Impulseur pneumatique / ondes de choc

[Titou27]

Bonjour,

Je suis en train de faire l'étude d'un concept via un dispositif expérimental qui vise à produire un effet de "choc" sur une surface de type membrane métallique, à partir d'une source d'air comprimé. Je mets des guillemets à "choc" pour les raisons qui suivent.

Jusqu'à présent j'ai mis en place une solution basée sur des vannes solénoïdes qui alimentent une cavité située sous la membrane. La membrane est typiquement une feuille de métal d'environ 0.5mm d'épaisseur, en carré de 10cm de côté et encastrée sur ses bords. La cavité est en fait formée par un léger usinage du support situé sous la membrane (par exemple 0.2mm de profondeur). L'alimentation de la cavité se fait par un court tuyau (pour limiter les pertes), de diamètre assez faible (environ 2mm interne), et une vanne solenoïde (rapide), avec une alimentation par un compresseur régulé en amont.

Les pressions utilisées sont pour l'instant de 2 bars à 6 bars.

L'idée est donc d'ouvrir puis fermer très rapidement la vanne pour envoyer une impulsion d'air comprimé dans la cavité. Petite optimisation: une prise d'air a été ajoutée à la cavité pour tirer au vide (via une prise de vide) et ainsi permettre le dégonflage de la cavité. Ceci a eu également pour avantage d'abaisser la pression intiale dans la cavité et favoriser le "choc".

Théoriquement, avec un simple rapport de 2 entre les pressions "amont" et "aval" (cavité), on devrait avoir un écoulement sonique en entrée de la cavité. Avec les pertes de charge singulières on peut majorer un peu le rapport. Le tirage au vide aide ici puisque la pression en aval est abaissée.
En réalité, on obtient bien un effet d'impulsion (ça secoue bien en surface) mais je n'ai pas l'impression d'être parvenu aux conditions soniques avec les surpressions qu'on imagine.

Avez-vous des idées pour améliorer le dispositif ?
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[invite07941352]

Bonjour,
Ce que je ne comprends pas dans votre manip , c'est pourquoi devrait il y avoir surpression, onde de choc et conditions soniques ?
Le petit volume d'air injecté à 6 bars se détend tranquillement dans le volume disponible . Enfin, c'est ma vision des choses ...

[LPFR]

Bonjour.
Je suis d'accord avec Catmandou. Les ondes de choc sont celles qui se déplacent à une vitesse plus grande que celle su son, du à une pression élevée qui augmente la température par compression ce qui augmente la vitesse du son.
Pour être bref, il faut que déjà à la création se soit une onde de choc.
Au revoir.

[Titou27]

Non, vous n'y etes pas: pour qu'il y ait detente "gentille" dans la cavite, il faudrait que la vanne s'ouvre assez progressivement, or ici j'utilise une vanne solenoide, dont le temps d'ouverture est de 5ms environ. Pour qu'il y ait choc, il n'est nul besoin qu'il y ait choc en amont: dans une soufflerie a rafale c'est exactement ce qui se passe, on decharge un reservoir d'air comprime dans une veine en ouvrant brusquement une vanne...

Dans un tube a choc c'est egalement cette detente brusque qui cree l'onde de choc. Dans ce cas on utilise une membrane qui se dechire brusquement.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Titou27]

Par ailleurs l'explication de la nature et de la propagation de l'onde de choc du fait d'une elevation de la temperature locale et donc de la vitesse du son est totalement farfelue, pour preuve les ondes de choc stationnaires...

[invite07941352]

Re,
Bien, mais êtes vous sûr d'être dans la géométrie et les conditions d'un tube à chocs ? Qu'est ce qui peut le prouver ?

[invite07941352]

Re,
Et quel devrait être l'effet attendu sur la membrane ?

[LPFR]

Non, vous n'y etes pas: pour qu'il y ait detente "gentille" dans la cavite, il faudrait que la vanne s'ouvre assez progressivement, or ici j'utilise une vanne solenoide, dont le temps d'ouverture est de 5ms environ. Pour qu'il y ait choc, il n'est nul besoin qu'il y ait choc en amont: dans une soufflerie a rafale c'est exactement ce qui se passe, on decharge un reservoir d'air comprime dans une veine en ouvrant brusquement une vanne...

Dans un tube a choc c'est egalement cette detente brusque qui cree l'onde de choc. Dans ce cas on utilise une membrane qui se dechire brusquement.

Par ailleurs l'explication de la nature et de la propagation de l'onde de choc du fait d'une elevation de la temperature locale et donc de la vitesse du son est totalement farfelue, pour preuve les ondes de choc stationnaires...

Bonjour.
Tant pis.
Au revoir.

[Titou27]

Très bonne question concernant les caractéristiques géométriques, c'est intuitivement là que j'ai tendance à chercher la réponse, mais je ne suis pas sûr que ce soit la seule chose à considérer.

Concernant l'effet attendu sur la membrane c'est un changement assez brutal dans le comportement observé sans choc: on devrait passer d'une poussée assez progressive (même si assez rapide) à un déplacement bref assez brutal. L'onde de choc étant formée par la superposition d'états de surpression locale en déplacement, cette discontinuité apparente devrait générer un choc contre la paroi. On cherche donc un peu la même différence qu'entre un appui progressif par un piston et un coup de marteau.

Ce qui m'étonne c'est qu'actuellement il ne semble pas y avoir de limite sonique à la détente: normalement, au-delà d'un rapport 2 dans les pressions relatives, le débit et la vitesse de l'air dans la buse d'injection dans la cavité devrait plafonner (effet identique quelle que soit la pression amont). Or là j'observe un déplacement de la membrane dont l'amplitude dépend assez directement de la pression amont (2, 3, 4, 5 et même 6 bars). Le déplacement est mesuré par un vibromètre laser (très précis).

[VirGuke]

Salut,

Peut tu poster un schéma de ton montage?

Si t'es pas dans la géométrie du tube à choc il risque d'y avoir plein de biais géométriques, notamment la largeur de ta plaque par rapport à la largeur du tuyau. D'autre part, le fait d'ouvrir/fermer rapidement et la géométrie derrière ta vanne peut aussi changer la donne.

De ce que j'ai compris de ton montage, si ta cavité fait la taille de ton carré, tu vas plus te retrouver dans la situation d'un choc se propageant dans une cavité 2D.