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Une descente atmosphérique hélicoïdale?



  1. #1
    EspritTordu

    Une descente atmosphérique hélicoïdale?


    ------

    Bonjour,

    Est-il juste de penser que, pour un module spatial de retour, la rentrée atmosphérique au lieu d'être linéaire ou parabolique vers la surface terrestre, aurait avantage à être hélicoïdale de manière à augmenter la distance de chute et par là le freinage athmosphérique?


    Merci d'avance.

    -----

  2. #2
    jeanmiy

    Re : Une descente atmosphérique hélicoïdale?

    Cela pose le problème du controle et du pilotage de cette trajectoire... De plus quelles acélérations cela ferait t'il subir au vaisceau et à ses occupants ?
    "J'aime les paysans, ils ne sont pas assez savants pour penser de travers" (Montesquieu)

  3. #3
    Bip

    Re : Une descente atmosphérique hélicoïdale?

    C'est en effet le mode de descente de la Navette spatiale, qui fait de grands cercles pour répartir l'effort de freinage sur une plus grande durée et supporter un échauffement moins brutal !
    Notez qu'alors une aile chauffe un peu plus que l'autre et je crois que c'est celle qui s'est disloquée en premier lors de la catastrophe de Columbia.

    A+

  4. #4
    jeanmiy

    Re : Une descente atmosphérique hélicoïdale?

    La navette ne décrit pas des cercles, mais fait des zig-zag durant sa descente, donc un coup à gauche, un coup à droite, sur une grande distance...

    Echauffement identique des deux cotés. Même en virage l'echauffement est identique des deux cotés car le virage est propre et coordonné ! La navette ne se met pas en dérapage ni en glissade ! Ca donnerait des efforts monstrueux et un controle assez difficile...

    Si l'approche était hélicoïdale, celà veut dire que la trajectoire d'approche de la navette serait en cercle autour de la piste, mais des cercles énormes (plusieurs centaines de km de rayon !) pour ne pas casser la structure...

    Pour se poser en Floride, la navette rentre dans l'atmosphère au dessus de l'australie ! Ca donne une idée de la distance de freinage...
    "J'aime les paysans, ils ne sont pas assez savants pour penser de travers" (Montesquieu)

  5. A voir en vidéo sur Futura
  6. #5
    EspritTordu

    Re : Une descente atmosphérique hélicoïdale?

    Si l'approche était hélicoïdale, celà veut dire que la trajectoire d'approche de la navette serait en cercle autour de la piste, mais des cercles énormes (plusieurs centaines de km de rayon !) pour ne pas casser la structure...

    Pour se poser en Floride, la navette rentre dans l'atmosphère au dessus de l'australie ! Ca donne une idée de la distance de freinage...
    Comment evaluez-vous le diamètre du cercle? Et puis, plus on s'approche de la piste plus les cercles se réduisent.

  7. #6
    jeanmiy

    Re : Une descente atmosphérique hélicoïdale?

    Citation Envoyé par EspritTordu Voir le message
    Comment evaluez-vous le diamètre du cercle? Et puis, plus on s'approche de la piste plus les cercles se réduisent.
    Franchement, je n'ai pas fait le calcul...

    Mais estimons.

    Soit une navette, on dit qu'elle ne doit pas prendre plus de 4G en virage pour ne pas fatiguer la structure et les gens.

    Accélération = V²/r

    Avec V la vitesse de rentrée atmo (environ 28000km/h ?) et r le rayon du virage que l'on cherche.

    accélération 4g donc quatre fois le poids de la navette...

    Donc r= V²/(4mG)
    Avec G approximé à 9.81 (restons simple)

    Faut juste que je retrouve le poids d'une navette à l'attéro...

    Mais vu la formule, le rayon va être grand, très grand, du moins pour le premier cercle, après, ça resserre...
    "J'aime les paysans, ils ne sont pas assez savants pour penser de travers" (Montesquieu)

  8. #7
    EspritTordu

    Re : Une descente atmosphérique hélicoïdale?

    Bon, par curiosité je poursuis le calcul. La masse à l'atterrisage de la navette spatiale est officiellement de 204 000 Kg (http://fr.wikipedia.org/wiki/Navette...m%C3%A9ricaine)

    r=V^2/(4mg) ,v prise à 28000 km/h soit environ 7777 m/s, g est de 9.81 m.s^-2

    r=(28000/3600*1000)^2/(4*204000*9.81)
    d'où seulement pour 4G (si je ne me suis pas trompé), r=7,5 m! ou si g=1 r~30 m?

    D'autre part, outre les calculs, le mouvement hélicoïdale serait-ce envisageable sur des engins de retour type Soyouz qui, il me semblen ne sont pas protégés sur leur surface latérale?

  9. #8
    jeanmiy

    Re : Une descente atmosphérique hélicoïdale?

    Heu ?

    Y'a quelque chose qui cloche là d'dans... J'y retourne immédiatement...
    "J'aime les paysans, ils ne sont pas assez savants pour penser de travers" (Montesquieu)

  10. #9
    jeanmiy

    Re : Une descente atmosphérique hélicoïdale?

    Ha oui pardon !

    Quel nul... (moi...)

    Si je garde le paramètre masse, mon équation n'est pas bonne au niveau unités... si on dit que l'on est à 4g, on est à 4g, quelle que soit la masse de la navette !

    donc, sous 4g

    r = (7777²)/(4x9.81) = 1541328 mètres de rayon de courbure, soit environ 1500 km

    Ca me parait nettement meilleur comme résultat...

    Soit un cercle de 3000 km de diamètre autour de cap canaveral, qui se resserre à chaque tour pour garder 4g...

    C'est grand.
    "J'aime les paysans, ils ne sont pas assez savants pour penser de travers" (Montesquieu)

  11. #10
    EspritTordu

    Re : Une descente atmosphérique hélicoïdale?

    Portée transversale ( ?) ( se déporte de part et d’autre de sa trajectoire de rentrée): 2009,4 km
    (http://fr.wikipedia.org/wiki/Navette...m%C3%A9ricaine)

    Oui ça semble plus logique ! On est cependant pas loin de la portée transversale indiquée dans Wikipédia !

  12. #11
    jeanmiy

    Re : Une descente atmosphérique hélicoïdale?

    Oui, mais il me semble que cela se passe sous 2g, et non 4g comme nous venons de calculer... C'est beaucoup plus soft comme manoeuvre finalement.
    "J'aime les paysans, ils ne sont pas assez savants pour penser de travers" (Montesquieu)

  13. #12
    nanovae

    Re : Une descente atmosphérique hélicoïdale?

    Bonjour

    La masse à l'atterrissage de la navette spatiale est officiellement de 204 000 Kg
    attention : masse maximale a l'atterrissage.
    au cas ou la navette ramenerait autre chose que l'equipage au sol, ce qui n'est jamais arrivé.
    la masse a l'atterrissage est en fait de ~ 80 a 90 tonnes a comparer a la :
    Masse totale au décollage: 109 000 kg
    Pour en revenir à la rentrée atmosphérique :
    les capsules Mercury et Gemini, ainsi qu'Apollo utilisaient effectivement une rotation de la capsule sur elle même, c'est a dire une trajectoire hélicoïdale, lors de la rentrée.
    Il est quasi certain que la prochaine capsule de l'Orion utilisera le même principe qui permet a la fois une meilleure dissipation calorifique et un bien meilleur controle de trajectoire, même si ça n'a pas l'air d'être le cas au premier abord : c'est en fait seulement grace au taux de rotation d'une capsule qu'on controle sa distance d'atterrissage (je ne connais pas les capsules russes, mais ça doit ressembler aux américaines)

    Pour ce qui est de la navette, le terme "virage" est peut-être un peu excessif, car l'effet de modification de trajectoire est assez faible comparativement a la distance totale de rentrée : 2000 km d'un bord a l'autre de la largeur d'une trajectoire de + de 20.000 km.
    Le seul vrai virage qui est effectué est celui opéré quasiment au dessus de la base, qui constitue une sécurité au cas ou l'orbiter serait trop court pour une raison ou une autre.

    Pourquoi la navette s'incline-t-elle de cette façon lors du freinage atmosphérique ?
    -> Ca permet de garder la navette a la même altitude pendant toute la phase la plus critique.
    Si la navette restait droite pendant cette phase (toujours, cependant, avec son AoA a 40°), on risquerait soit le rebond atmosphérique, soit la rentrée trop precoce et on serait surtout incapable de controler correctement la distance d'atterrissage.
    C'est l'inclinaison latérale qui permet de doser l'effet de freinage sans changer d'altitude, afin d'obtenir la precision voulue.

  14. #13
    EspritTordu

    Re : Une descente atmosphérique hélicoïdale?

    Vous parlez d'une rotation des capsules sur leur axe, mais s'agit-il vraiment d'une trajectoire hélicoïdale?

  15. #14
    jeanmiy

    Re : Une descente atmosphérique hélicoïdale?

    Citation Envoyé par EspritTordu Voir le message
    Vous parlez d'une rotation des capsules sur leur axe, mais s'agit-il vraiment d'une trajectoire hélicoïdale?
    D'accord avec toi Esprit Tordu, je pense aussi que c'est plutôt une rotation façon toupie qui fait bénificier d'un effet autostabilisant comme un gyroscope.

    Pas d'une trajectoire hélicoïdale.
    "J'aime les paysans, ils ne sont pas assez savants pour penser de travers" (Montesquieu)

  16. #15
    nanovae

    Re : Une descente atmosphérique hélicoïdale?

    Bonjour Messieurs (... / Dames s'il y en a).

    Certes, la rotation sur elle même donne une trajectoire tout a fait linéaire, disons même typiquement ballistique hors de l'atmosphère.
    Mais dès l'entrée dans le haut des couches denses, disons dès 80 km, grâce à l'appui que le flux aerodynamique génère sur cet objet en rotation, la trajectoire devient véritablement helicoïdale :
    la capsule dessine une trajectoire avec une suite rapprochée de points hauts et de point bas dont la vitesse de succession depend du taux de rotation de la capsule.
    C'est en fait le seul et unique moyen de controler la descente d'une capsule afin de "viser" le point d'arrivée.
    Cela peut sembler étrange, mais la trajectoire d'une capsule en rotation à la rentrée atmosphèrique ressemble tout a fait a la trajectoire du bout de pale d'une helice lors du vol d'un avion !
    A la différence notable que le ratio nombre tour / vitesse réelle de l'engin est très différent pour une capsule, comme cela se conçoit aisément (pensez au pauvre pilote).

    Mais le principe est relativement identique : augmentation de la vitesse de rotation dans un sens : augmentation de la portance (dans l'autre sens cela diminue la portance).
    Et s'il y a portance, cela a forcement un effet sur la trajectoire (qui devient donc "légèrement" mais notablement hélicoïdale)
    Les capsules possèdent un pilote automatique et manuel spécialement dédié a cette tache, ou le pilote n'a qu'a modifier le taux de rotation pour ajuster le point de chute.

    Le taux moyen de rotation sur Gemini, de mémoire, est de 15° seconde lors de la rentrée atmosphérique.


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