Bonsoir/bonjour à tous,
La vitesse d'un gaz qui se détend est limitée à la vitesse du son dans ce gaz.
Comment-il possible que des fusils à air comprimé puissent propulser des projectiles à des vitesses supérieures à la vitesse du son ?
En effet, une fois que le projectile a atteint cette limite, le gaz ne peut plus lui fournir d'énergie et donc il n'accélère plus...
Quelque chose doit m'échapper...
Bjr à toi,
La vitesse du projectile à la SORTIE du fusil est du à la pression du gaz dans le canon.
Plus cette pression sera élevée (peut importe la vitesse et temps pour atteindre cette pression)
plus la vitesse du projectile sera élevée. On s'en fout un peu de la durée nécessaire
pour monter en pression et éjecter le projectile. Bien sur faut que ce soit le plus rapide....possible.
Faut mieux éviter des temps de latence entre l'appuie sur la gachette et l'éjection du projectile !
Bonne journée
bonne journée
Bonjour,
schématiquement, un fusil à air comprimé comporte un réservoir à haute pression, un mince canal qui fait liaison avec le canon du fusil.
C'est dans le mince canal, qui fait limiteur, où se passe la contrainte de déplacement du gaz à la vitesse du son.
There are more things in heaven and earth, Horatio, Than are dreamt of in your philosophy.
Vous ne répondez pas vraiment...
L'accélération de la bille est due à la différence de pression, oui.
Et c'est donc bien la pression qui détermine la vitesse de la balle.
Mais comme la vitesse de l'onde de pression est limitée à la vitesse d'expansion du gaz qui est limitée à la vitesse du son ; si la balle est à la vitesse du son, la pression ne sait plus l'accélérer...
Un lien vers un modèle d'arme à air comprimé capable de ça ?
Le projectile n'est jamais à la vitesse limite d'expansion du gaz en raison des frottements, même les munitions flèches.
Dans les villages gaulois, ils ne sont jamais tous d'accord. Jules César
Pour moi, c'est effectivement impossible.
Ma question était en réaction à ce lien sur wikipédia où on affirme que des projectiles tirés via une arme à air comprimé peuvent atteindre 1200 m/s.
Vu, c'est sans doute faux, >1km/s c'est les meilleurs carabines de chasse ou fusil de tireur d'élite.
Le nombre de Mach est le rapport de la vitesse du gaz sur la vitesse du son dans le gaz. Il peut s'exprimer directement en fonction du débit, de la pression et de la température du gaz.
Le nombre de Mach ne peut être supérieur à 1. Lorsqu'il atteint la valeur de 1 le long de la tuyauterie, le régime d'écoulement est dit "critique" ("choked flow" dans la littérature anglo-saxonne). La valeur de Mach=1 ne peut être atteinte qu'à l'extrémité de sortie de la tuyauterie.
Dans les villages gaulois, ils ne sont jamais tous d'accord. Jules César
D'où vient cette assertion ? En spectroscopie moléculaire, il est courant d'utiliser des jets supersoniques de molécules...Envoyé par Nekama
SK69202 a fourni le lien dans le message #7.
Dans une tuyauterie, un gaz ne peut pas dépasser la vitesse M = 1 avec M = v/c.
C'est intéressant. Comment génère-t-on ces jets supersoniques ?
nb:
@SK69202 : attention qu'il y a de nombreuses erreurs sur ce site.
Bonjour,
Il semble y avoir un petit malentendu. L'écoulement d'un gaz dans un tube peut très bien dépasser la vitesse du son. Il y a des tas d'exemples en aviation de tuyères supersoniques. Il y a juste un petit problème de couche limite sur les parois, mais pas significativement différent du cas subsonique.
Pour les armes de tir, certaines balles sortent à une vitesse supersonique, et les gaz juste derrière avaient bien évidemment la même vitesse.
Le seul problème, c'est qu'il a fallu forcer la colonne d'air initialement immobile en avant de la balle a reculer elle aussi à une vitesse supersonique dans le canon. C'est une onde de choc, et cela demande beaucoup d'énergie. La quantité de gaz à température élevée produite par la poudre est la solution la plus efficace, mais en théorie on pourrait obtenir la même énergie avec de l'air comprimé. Ce n'est simplement pas technologiquement réaliste
Why, sometimes I've believed as many as six impossible things before breakfast
Bonjour,
On ne peut pas dépasser la vitesse du son pour le déplacement d'un gaz dans une tuyauterie "classique".
Si on veut le faire, il faut d'abord arriver à cette vitesse proche de Mach 1 (pas exemple en réduisant la section de passage progressivement) et puis, cette vitesse atteinte en bout de tuyauterie à section qui se rétrécissait, réaugmenter la section.
L'effet d'une variation de section de passage sur la vitesse du gaz change de sens pour les vitesses > Mach1 par rapport vitesse < Mach1.
Voir par exemple, la Tiyère de Laval ( https://fr.wikipedia.org/wiki/Tuy%C3%A8re_de_Laval )
où on voit notamment ceci :
Principe de fonctionnement d'une tuyère de Laval
Diagramme montrant l'évolution de la pression (P), de la vitesse (V) et de la température (T) tout au long des sections d'une tuyère de Laval. La température et la pression chutent au fur et à mesure de la progression du gaz, tandis que sa vitesse augmente jusqu'à dépasser celle du son au niveau du col.
Le principe de fonctionnement d'une tuyère de Laval repose sur les propriétés des gaz lorsqu'ils circulent aux vitesses subsonique et supersonique. Lorsqu'un gaz circule à une vitesse subsonique dans un tuyau dont le diamètre se rétrécit, sa vitesse augmente. La vitesse du gaz ne peut toutefois pas dépasser celle du son (Mach 1). En effet en régime d'écoulement supersonique (vitesse supérieure à la vitesse du son) le comportement du gaz s'inverse : pour que sa vitesse augmente il faut que le diamètre du tuyau augmente (démonstration plus bas : Relation d'Hugoniot). Pour accélérer un gaz à des vitesses supersoniques, il faut donc qu'il circule d'abord dans une section de tuyau convergente jusqu'à ce qu'il atteigne la vitesse Mach 1 et à partir de cette section du tuyau, qu'on appelle le col, le gaz doit progresser dans un tuyau de diamètre croissant (le divergent) pour que la vitesse continue à augmenter.
La tuyère de Laval ne fonctionne selon ce principe que si la vitesse du gaz atteint la vitesse Mach 1 au niveau du col. Pour y parvenir il faut que la tuyère soit conçue de manière que la pression en sortie soit au minimum deux fois plus faible que celle en entrée. Si cette condition est remplie, la vitesse au col atteint Mach 1 et la tuyère est dite amorcée. Si la pression en sortie est plus forte que cette valeur, la tuyère ne s'amorce pas. Au contraire si le rapport est plus important le rendement augmente. Celui-ci est optimal lorsque la pression en sortie est égale à la pression ambiante (au niveau du sol (1 bar)) : on dit alors que la tuyère est adaptée. Pour un moteur-fusée le rapport de section du divergent doit donc être d'autant plus important que le moteur fonctionne à des altitudes élevées c'est-à-dire à des pressions ambiantes faibles.
Il est cependant possible d'avoir des vitesses supersoniques de déplacement d'air dans certains cas, par exemple, l'air d'un réservoir d'air sous forte pression dans lequel on perce un trou ... la vitesse de l'air à la sortie du trou est souvent très supérieure à la vitesse du son dans l'air.
Dans le cas d'un tir de projectile, la pression monte très vite dans le canon et le projectile atteint sa vitesse bien avant la sortie du canon.
On est alors "presque" dans le cas du trou percé dans un réservoir sous pression, sauf que la vitesse de la "fuite" est limitée par le déplacement du projectile dans le canon (qui peut être supersonique)
Pour info, sur ce site : http://www.euroballistics.com/lois_b...que_page01.htm j'ai trouvé des allures de vitesses, déplacements et pression dans le canon en fonction du temps.
la voici :
Toutes bêtises possibles incluses dans ce que j'ai écrit.
"Mach 1" est extrêmement variable dès qu'on l'exprime en m/s et la température du gaz a aussi son mot à dire dans l'affaire.
Dans la carabine à air comprimé de Wiki, pour 1100m/s "y a ka" avoir de l'air à 3000°C
C'est ennuyeux avec un projectile dans le tube, bien que certains aient testé les canons à âme conique.Si on veut le faire, il faut d'abord arriver à cette vitesse proche de Mach 1 (pas exemple en réduisant la section de passage progressivement) et puis, cette vitesse atteinte en bout de tuyauterie à section qui se rétrécissait, réaugmenter la section.
Dans les villages gaulois, ils ne sont jamais tous d'accord. Jules César
Salut,
SK69202, il faudrait lire attentivement ce qui est écrit et ne pas s'arrêter en cours de route.
Je n'ai jamais préconisé l'idiotie d'un canon à âme conique.
J'ai simplement dit qu'on ne pouvait pas dépasser une vitesse supérieure à Mach 1 dans un tuyau normal (donc de longueur non négligeable et ouvert à un bout) et ceci même sous haute pression et même en diminuant progressivement la section.
Pour dépasser mach 1 avec un "tuyau" (de longueur non négligeable et ouvert à un bout) il faut une section qui diminue pour commencer (et augmenter ainsi la vitesse) et puis lorsque la vitesse est très proche de mach1 dans le bout du tuyau de petite section, il faut que la section augmente dans la suite du tuyau ... et cela permet alors de dépasser mach 1.
C'est bien expliqué dans le lien donné vers la tuyère de Laval.
Il va sans dire que cela n'a rien à voir avec un tir supersonique ... le canon étant à section constante.
J'ai alors mentionné qu'il était possible de dépasser mach 1 dans le cas d'un fuite par un trou percé dans un réservoir sous pression... et suggéré qu'on pouvait se poser la question pour voir si le tir d'un projectile ne pouvait pas, par certains cotés s'apparenter au cas du réservoir sous pression avec un trou pour une fuite, ce qui permettrait alors une vitesse supersonique.
Dernière modification par Black Jack 2 ; 15/04/2020 à 14h38.
A priori, si on fait un trou dans un réservoir d'air comprimé, celui-ci ne pourra pas s'écouler au delà de la vitesse du son...
Cf. Ecoulement des gaz dans un orifice.
Et si on fait le vide dans le canon, je ne comprends quand même pas comme on peut dépasser la vitesse d'expansion du gaz...
Bonjour,
La limite de la vitesse du son est la limite de propagation d'une variation de pression. Mais dans la colonne d'air qui se dilate, il n'y a pas de limite à la vitesse de l'extrémité coté "balle", par rapport à la vitesse nulle à l'extrémite opposée.
Pour prendre une analogie en cosmologie, on ne peut pas dépasser la vitesse de la lumiére, et pourtant il y a des parties de l'univers qui s'éloignent de nous plus vite que cela
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Bonjour
Il faudrait voir le contexte, mais il est tout à fait possible de dépasser la vitesse du son avec une carabine à air comprimé, en huilant l'intérieur.
zut trop tard pour éditer...
Je voulais préciser en huilant l'intérieur du canon.
Au niveau carabine à air comprimé, je n'ai trouvé aucun exemple sur internet où on dépassait la vitesse du son. Il n'y a que l'article wikipédia qui affirme le contraire, mais sans source. Pourtant, certains armes "gros calibre" dégagent suffisamment d'énergie m.v^2/2 pour qu'à "plus petit calibre" et masse plus petite, la vitesse théorique soit supérieure à celle du son...
Quand on calcule les pertes par frott.ements, on trouve des fractions de Joules... Huiler le canon ne changera rien au problème et n'est pas ce qui limite la vitesse de propagation. D'ailleurs, dans une arme à feu, on arrive à des valeurs bien plus grande, avec le même problème potentiel d'huilage. Mais la physique d'une cartouche qui explose est différente de celle d'un gaz qui se détend.
C'est les gaz très chaud dus à la combustion qui se détendent et poussent le projectile, comme ils sont très chauds le son y est plus rapide d'où les vélocités terminales autrement plus élevés (on approche les 2km/s pour certain obus flèche).Mais la physique d'une cartouche qui explose est différente de celle d'un gaz qui se détend.
Dans les villages gaulois, ils ne sont jamais tous d'accord. Jules César
C'est simplement la température ?
Dans ce cas la physique est la même et tout se tient...
Merci !
C'est mon petit plaisir coupable, de tendre des "lignes" et d'attendre que ça morde
Ce n'est pas la lubrification qui provoque une plus grande vitesse, mais l'auto inflammation sous l'effet de la température liée aux frottements du plomb. C'est ce qu'on appelle le "dieseling".
bonsoir
c'est une mauvaise traduction où feet/s on été confondus avec m/s, sans doute la même qui a crashé une sonde sur Mars.Au niveau carabine à air comprimé, je n'ai trouvé aucun exemple sur internet
l'une des munitions courantes la plus véloce est le 22/250 (1000m/s) mais la plus rapide c'est la 220 Swift(1420m/s) ce qui est inatteignable par une arme à air.
Les plus puissantes atteignent 1kJ avec une projectile de. 45 à 330m/s , la plus rapide en .22 c'est environ 400m/s
ajout : huiler un canon c'est le moyen le plus sur pour le détruire.
JR
Dernière modification par jiherve ; 15/04/2020 à 21h43.
l'électronique c'est pas du vaudou!
Bien vu le coup de la conversion
J'ai vu des tas de canonniers s’escrimer à écouvillonner le tube avec leurs chiffons gras pour savoir que ce n'est pas aussi simple.ajout : huiler un canon c'est le moyen le plus sur pour le détruire.
D'un autre coté, le coup de flambage, virer tout ça et chauffer le tube, avant les exercices de tir de précision faisait aussi partie du cérémonial.
C'est quand même loin des armes à air froid.
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Bonjour,
Negama a écrit : "A priori, si on fait un trou dans un réservoir d'air comprimé, celui-ci ne pourra pas s'écouler au delà de la vitesse du son..."
Et bien si, voir par exemple ici : https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00551205/document
Où on peut voir ceci :
Ce qui ne signifie pas que ce soit applicable dans le cas du problème posé.
Pour l'arme à air comprimé, on trouve dans des textes en anglais une vitesse de 1200 ... mais en pieds/s (c'est quand même supersonique)
IL faudrait être sur que dans l'article en français, l'auteur ne s'est tout simplement pas planté dans les unités.
Bonjour,
Le wikipedia anglais indique le record d'une balle propulsée à plus de 9000m/s grâce à du gaz comprimé!
https://en.wikipedia.org/wiki/Muzzle_velocity
Bon, c'est un peu triché: on comprime d'abord de l'hydrogène à 10000 bar grâce à une charge à poudre, et c'est lui qui propulse ensuite la balle.
Ce qui est intéressant, c'est qu'ils indiquent que ce système (ou un système mixte gaz de combustion+gaz comprimé) permet d'améliorer l'efficacité de propulsion par rapport au système usuel à gaz de combustion seuls. Mais pour l'instant, cela ne semble pas avoir été utilisé dans de vraies armes
Dernière modification par Resartus ; 16/04/2020 à 14h51.
Why, sometimes I've believed as many as six impossible things before breakfast
c'est une vitesse supersonique dans les CNTP, mais pas forcément dans le canon.
Avec une arme à air pré-comprimé l'air se détend et la température diminue, mais avec un piston la compression est quasi adiabatique (étant donné brièveté du phénomène), et la température augmente fortement.
La relation en question (relation de Saint-Venant) indique que débit maximum sera tel que la vitesse d'écoulement est la vitesse du son dans la cuve et ceci même si on diminuait la pression extérieure.
Mais même si on est en dessous de cette pression, la vitesse sera toujours supersonique par rapport à la vitesse du son à l'extérieur de la cuve... Il n'y a pas de saut brusque.
Elle est supersonique par rapport au milieu extérieur, mais ce n'est pas à cela que l'on fait référence quand on parle de supersonique.
Ce à quoi ils font référence ensuite, c'est à la tuyère de Laval qui a été présentée plus haut. Pour que la vitesse augmente, il faut une fois qu'on atteint cette vitesse critique qu'on ne sait pas dépasser, qu'on mette une tuyère évasive car juste au delà du nombre de Mach, on est dans des conditions pour que dv/v augmente avec dS/S (et plus l'inverse).
Dernière modification par Nekama ; 16/04/2020 à 18h38.
@ Nekama,
Salut,
Je n'ai pas parlé de la vitesse du gaz dans la cuve mais bien à la sortie du "trou" ... et cette vitesse peut-être supersonique.
Et donc quand tu écris "A priori, si on fait un trou dans un réservoir d'air comprimé, celui-ci ne pourra pas s'écouler au delà de la vitesse du son..." ... et bien je redis ... ben si (à l'extérieur de la cuve bien entendu).
Et je redis "Ce qui ne signifie pas que ce soit applicable dans le cas du problème posé."
.............................
Dernière modification par Nekama ; 22/04/2020 à 15h09.
Cette discussion revient sur de nombreux forum.
Certains veulent qu'il soit impossible de propulser un projectile à une vitesse supersonique.
D'autres constatent qu'on y arrive.
Mais personne ne semble envisager que la vitesse du son dans l'air puisse croître avec la pression.
Si la pression augmente: de 1 à 200 bars par exemple, la masse volumique passe de 1 g/l à 200 g/l. Que devient la vitesse du son dans ces conditions ?
J'ai trouvé des études sur la variation de température mais aucune sur l'évolution de la masse volumique (donc la pression) du gaz.
Çà pourrait peut être expliquer pourquoi certains réussissent à obtenir des vitesses de 600 m/s en poussant le projectile avec de l'air précomprimé à 300 bars dans un tube.
Quelqu'un connait il la vitesse du son dans l'air à 100, 200, 300 bars dans les conditions normales de température (disons à 20°C)?
