Montage expérimental pour mesure de traînée aérodynamique

[invitef028fadb]

Bonjour,
dans le cadre de projets au lycée, nous devons trouver une méthode pour déterminer la force de traînée sur une fusée miniature (moins d'un mètre de longueur) en fonction de la vitesse. Ce projet doit s'accompagner d'un dispositif expérimental pour mesurer réellement la force de traînée aérodynamique. J'ai donc pensé à un capteur de compression (avec une petite sensibilité) situé à l'arrière de la maquette et qui permettrait de relever la force de la traînée exercée à l'avant et sur les côtés de la maquette.
La problème est que l'étude en soufflerie est inaccessible, il faut donc trouver un moyen de générer un flux d'air sur l'avant de la fusée sachant que les mesures doivent s'étendent de 0 à environ 100 km/h. On pourrait donc utiliser un véhicule mais la manipulation semble compliquée pour fixer le dispositif puis surtout pour relever les valeurs de la force.
Est-ce que quelqu'un aurait déjà fait un dispositif similaire ou a une idée de montage moins compliqué ?

Merci
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[invitecaafce96]

Bonjour,
Je ne pense pas qu'il existe un moyen simple de mesurer cette faible force ( quelle est l'ordre de grandeur attendu ?) avec une précision correcte ...
Même avec un véhicule, comment s'affranchir des perturbations dues au véhicule ?
En installant le dispositif sur l'avant ? Pas vraiment simple ...
Il reste le système du bras tournant avec la maquette en bout de bras .

[invitef028fadb]

Bonjour,
la force attendue est en effet très faible, de l'ordre de 30N.
Le bras tournant peut être une alternative effectivement, mais la force centrifuge est-elle assez faible pour être négligée dans les résultats ? Avec la formule Fcen = m.ω².R, je trouve 22N de force centrifuge pour m=1.2kg (estimation), ω=6.28rad/s et R=3m.
Aussi ,je me demandais si on peux limiter les mesures à une vitesse de 10m/s et ensuite continuer informatiquement la courbe de la traînée ?

Merci

[invitecaafce96]

Re,
Oui, vous dites 30 N , mais pour quelle vitesse ?
Plus vous diminuerez la vitesse et plus ce sera difficile à mesurer .
Parce qu'en fait, vous cherchez le Cx de votre fusée et ensuite, par le calcul, vous avez la force pour toutes les vitesses ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Le système tournant est une bonne solution pour les faibles vitesses.
Mais si vous avez une masse de 1 kg tournant à 4,4 T/s avec un rayon de 1 m, vous n'avez pas envie d'être dans la même pièce.
Je pense que la solution de la voiture est faisable. Il faut installer une galerie et sur cette galerie une poutre qui arrive au moins à l'avant de la voiture (pour ne pas être dans les turbulences de la voiture).
Il faut fixer l'objet devant la poutre avec la fixation mécanique et les capteurs qu'il faut.
Il faut encore trouver un endroit où vous puissiez faire la manip (à plusieurs dans la voiture) légalement et sans risque d'accident.
Au revoir.

[invitef028fadb]

Re,
Oui, vous dites 30 N , mais pour quelle vitesse ?
Plus vous diminuerez la vitesse et plus ce sera difficile à mesurer .
Parce qu'en fait, vous cherchez le Cx de votre fusée et ensuite, par le calcul, vous avez la force pour toutes les vitesses ?

C'est une estimation de 30N pour une vitesse d'environ 100km/h. En fait, on ne doit pas utiliser la formule de la traînée mais mesurer réellement la force de l'air sur la fusée et ce à plusieurs vitesses pour obtenir une courbe de la traînée en fonction de la vitesse.

Bonjour.
Le système tournant est une bonne solution pour les faibles vitesses.
Mais si vous avez une masse de 1 kg tournant à 4,4 T/s avec un rayon de 1 m, vous n'avez pas envie d'être dans la même pièce.
Je pense que la solution de la voiture est faisable. Il faut installer une galerie et sur cette galerie une poutre qui arrive au moins à l'avant de la voiture (pour ne pas être dans les turbulences de la voiture).
Il faut fixer l'objet devant la poutre avec la fixation mécanique et les capteurs qu'il faut.
Il faut encore trouver un endroit où vous puissiez faire la manip (à plusieurs dans la voiture) légalement et sans risque d'accident.
Au revoir.

D'après mes calculs, une bras de 3-4m à 1 tr/s serait suffisant mais il faut voir si c'est faisable.
Les mesures seraient bien plus cohérentes en voiture et le montage sur galerie de toit est une bonne idée. Seulement, il faut stocker la centrale d'acquisition en plus faire un montage qui tienne bien. Je vais chercher des idées de montage.

Merci

[VirGuke]

Sur une voiture ça va être chaud d'obtenir la moindre mesure, entre les rafales de vents, les changements de vitesse de la voitures, les vibrations etc...
Vous pouvez utiliser de l'air comprimé si vous avez accès à ce genre de matériel ou faire comme on faisait dans les années 70, simuler dans de l'eau, ça fait gagner un facteur 10 sur le Reynolds gratuitement.

Ceci dit, un projet de lycée où on vous demande de tester une maquette à 100 km/h je reste dubitatif.

[invitef028fadb]

Je peux avoir accès à de l'air comprimé et j'y ai pensé mais l'air est seulement projeté sur une petite surface, alors est-ce que cela serait adapté pour une maquette d'un diamètre d'une vingtaine de centimètres ?
Pour la simulation dans l'eau, "gagner un facteur de 10" veut dire que si on divise la force de traînée dans l'eau par 10, on obtient la force de traînée dans l'air ?

[VirGuke]

Je peux avoir accès à de l'air comprimé et j'y ai pensé mais l'air est seulement projeté sur une petite surface, alors est-ce que cela serait adapté pour une maquette d'un diamètre d'une vingtaine de centimètres ?

Tout dépend du débit que tu peux sortir.

Pour la simulation dans l'eau, "gagner un facteur de 10" veut dire que si on divise la force de traînée dans l'eau par 10, on obtient la force de traînée dans l'air ?

Non, la force de traînée dépend des nombres adimensionnels liés à ton problème et dans ce cas il n'y a que la forme de l'objet et le nombre de Reynolds. Donc si tu changes le fluide mais que tu gardes le même Reynolds t'as la même traînée. L'eau a une viscosité cinématique dix fois plus petite que l'air donc tu obtiens le même Reynolds avec une vitesse dix fois plus petite donc la traînée à 10km/h au lieu de 100.

[invitecaafce96]

Re,
Si vous avez une maquette de 20 cm de diamètre , il vous faudrait bien une veine d'air d'un diamètre double .
Pour obtenir 100 km/h , l'air comprimé ne servira à rien . Il faudrait vous transporter en Bretagne lors d'une tempête avec votre tube et maquette ...
J'avais bien pensé à la mesure dans l'eau si l'on peut garantir le passage eau - air .

[invitef028fadb]

En cherchant plus des choses sur la solution de l'eau, j'ai trouvé un dossier (http://bernhard.pagesperso-orange.fr...cfuseeaeau.pdf) où cette expérience est réalisée (page 27). Mais n'y a-t-il pas moyen de simplifier la démarche ? Car là les calculs pour trouver la courbe sont vraiment balaises et pourtant cette solution est la plus simple à mettre en oeuvre.

[VirGuke]

Les calculs de la courbe sont inutiles et plus ou moins faux donc c'est pas trop un problème, ce qui compte c'est la vitesse en régime permanent et pour ça les calculs sont faciles.

L'expérience elle même me laisse de gros doutes, quand tu tire un objet comme ça il a tendance à osciller et vu la tête de leur courbe, ça m'étonnerai pas que ce soit le cas.

Ceci-dit, l'idée n'est pas si mauvaise dans l'absolue, je pense que vous pouvez l'améliorer.

[invitef028fadb]

Ok, merci à toi.