pourtant, je suis imaginatif... (la seule raison qui me vient, c'est que les ingénieurs trouvent que le carburant nécessaire à la propulsion de leurs volants d'inertie n'est pas si cher par rapport au dispositif nécessaire pour alimenter des volants d'inertie qui tourneraient constamment, voir à la masse des volants eux-même)
L'autre possibilité, c'est que ma croyance que les volants d'inertie se stabilisent d'eux même est fausse. (pour en arriver à des hypothèses pareilles, c'est dire si j'ai pas d'autres idées)
-----

[phys4]

Bonjour, je ne vois pas où se trouve la difficulté que vous évoquez ?

Prenons un satellite dont le moment d'inertie vaut J et deux volants d'axes perpendiculaires et de moments K.

Je suppose que tout est immobile simultanément,
Pour faire tourner le satellite d'un angle a autour d'un axe, je fais tourner le volant de même axe à la vitesse w, le satellite tourne alors à la vitesse -w*K/J
Lorsque l'angle voulu est atteint, il suffit d'arrêter le volant et tout s'arrête !
Donc avec les deux volants il sera possible de donner n'importe quel orientation au satellite.

[Tifoc]

Bonjour,
La raison profonde de votre interrogation m'est extrêmement confuse mais vous devriez avoir des éléments de réponse en cherchant "gyroscopie" avec votre moteur de recherche préféré...

[LPFR]

Bonjour et bienvenu au forum.
Je dois avouer que je n’ai pas eu le courage de tout lire.
Une courte explication nous fera gagner du temps.
La base est que, en absence de couples externes, le moment angulaire (=moment cinétique) se conserve.
Si on veut modifier l’état de rotation d’un objet libre dans l’espace, il « suffit » d’ajouter le moment angulaire qui, ajouté au moment actuel, donnera celui que l’on veut obtenir. Et, attention, tous ce moments angulaires sont des vecteurs, et les additions sont, évidement, vectorielles.
Pour pouvoir obtenir un moment angulaire donné, on utilise des volants d’inertie. En faisant varier leur vitesse de rotation, on ajoute du moment d’inertie dans la direction de leur axe de rotation.

Il est vrai que dans les satellites et les sondes spatiales, il peu arriver un moment où un des volants tourne près de sa vitesse maximale.
Dans ce cas, on ajoute du moment cinétique avec des moteurs d’attitude, pour pouvoir ralentir le volant qui tourne trop vite.
Quand le combustible de ces moteurs est épuisé, le satellite ou la sonde sont arrivés à leur fin de vie.

Dans le cas du télescope Hubble, au lieu des moteurs d’attitude, on utilise le faible champ magnétique terrestre encore pressent à son altitude, et des longs solénoïdes que l’on magnétise pour créer du couple.
Au revoir

[A voir en vidéo sur Futura]

[Dynamix]

En gros, je suis un satellite, il suffit que je tourne* mon volant d'inertie pour obtenir une petite rotation.

Tourner pour obtenir une rotation ?
J' ais l' impression que tu mélange le moment de force et la rotation .
La bonne formule serait :
Appliquer un moment pour obtenir une rotation .

Le total des rotations internes ne pourrait pas être modifié sans interaction extérieure. (c'est étrange, ce n'est pas ce que l'on m'a appris, ou plutôt, on m'avait dit que c'était que pour les translations)

C' est à peu près pareil en rotation et en translation :
La quantité de mouvement du centre de masse ne peut être modifiée que par la résultante de forces externes (seconde loi de Newton)
Le moment cinétique ne peut être modifié que par le moment de forces externes .
La différence est dans le cas de système déformables :
Le moment d' inertie peut être modifié par des forces internes . Vu la conservation du moment cinétique , ça veux dire que la vitesse angulaire varie aussi , mais à l' opposé .
C' est le problème type de la patineuse .
Alors que la conservation de la quantité de mouvement implique (sauf si la masse varie) une une vitesse invariable .

[Peuwi]

Et bien, justement, la version que vous proposez phys4 et LPFR, c'est d'utiliser simplement la masse du volant d'inertie pour obtenir la rotation voulue par contrepoids.
Mais, comme vous l'avez signalé, ca ne marche pas longtemps, et rapidement, il va falloir utiliser des propulseurs.

...
En gros, le volant ne sert qu'à niveler les changements, et à regrouper les utilisations des propulseurs, mais en pratique, autant s'en passer totalement, vu qu'au final, ce sont les propulseurs qui font le boulot.

Et non, l'objectif n'est pas de faire une petite rotation de 20°, mais de compenser durablement une tendance à prendre une rotation (ou à ne pas la prendre, si on veut par exemple que le satellite soit toujours orienté vers la terre). Donc le volant fini par être surchargé, donc on utilise les propulseurs.

En gros, je demande pour quelle raison ils ne mettent pas de flèche dans l'arc, et vos propositions consistent à dire que taper avec fonctionne déjà à peu près bien.
Si c'est ca, ce serait désespérant, mais ca ne correspond pas trop à l'image des ingénieurs d’astronautique, qui ont plutôt tendance à créer des stylos dont l'encre remonte vers le haut plutôt que des crayons.

[Peuwi]

Tourner pour obtenir une rotation ?
J' ais l' impression que tu mélange le moment de force et la rotation .
La bonne formule serait :
Appliquer un moment pour obtenir une rotation .

Ah, oui, je ne m'exprime pas très bien, désolé.

C' est à peu près pareil en rotation et en translation :
La quantité de mouvement du centre de masse ne peut être modifiée que par la résultante de forces externes (seconde loi de Newton)
Le moment cinétique ne peut être modifié que par le moment de forces externes .
La différence est dans le cas de système déformables :
Le moment d' inertie peut être modifié par des forces internes . Vu la conservation du moment cinétique , ça veux dire que la vitesse angulaire varie aussi , mais à l' opposé .
C' est le problème type de la patineuse .
Alors que la conservation de la quantité de mouvement implique (sauf si la masse varie) une une vitesse invariable .

"La quantité de mouvement du centre de masse ne peut être modifiée que par la résultante de forces externes"
-> ca impliquait aussi les rotations ? Ca n'a aucun sens de parler du centre de masse dans ce cas.

Mais si c'est le cas, "dont acte", mais je ne comprendrais pas pourquoi.
L'autre différence, c'est que - mais je me trompe peut-être - on peut avoir un référentiel absolu de rotation. Alors qu'on ne peut pas avoir de référentiel absolu de translation, une translation est toujours relative. Une rotation peut être absolue, et on peut facilement - si j'ai bien compris - créer un point "fixe" en rotation.

Si on compare à la patineuse, je suis certain de pouvoir tourner sur moi-même sans la moindre aide extérieure. (c'est typiquement ce que fait le chat dans l'air pour retomber sur ses pattes)

[LPFR]

Et bien, justement, la version que vous proposez phys4 et LPFR, c'est d'utiliser simplement la masse du volant d'inertie pour obtenir la rotation voulue par contrepoids.
Mais, comme vous l'avez signalé, ca ne marche pas longtemps, et rapidement, il va falloir utiliser des propulseurs.

...
En gros, le volant ne sert qu'à niveler les changements, et à regrouper les utilisations des propulseurs, mais en pratique, autant s'en passer totalement, vu qu'au final, ce sont les propulseurs qui font le boulot.

Et non, l'objectif n'est pas de faire une petite rotation de 20°, mais de compenser durablement une tendance à prendre une rotation (ou à ne pas la prendre, si on veut par exemple que le satellite soit toujours orienté vers la terre). Donc le volant fini par être surchargé, donc on utilise les propulseurs.

En gros, je demande pour quelle raison ils ne mettent pas de flèche dans l'arc, et vos propositions consistent à dire que taper avec fonctionne déjà à peu près bien.
Si c'est ca, ce serait désespérant, mais ca ne correspond pas trop à l'image des ingénieurs d’astronautique, qui ont plutôt tendance à créer des stylos dont l'encre remonte vers le haut plutôt que des crayons.

Re.
Je pense que puisque vous dominez tellement le sujet, il est inutile de continuer.
Vous devriez demander d’être embauché à la NASA ou à la ESA, où vous pourrez faire profiter des vos connaissances ces imbéciles d’ingénieurs actuels, qui ne connaissent rien à leur métier.
J'arrête.

[Dynamix]

Alors qu'on ne peut pas avoir de référentiel absolu de translation, une translation est toujours relative.

Je ne vois pas ce que ça vient faire avec ton questionnement du post #1
De plus un changement de référentiel galiléen ne modifie pas les variations de vitesses , et donc de quantité de mouvement .

un point "fixe" en rotation.

Là je ne vois pas du tout de quoi il peut s' agir .

Ca n'a aucun sens de parler du centre de masse dans ce cas.

C' est pourtant bien le sens de la deuxième et incontournable loi de Newton .