Excellente analogie que je reprendrai à pas mal d'occasions, expliquant régulièrement l'intérêt du Gravity Turn comme trajectoire d'ascension de nos lanceurs, permettant de limiter autant que possible le temps passé à pousser contre le sol en pure perte, et l'impact du TWR sur ces pertes par gravité ! Très bonEnvoyé par petitstick
l'incidence change, mais ne s'inverse pas. c'est d'ailleurs ce qui limite la vitesse de translation des hélicos (la distribution de portance sur le disque balayé doit être une horreur à grande vitesse).
et l'airbus A400M alors ? ? ?Salut,
Pour en rajouter une couche, savez-vous que des avions à hélice sont plus performant que des avions à réacteur ? Si ce n'est que pour atteindre puissance et vitesse d'un avion de ligne il faudrait de grandes hélices tournant très vite et la difficulté serait les matériaux (et on a fait des progrès mais il y aussi le retard technologique, les investissements, etc... Donc pas encore d'airbus à hélice). Mais bien entendu on ne peut pas comparer ça au-delà d'une certaine altitude.
non, sérieusement, le pb vient du mur du son.
et comme les avions de lignes s'en approchent sérieusement, il ne reste plus grand chose pour la vitesse en bout de pale (combinaison des vitesses)...
(c'est aussi un pb pour les pales d'hélico, en passant)
mais, oui, à faible vitesse, l'hélice a un meilleur rendement qu'un réacteur (surtout s'il n'est pas à dilution).
et tout ça est hors sujet astro... bref, je ne manque pas d'air de continuer...
Jusqu'ici tout va bien...
Ce qui montre que je suis bien informé
Je n'y pensais pas et en effet quand on approche de cette limite c'est forcément problématique.
Bon, quand il y a plus grand chose d'intéressant à dire (mais merci pour le A400m) ce n'est pas désagréable d'avoir une discussion bon enfant
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
attendez, je ne comprends pas très bien:Si un bateau a besoin de 5unités d'énergie pour faire du surplace, il lui faudra 1 unité supplémentaire pour avancer de 1 nd face au courant. Donc il faudra fournir en plus 1/6ème de l'énergie totale consommée.
Dans l'autre cas, il lui faudra fournir 15 unités d'énergie supplémentaires pour avancer de 15 noeuds face au courant. Donc il faudra fournir en plus 15/20ème de l'énergie consommée.
Cela demanderais moins d'énergie alors?
Le travail effectif récupéré est bien plus important car la fraction d'énergie dépensée dans une direction ou le travail ne se conserve pas, est moindre.
Imagine une fusée qui a une quantité donnée d'énergie, genre 1000 unités. Parce que c'est gros, une fusée
Si elle pousse juuuuuuuste a peine plus fort que la gravité ne la retient, elle aura grimpé à peine à quelques centaines de mètres avant de retomber lourdement au sol, après 1 minute de carburant et un paquet d'oseille.
Si elle pousse "seulement" 2 fois plus fort, elle aura certes que 30s de poussée devant elle, mais elle sera parvenue à plusieurs kilomètres d'altitude et aura réellement accompli quelque chose de "sympa" avec la même quantité d'énergie.
Dans le premier cas, la fusée dépensait 99% de son énergie pour se sustenter et 1% pour grimper. Dans le second cas, ce ratio était de 50/50. La même fusée convertie en un système détonnant disposant d'un rapport poussée / poids de 20 (un missile ou un nano-lanceur / fusée sonde) mettra à contribution 19/20 de son énergie à grimper et seulement 1/20 à se sustenter.
Et tout vient du fait que la verticale, ou le courant dans le cas de l'analogie de la rivière, sont des vecteurs dans lesquels le travail ne se conserve pas : d'un côté côté, la pesanteur rattrape irrémédiablement tout au sol au rythme de 1g (9.81 m/s/s) et de l'autre côté le courant, donc les frottements de l'eau, tire la barque vers l'arrière. Dès qu'on arrête, on perd tout ce qu'on a accompli. Et si on pousse doucement, on peut tres bien faire du sur place et ne rien accomplir, alors qu'en poussant plus fort, pendant certes moins longtemps (puissance = énergie / temps !), on peut avancer davantage
Si t'aimes bien le vélo, c'est pareil avec une côte : en poussant fort fort, tu grimpes la pente plus vite, au prix d'un effort considérable bien sur, mais de perte moindre et d'une dépense d'énergie InFine moindre également.
C'est un raisonnement qui s'oppose justement aux mouvements ou plus rien ne s'oppose à une variation. Sur une patinoire parfaite et sous vide (absence de frottement du sol et de l'air donc), donner 1 joule d'énergie sous la forme d'une pichenette "instantanée" à un galet ou la même quantité d'énergie en quelques secondes de poussée avec je ne sais quel dispositif, reviendra à la même vitesse finale du galet sur la glace, la même énergie conservée.
Dernière modification par Dakitess ; 11/10/2021 à 13h25.
A noter pour compléter ce lots d'analogie que le même galet sur une vraie bonne glace imparfaite et dans une patinoire à l'atmosphère saturée de testostérone des hockeyeurs, gagnerait à être poussé aussi doucement que possible, lui, pour aller le plus loin possible. Car les forces en présences, les frottements de l'air et de la glace, ne sont pas permanentes et constantes mais fonction à la vitesse, et avec un petit "carré" qui se balade justement sur cette fameuse vitesse. De fait, pousser loooooooooooongtemps ce galet à 1 cm/s lui permettra d'aller plus loin que le même galet catapulté à 70km/h via une frappe violente et instantanée
Histoire de compléter le tableau et ne pas tirer de généralités non plus ^^
Oui.
Reprenons les données :
- Le titre du sujet parle d'une vitesse de 10 m/s
- Plus loin Youri parle d'une vitesse de 100 m/s dans un but de tourisme spatial (donc par définition un voyage dans l'espace, qui débute à 100 km d'altitude)
- Archi fait la comparaison avec la vitesse ascensionnelle d'un hélicoptère, et d'une altitude de 12km
Afin de ne laisser aucune ambiguïté je vais calculer la consommation en ergol pour chacun de ces cas de figure :
- 100 km d'altitude à 10 m/s
- 100 km d'altitude à 100m/s
- 12 km d'altitude à la vitesse d'un hélicoptère ; n'étant pas spécialiste du sujet j'ai cherché des sources, et j'ai trouvé un record à 6000m en 6min54, soit 14.5 m/s (on est tout de même loin des 100 m/s)
Pour chaque calcul je prend une masse utile de 100 kg, je néglige la résistance de l'air, la masse des boosters (je ne compte que la charge utile et la masse de carburant), je considère que l’aéronef ne subit pas d’accélération (il est déjà lancé à sa vitesse de croisière).
Comment faire le calcul ?
Il suffit d'utiliser la formule de l'impulsion spécifique, de partir de l'état final (100 kg à l'altitude considérée) et de remonter le temps en intégrant le carburant consommé.
Je prend un mélange O2 et H2, qui est le plus performant actuellement.
- 14.5 m/s et 12 km : 8.47 E18 kg d'ergol (environ 1000 fois la masse totale de toutes les réserves de charbon de la planète)
- 100 m/s et 100 km : 3.39 E22 kg (environ 20 fois la masse totale de tous les océans de la planète)
- 10 m/s et 100 km : 8.3 E209 (3 E155 fois la masse totale de l'univers connu)
Et si on faisait le calcul avec la vitesse ascensionnelle d'un escargot ça ferait encore plus, pourtant l'escargot arrive facilement à monter le long d'un mur : Il faut se méfier des analogies.
En conclusion j'en profite pour glisser une petite citation : « La plus grande faiblesse de l'espèce humaine vient de son incapacité à comprendre la fonction exponentielle. »
OK je suis d'accord que dans le cas d'une fusée, le fait d'avoir à emporter avec elle la masse de propergols qui sera éjectée plus tard (un problème qui n'existe pas avec l'hélicoptère) rend la croissance de la masse exponentielle avec l'altitude (et je suis d'accord avec toi qu'on a en général une très mauvaise perception de l'exponentielle !!!)
Mais tu as quand même un peu triché en ne prenant pas les valeurs numériques de la question de Youri, qui était un vol de quelques minutes pour atteindre la stratosphère (donc 12 km) à 0,1 km/s .... l'exponentielle ça croit vite mais ça décroit aussi vite !
Avec ces conditions il ne faut que 76 tonnes de carburant.
ok donc ça reste "accessible" même si ça fait quand meme 760 fois la masse à propulser ... et comme tu dis ça croit exponentiellement avec l'altitude ou l'inverse de la vitesse donc ça devient vite impossible pour des vitesses plus faibles ou des altitudes plus grandes.
Bonjour,
Avec un peu de retard
Sans tenir compte des hypothèses non réalistes de l'énoncé.
Pour avoir une vitesse constante, il faudrait, après avoir atteint cette vitesse, que la poussée reste égale à la force de gravitation (qui varie avec la distance entre le centre de la Terre et l'engin).
La distance d à atteindre pour échapper à l'attraction terrestre à la vitesse v = 10 m/s estavec M la masse de la Terre.
La durée du voyage est t = 8.10^11 s (25350 ans)
Pour l'énergie nécessaire, c'est une autre histoire car il faudrait tenir compte de la masse du lanceur qui varierait au court du temps par consommation de "carburant".
Si on ne compte que l'énergie nécessaire uniquement pour "l'objet" de masse m (hors lanceur, ce qui est bien entendu non réaliste), alors E = 6,35*10^7 m (avec E en Joule et m en kg).
Avec la vitesse mentionnée, les frottements dans l'atmosphère ont un effet non significatifs.
Tout ceci, bien entendu, dans les conditions énoncées, même si, comme mentionné, elles ne sont pas réalistes.
On peut évidemment, comme certains, se réfugier derrière le non réalisme du problème posé pour éviter de répondre ou répondre à coté de la question telle qu'elle est posée.
Dernière modification par Black Jack 2 ; 13/12/2021 à 18h27.
Une ligne a disparu de ma réponse précédente, je la rajoute.
Zut, la ligne qui avait disparu et revenue après ... ce message-ci est donc à oublié.
Dernière modification par Black Jack 2 ; 13/12/2021 à 18h30.
Personne en particulier n'attendait ta réponse.Avec un peu de retard
### supprimé : agressif
Un peu comme la réponse 41 au final.
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La vitesse de libération, c'est la vitesse qu'on déduit en calculant l'énergie potentielle du puit gravitationnel que constitue la terre en considérant qu'on peut le quitter (= s'en libérer) en fournissant **en une fois** au moins autant d'énergie cinétique. C'est un obus qui ensuite n'est plus propulsé.
Si on décolle de la terre à 10 m/s (ou 100 m/s ou 1 km/s) et qu'on maintient cette vitesse, on peut également fournir l'énergie nécessaire pour se libérer du puit gravitationnel. La différence c'est que pour maintenir cette vitesse, on doit continuer à fournir de l'énergie car en prenant de l'altitude on devrait sinon perdre de la vitesse. Au final l'énergie totale sera la même. Dans le second cas on **doit la fournir beaucoup plus longtemps**, plutôt qu'en une fois.
Dit encore autrement : dans le premier cas, on parle d'un obus, dans le second, on parle d'une fusée.
Dernière modification par JPL ; 14/12/2021 à 17h46.
Oh que non.Au final l'énergie totale sera la même.
Par exemple si votre mobile s'élève et que faute d'une vitesse suffisante (cas particulier qui peut servir à comprendre la problématique) celui-ci présente une vitesse nulle à 100m en fournissant une accélération de 10m/s en continu il restera là posté à 100m.
Ça peut durer autant de temps qu'on veut mais une chose est sûre c'est qu'il faudra fournir en continu une énergie permettant de produire cette accélération de 10m/s juste pour rester sur place.
Donc vous voyez que pour réduire l'énergie à dépenser pour quitter l'attraction terrestre (atteindre la vitesse de libération cad la vitesse à partir de laquelle il ne sera plus nécessaire de fournir une seule once d'énergie) il vaut mieux se dépêcher d’atteindre cette vitesse de libération au plus vite (pour détailler cette vitesse de libération dépend aussi de la hauteur puisque l'attraction terrestre est plus faible à 100km qu'au niveau du sol).
Bonjour
Je pense qu'il est tout a fait inutile d'argumenter. Comme je l'ai expliqué dans un autre sujet (qui à engendré la remontée de ce fil, visiblement par sentiment de revanche), il faut un minimum de connaissances pour comprendre les arguments. Quand on a rien du tout on ne peut même pas concevoir pourquoi on se trompe.
On pourrait le poser comme corolaire à ma courbe illustrant l'effet Dunning Krugger en le comparant à l’énergie d’activation (pour ceux qui ont fait un peu de chimie) : En dessous de ce bagage minimal il n'y a pas de réaction de compréhension possible.
10 m/s c'est une vitesse.
Ici, outre g, la fusée fournit une accélération continue de manière telle que la vitesse est maintenue constante à 10 m/s.
Oui faut rajouter un carré à s (c'est bien d'une accélération dont je parlais)10 m/s c'est une vitesse.
Admettons.Ici, outre g, la fusée fournit une accélération continue de manière telle que la vitesse est maintenue constante à 10 m/s.
Mais pourquoi 10m/s ? (vitesse)
Comme déjà indiqué il est préférable d'atteindre une vitesse de libération (qui dépend de la hauteur) le plus vite possible pour économiser de l'énergie.
Le vrai problème c'est qu'initialement il y a des frottements dans l'air qui vont faire perdre de l'énergie relativement à la vitesse au carré.
Il est donc préférable d'augmenter la vitesse graduellement à fur et à mesure qu'on sort de l'atmosphère.
Même en comptant les frottements dans l'air il y a toujours intérêt à accélérer le plus possible, la limite haute est fixée par la résistance du matériel ou des bonhommes à l’intérieur.
Salut,
Il y a quarante ans j'avais écrit une simulation assez réaliste (*) avec (bien sûr) les aspects dynamiques (forces, accélérations), la poussée et la quantité de carburant, les frottements et échauffement etc....
J'en avais fait .... un jeu
C'est assez logique quand on y pense : on évite de dépenser du carburant "juste pour se maintenir en l'air". On pousse fort pour vite échapper à l'attraction et vogue la galère
P.S. faites pas ça en voiture, ça marche moins bien
(*) sur TRS80, un ancêtre
Dernière modification par Deedee81 ; 15/12/2021 à 07h34.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Merci pour tes explications très claires.
Mais un peu fausses apparemment d'après les commentaires de RomVi et Deedee81. Et c'est vrai que prétendre réfuter un message en confondant vitesse et accélération plus haut n'était pas top non plus.
Fausse, non, peut-être pas. Juste incomplète car la question (surtout en pratique, pour une vraie fusée) est beaucoup plus complexe.
(heu je parle pas de la confusion accélération / vitesse bien sûr, je parle des explications données)
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Sans faire de calcul il m'apparait pourtant une autre conclusion logique.Il y a quarante ans j'avais écrit une simulation assez réaliste (*) avec (bien sûr) les aspects dynamiques (forces, accélérations), la poussée et la quantité de carburant, les frottements et échauffement etc....
J'en avais fait .... un jeu
C'est assez logique quand on y pense : on évite de dépenser du carburant "juste pour se maintenir en l'air". On pousse fort pour vite échapper à l'attraction et vogue la galère
P.S. faites pas ça en voiture, ça marche moins bien
(*) sur TRS80, un ancêtre
ici vous postulez que l'accélération doit être maximale (atteindre la vitesse de libération le plus vite possible) même dans le cas où la fusée se déplace dans une atmosphère.
Vous le présentez comme un postulat GENERAL.
J'admets ce fait dans un milieu sans frottements.
Mais ce n'est pas un cas généralisable dans un milieu qui induit des frottements.
Dans ce genre de milieu : Ça dépend.
Intuitivement je dirais que la vitesse à ne pas dépasser dépend (pour les paramètres essentiels) de la densité du milieu et de la surface de la fusée qui induit la trainée relativement à l'attraction exprimée en g (par exemple 9.8 comparé à nu*S)
Si par exemple (cas extrême) le milieu était de l'eau il apparait évident que la vitesse initiale ne doit pas dépasser un certain seuil sous peine de consommer une quantité énorme d'énergie (indépendamment du fait de la résistance du matériel et des humains éventuels à bord).
J'imagine que pour l'atmosphère terrestre passé un certain seuil de vitesse c'est la même histoire ?
J'ai quand même l'impression qu'il ne postule pas mais qu'il a fait la simulation :
une simulation assez réaliste (*) avec (bien sûr) les aspects dynamiques (forces, accélérations), la poussée et la quantité de carburant, les frottements et échauffement etc....
J'en avais fait .... un jeu
En cherchant un peu je suis tombé sur ça : Le "max Q"
(sinon petit errata : dans mon message précédent je parlais de nu mais fallait lire rho).
https://fr.wikipedia.org/wiki/Max_QEn ingénierie aérospatiale, max Q est le point de pression dynamique maximale. C'est le point où la force aérodynamique sur un engin spatial est maximale au cours d'un vol atmosphérique.
Considérant la définition de la pression dynamique : q = ½ ρ v², nous savons que cette quantité :
Par conséquent, il y a nécessairement un point où la pression dynamique est maximale : ce point est précisément max Q.
- est égale à zéro au moment du décollage, lorsque la vitesse du véhicule v = 0 ;
- est nulle en dehors de l'atmosphère, où la densité de l'air ρ = 0 ;
- est toujours positive (ou nulle, comme ci-dessus) étant donné les quantités en cause.
En d'autres termes, au-dessous du point max Q, l'effet de l'accélération de l'engin spatial l'emporte sur la diminution de la densité. Au-dessus du point max Q, c'est le contraire qui est vrai.
Lors d'un lancement normal de la navette spatiale américaine par exemple, max Q est à une altitude d'environ 11 km (35 000 pieds)1. Au cours d'une mission de type Apollo, max Q survient entre environ 13 km et 14 km d'altitude (43 000–46 000 pieds)2,3.
Non, non, pas du tout un postulat. Un simple constat avec une simulation ayant évidemment ses limites (et il y avait bien des frottements). Et oui j'imagine que dans de l'eau ce serait non valide (en fait même pas besoin d'imaginer, c'est évident, tout ceux qui ont déjà essayé de lancer un objet sous l'eau le savent bien
Et il serait sans doute faire intéressant de calculer ce que donne la théorie (avec des situations des plus simples aux plus généralistes). Je soupçonne très fort les ingénieurs de la Nasa de faire ce genre de calculs
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
On est donc bien d'accord (avec l'eau c'est évident) qu'il peut y avoir des doutes concernant "la règle générale" en fonction des accélérations dans une atmosphère (par exemple l'accélération max des fusées au niveau du sol (des missiles hypervéloces en fait) a été atteinte par les Russes avec j'avais entendu 400g !! mais le but n'était pas d'optimiser la consommation énergétique) et de la composition atmosphérique.Non, non, pas du tout un postulat. Un simple constat avec une simulation ayant évidemment ses limites (et il y avait bien des frottements). Et oui j'imagine que dans de l'eau ce serait non valide (en fait même pas besoin d'imaginer, c'est évident, tout ceux qui ont déjà essayé de lancer un objet sous l'eau le savent bien
Après c'est vrai que la densité des atmosphères sur les planètes dépendent de la composition et de la température mais aussi surtout de g (puisque c'est elle qui produit le gradient de pression (donc densité dans le cas d'un gaz)) et donc peut-être qu'en dessous d'une certaine accélération (donc vitesse initiale, celle en bas où l'atmosphère est la plus dense, d'où la difficulté à modéliser) "la règle" s'applique n'importe où (si on n'accélère pas trop au départ mais de toutes façons on ne sait pas faire donc la règle s'applique pour le moment).
D'autre part et juste pour le signaler ajouter du carburant ne permet pas d'augmenter l'accélération.
Il faut augmenter le rendement énergétique (de propulsion) par unité de masse de carburant.
Bonjour
Il faut se méfier des "évidences". Les lois qui régissent les écoulements fluide sont très différentes en régime supersonique (à très faible vitesse aussi d'ailleurs).
J'ai compilé les données d'une publication pour montrer la variation du Cx et de la force de trainée (échelle arbitraire) en fonction de la vitesse.
J'ai ajouté une échelle de vitesse en m/s, même si ce n'est pas très rigoureux, pour donner une valeur plus intuitive.
Qu'est-ce qui s'oppose au tir d'une fusée ?
L'air et la gravité.
Ces deux choses combinée obligent a injecter entre 9 et 10 km/s d'impulsion pour atteindre les 7.5 km/s qui permettent de rester en orbite.
Mais ils n'ont pas les mêmes valeurs.
La resistance de l'air, c'est de l'ordre du 1/2 km/s, peut être plus pour un mutant aerodynamique comme le Shuttle au décollage, surement moins pour beaucoup d'autres fusée plus fines.
Le reste de la perte s'appelle évidemment la perte par gravité.
Comment lutter contre la perte par gravité ?
Comme il est expliqué au dessus avec l'exemple du bateau.
En la dépassant, de préférene le plus possible pour améliorer le rendement.
En astronautique, ça s'appelle le TWR (thrust to weight ratio).
En dessous de 1, ça décolle pas.
A 1.1, ça décolle laborieusement, ça met des plombes a grimper.
Car sur les 1.1, la gravité en vole 1.0, reste que 0.1
A 2, on fait aussi bien que la gravité mais dans l'autre sens !
comme si on tombait a l'envers, déjà pas mal : 2 pour 1 => 50%
A 3 ça devient cool, le rendement est très bon, ça commence a patater : on ejecte 3 et on récupère 2, 66%
Alors évidemment on se dit : on veut encore mieux tant qu'a faire !
Seulement les problèmes apparaissent.
Déjà une fusée, ça s'allège, et assez vite.
Donc le TWR augmente constamment et assez rapidement pendant toute la combustion du premier étage.
Et on se retrouve avec un TWR très important, qui peut devenir critique pour la structure de la fusée, ou ce qu'elle emporte.
Et puis il y a l'air, qui va obliger de traverser un pic de pression appelé MaxQ a un moment donné (~12 km +-3 selon le profil).
Ce pic de pression peut être si fort qu'il oblige a baisser la puissance avant de le franchir, comme avec le Shuttle qui baissait la puissance de ses SSME avant de les relancer a fond dès qu'elle le dépassait.
Donc, plus on a une fusée avec un gros TWR, meilleure est son rendement.
Mais des obstacles aérodynamiques et de contrainte d'acceleration font qu'on doit rester dans une certaine fourchette pour ne rien casser.
Yes, c'est compliqué de concevoir une fusée.
Et ça ne sera jamais facile d'aller dans l'espace.
En vertu de ça, si vous suivez le raisonnement, vous comprenez assez vite qu'une fusée qui monterait a 10m/s constant est la pire fusée qu'on puisse imaginer.
Le rendement serait absolument minable et il faudrait même réduire progressivement les gaz au fur et a mesure de son allègement pour... pour avoir une fusée toute pourrie qui ne fait que défier les lois de la physique pour une utilité absolument nulle.
Le milieu (air), la masse au repos (masse inertielle), le travail de la masse (gravité) ?
Je dis ça en passant. Me corriger si j'ai faux.
"Deviens ce que tu es", Friedrich W. Nietzsche
