char muni d'une hélice 2.8 fois plus vite que le vent

[invitef7884487]

Bon j'ai oublié la surface de l'hélice ! Mais la densité de l'air est à peu près unitaire dans le système MKSA alors le volume et la masse !
-----

[michel dhieux]

Non zozo les roues ne transmettent aucune puissance à l’hélice, c’est toujours l’hélice qui transmet aux roues. Le moteur là-dedans c’est le vent et rien d’autre. Et aussi longtemps que le vent existe le moteur existe, si le vent cale tout s’arrête.
Comment expliqué ça à des gosses : le vent fait tourné l’hélice, le vent de l’hélice fait avancer le char et le vent de l’hélice vient s’ajouter au vent atmosphérique. Donc on va plus vite que le vent.

bonsoir
que le vent soit là c'est un fait ,et qu'il transmette au roues via l'hélice aussi , par contre si le vent cale tout s'arrête , NON ,parce que il y a l'énergie cinétique de l'hélice et surement l'énergie cinétique d'avancement avec lesquelles le record a pu être homologué.
du moins il me semble
cordialement

[invitef7884487]

Je cherche une analogie avec l’avion qui va plus vite dans le sens du vent et moins vite contre le vent pour un observateur au sol. Ici c’est l’avion qui roule au sol et c’est pareil il ira moins vite face au vent (mais il ne reculera pas) et plus vite dans le sens du vent. C’est exactement le même phénomène pour ce char, mais je n’arrive pas à mettre des mots simple sur ce constat. Pour l’avion qui vole c’est simple il a un moteur qui lui donne une vitesse. Pour le char, le moteur c’est le vent mais après … on dit quoi ?

Faites chauffer les neurones !

[invitef7884487]

Non l'energie cinétique ne peux pas maintenir la vitesse encore moins accélérer le char !!!
Elle s'épuise avec la résistance à l'avancement qui existe dès que le char bouge !
Un rendement supérieur à 1 est IMPOSSIBLE à obtenir !

[michel dhieux]

C’est exactement le même phénomène pour ce char, mais je n’arrive pas à mettre des mots simple sur ce constat. Pour l’avion qui vole c’est simple il a un moteur qui lui donne une vitesse.

bonsoir
sans rancune aucune ,cela va de soit ,nous sommes suffisamment âgées etc. etc .
pourquoi la réserve d'énergie ,ou le stockage de cette énergie cinétique avec une restitution de quelques secondes (pour uniquement le record ) n'est pas possible, c'est du contre sens ,non
cordialement

[invitef7884487]

Non c’est une conséquence de la mécanique : L’énergie cinétique est acquise par la puissance motrice et elle est toujours inférieure à cette dernière puisqu’il y a des pertes de transmission, de frottements divers, de roulement plus des pertes aérodynamiques Elle ne pourra donc jamais être égale à l’énergie motrice.
Quand on perd l’énergie motrice, l’énergie cinétique existe et va entretenir le mouvement. Mais comme elle est plus petite que l’énergie motrice qui l’a crée et que la somme des résistances à l’avancement n’a pas changée, la vitesse ne peut que baisser. Le moteur (cinétique) étant toujours moins puissant et il est confronté aux mêmes pertes.
Donc tout ne peut que ralentir.
(S’ils n’ont pas triché bien sûr) Parce que si le vent tombe à 0 pendant que le char avance le rapport Vchar/Vvent tend vers l’infini ! Mais c’est pas 2,8 !

[verdifre]

bonsoir,

que le vent soit là c'est un fait ,et qu'il transmette au roues via l'hélice aussi

Non zozo les roues ne transmettent aucune puissance à l’hélice, c’est toujours l’hélice qui transmet aux roues.

bien que le raisonnement me pose intuitivement problème, il à quand même l'air de se tenir
on suppose que le char va déja à par exemple 1.5 fois la vitesse du vent (peu importe comment il est arrivé la) et ce à vitesse constante en ligne droite

on peut appliquer la 1ere loi de newton la somme des forces agissant sur le char est nulle .
On s'occupe des forces qui sont sur l'axe du deplacement (sur les autres axes, pas de soucis, la vitesse est nulle et tout se passe bien)

Newton nous dit la somme des forces est nulle ---> la force exercée par l'adhérence des roues est égale et opposée à la force de traction exercée par l'hélice.
(bien sur on neglige pas mal de trainées diverses, on pourra les prendre en compte plus tard)
On a donc F_roue = - F_helice
jusque la, on ne devrait pas avoir de désaccord profond

aprés, on se place dans le referentiel du char, le char étant à vitesse constante avec toutes les conditions qui vont bien, c'est un referentiel galiléen donc les calculs se passent bien.
on pose l'axe positif vers l'avant du char

on a posé que le char allait à 1.5 fois la vitesse du vent
cela implique Vsol/char = -1.5 V
Vair/char = -0.5 V
vu du char l'air comme le sol vont vers l'arriére mais pas à la même vitesse, c'est bien le même signe

si on suppose que l'helice tire le char l'helice exerce une force positive (vers l'avant) la puissance est donc F * -0.5 V
c'est une puissance que l'on doit fournir
la puissance due au contact avec le sol est de -F * -1.5V soit 1.5FV c'est une puissance recue (la puissance recue est même surabondante de FV ce qui permet de palier au diverses pertes et rendement
Si on admet ce raisonement, la puissance serait toujours surabondante de FV quelque soit la vitesse du char au dessus de la vitesse du vent
fred

[polo974]

Non zozo les roues ne transmettent aucune puissance à l’hélice, c’est toujours l’hélice qui transmet aux roues.
...

NON (ok, je sais, il ne faut pas crier, mais là, ça commence à durer...)
Le transfert d'énergie va des roues à l'hélice.
L'hélice est en permanence propulsive.
Il n'y a pas d'éolienne dans ce système, et cela à aucun moment...
(vu comment tout est relativement bien optimisé, on se demanderait bien pourquoi, ils mettraient une hélice taillée pour la propulsion pour s'en servir en réception ! ! !)


On reprend depuis le début:

• le vent souffle sur l'arrière du véhicule,
• par trainée, le véhicule se met à avancer (les premiers essais semblaient d'ailleurs poser problème pour la phase démarrage vu que c'est la voiture qui pousse au départ).
• les roues en tournant entrainent l'hélice propulsive.
• l'hélice propulsive soufflant vers l'arrière, le vent ne doit plus pousser le véhicule, il doit juste pousser ce flux d'air sortant à l'arrière du véhicule tel un vérin invisible...

[calculair]

bonjour

Ma dernière expression est une force T = 1/2 d Sp ( Vs² - Ve² )

Ok cela n'a rien de nouveau, mais j'aime bien reprendre les demonstrations pour tenter de maitriser au mieux les choses

Pour faire intervenir la masse d'air on peut dire que la masse d'air M aspirée par l"'helice est M = Sh d Vh
Ou Sh est la surface balayée par l'helice ( moins la surface des pales en toutes rigueur) , d la densite de l'air et Vh la vitesse de l'air au niveau de l'helice

La traction T de l'helice peut se calculer aussi par l'application du theorème de l'impulsion
T = Sh d Vh ( Vs - Ve )

alors en egalamt les 2 expressions de la traction

Sh d Vh ( Vs - Ve) = 1/2 Sp d ( Vs² - Ve² )

Sh d Vh = 1/2 Sp d ( Vs + Ve)

Vh = 1/2 Sp /Sh ( Vs - Ve ) equation (A)


La vitesse Vh est la vitesse moyenne de l'air au niveau de l'hélice.

Cette vitesse est Vp derriere la pale avec Vp = Pas * N ou N est la vitesse de rotation en tours par seconde
Vh est la vitesse de l'air entre les pales
Sh - Sp est la surface du plan de rotation de l'helice non occupée par les pales ou la vitesse cette surface est environ Sh

on a Vp Sp = Vh Sh

Cela n'est pas rigoureusement juste, mais compte tenu de toutes mes simplification, je considère cela acceptable

Pas N Sp = Vh Sh

En portant cela dans l'equation (A) Vh = 1/2 Sp /Sh ( Vs - Ve )

Pas N Sp /Sh = 1/2 Sp /Sh ( Vs - Ve )

ou (Vs - Ve) = 2 Pas N

Et la traction donnée par T = Sh d Vh ( Vs - Ve )

s'ecrit T = Sh d Pas N Sp /Sh x 2 Pas N

T = 2 d Pas² N² /Sp sauf erreur de ma part

[calculair]

Bonjour

Pour repondre à Polo974

Je suis trés gené aussi dans mes equations

Si le vent est nul, le char ne marche pas. C'est certain.

Si le vent existe, alors ( peut être ça marche) c'est la vent qui apporte l'energie

C'est pour cela que j'ai consideré que l'helice est une eolienne, mais cela ne plait pas......forcement

Ce qui est compliqué c'est le couplage des roues et de l'helice qui capte une part de l'énergie du vent.

J'espère que mes equations un peu laborieuses nous aidera à comprendre et valider le fait que cela marche.....

[michel dhieux]

NON (ok, je sais, il ne faut pas crier, mais là, ça commence à durer...)

On reprend depuis le début:

• le vent souffle sur l'arrière du véhicule,
• par trainée, le véhicule se met à avancer (les premiers essais semblaient d'ailleurs poser problème pour la phase démarrage vu que c'est la voiture qui pousse au départ).
• les roues en tournant entrainent l'hélice propulsive.
• l'hélice propulsive soufflant vers l'arrière, le vent ne doit plus pousser le véhicule, il doit juste pousser ce flux d'air sortant à l'arrière du véhicule tel un vérin invisible...

bonsoir
tout a fait exact , c'est comme cela que je le vois ,j'ajouterais simplement ,que s' ils montent un limiteur de couple entre les roues et l'hélice d'environ 65 daN (au minimum ) ce n'est pas pour faire bien ,mais c'est surement pour éviter que les forces importantes lancées a grand régime , et avec un arrêt brutal et immédiat , ne détruise l'ensemble, il devient un (gros ) fusible .
il y a bien là , une force directe qui ne peut s'arrêter comme cela en quelques secondes..
cordialement

[verdifre]

Bonsoir,
apparement tu redeveloppes la theorie de Froude sur les hélices
http://www.heliciel.com/helice/calcu...propulsion.htm
par contre la prise en compte de la geometrie de l'hélice me semble plus scabreuse l'utilisation des theories de l'élément de pale me semblerait plus indiquée
Je pense cependant que dans un premier temps la theorie de Froude seule est suffisante et assez précise.
Fred

[polo974]

A verdifre: je pense que tu réponds aux calculs de calculair...
A michel dhieux: 65 daN, c'est une force, pas un couple (il manque une distance (perpendiculaire à la force, sinon on à un travail))

A calculair enfin: le transfert d'énergie du vent vers le véhicule se fait toujours en régime de trainée (comme en voile en vent arrière) donc avec un rendement assez faible.

[michel dhieux]

C'est pour cela que j'ai consideré que l'helice est une eolienne, mais cela ne plait pas......forcement

Ce qui est compliqué c'est le couplage des roues et de l'helice qui capte une part de l'énergie du vent.
.

bonsoir
je comprend que c'est compliqué de comprendre qu' une hélice soit propulsive et que malgré tout , elle entraine des roues ,roues qui n'ont qu'une chose a faire , empêcher l'hélice de devenir réceptrice (comme une éolienne ) , et avec plus de 100 kw transmis qui ne s'arrête pas facilement (chiffre à vu de nez ,mais je doit pas être loin , même en dessous ) , il m'est très difficile de ne pas penser aux formidables énergies cinétiques présentes , j'ai fortement l'impression que dans vos calculs vous les oublié , alors que se sont les plus importantes .
cordialement

[michel dhieux]

A michel dhieux: 65 daN, c'est une force, pas un couple

c'est ce que j'ai dis ,message 101 , et l'appareil entre roues et hélice est un limiteur de couple .

[calculair]

Bonsoir,
apparement tu redeveloppes la theorie de Froude sur les hélices
http://www.heliciel.com/helice/calcu...propulsion.htm
par contre la prise en compte de la geometrie de l'hélice me semble plus scabreuse l'utilisation des theories de l'élément de pale me semblerait plus indiquée
Je pense cependant que dans un premier temps la theorie de Froude seule est suffisante et assez précise.
Fred

J'ai essayé d'introduire quelques paramètres de geometrie de l'helice qui n'apparaissent pas dans la theorie de Froudre


Pense tu que cette approche est plus fausse que la thorie de Froudre standard ?

[invitef7884487]

Juste avant d’aller dormir. @verdifre
Si le char va à 1,5 x Vvent le sol ne peut pas défiler sous le char à 1,5 x Vvent ! puisque le vent défile lui aussi à Vvent par rapport au sol !
La vitesse du sol par rapport au char c’est -2 x Vvent Avec le sens choisis.
Et la vitesse de l’air par rapport au char c’est ton postulat de départ c’est 1,5 x Vvent ! C’est la vitesse du vent v dans ton exposé ? J’ai pas tout compris là !

Mais tu ne peux pas faire de raisonnement puissance avec ça tu ne connais pas la puissance absorbée par le char
Mais heureusement que la puissance disponible est surabondante autrement il ne pourrait jamais avancer ce char ! La seul limite ce sont les pertes qui augmentent comme (kV +k’V^2) elles vont forcément rattraper la puissance motrice qui augment comme K’’V.

[verdifre]

Bonjour,
avec ce char "parfait" connaitre la force necessaire pour le faire avancer est inutile car on sait que le char est à l'equilibre selon Newton
si on pose x le coefficient de "survitesse" le char va a x fois la vitesse du vent
on peut deduire des equation precedente que le rapport entre la puissance disponible aux roues et la puissance necessaire à l'hélice est 1-1/x ainsi si on veut aller 5 fois plus vite que le vent il faut un rendement minimum de la chaine de transmition d'energie de 0.8 (1-1/5) helice comprise.

La valeur des forces va quand même avoir son importance, la theorie de froude va permettre de lier le rendement de l'hélice à la poussée exercée pour un diametre donné
aller à 2.8 fois la vitesse du vent suppose un rendement global de 64% si la mecanique à un rendement de 0.9 l'helice à un rendement de 0.71 ce qui est tout à fait possible.
fred

[invitef7884487]

Je poursuis pour trouver l’équation du char f(V0)
V0 étant la vitesse sol du char.
Ph = Sh x ( 0,85 x p x Kr.V0 –{(Vv - V0))^2}
Kr = rapport de réduction entre l’hélice et les roues en t/s au sol.
Et avec le coef de 0,85 je me fais une constante A = 0,85 x Kr
J’ai donc une fonction secondaire (p) qui varie avec le pas de l’hélice
Les variables sont V0 la vitesse sol et p le pas de l’hélice. Si on suppose la vitesse de vent constante et égale à B dans un intervalle suffisant pour atteindre V0.

L’équation devient Ph = Sh.{(A.p.V0)^2} + {(B-V0)^2} – 2 x A.p.V0 x (B-V0)
Il en reste encore un bout : Ph = Sh.{(A.p.V0)^2} + {B^2} + {(V0)^2} – 2.B.V0 – 2.A.p.V0.B + 2.A.p.{V0^2}
On regroupe tout ça pour faire plus joli : Ph = Sh.({V0^2}.( 3.A.p + 1) – V0.(2.B + 2.A.p.B) +{B^2})
On multiplie tout ça par le rendement de l’hélice Rp qui est lui aussi fonction de la vitesse sol et de B-V0 mais cette fois c’est = 2 / (1+(B-2.V0))
Ca donne l’égalité suivante : Puissance potentielle du vent = Puissance de l’hélice x Rendement de l’hélice
0,5.Sh.{B^3} = Sh [2 / (1+(B-2.V0))] x [{V0^2}.( 3.A.p + 1) – V0(2.B + 2.A.p.B) +{B^2}]
Il y a déjà quelque chose de rassurant là-dedans c’est que la surface de l’hélice n’intervient pas dans la formule, ça signifie que je peux faire un engin de n’importe quelle taille, il fonctionnera toujours. (Ca me semble être un minimum)
Autre point qui me parait convenable en cherchant V0 à pas constant = f(B) on a une fonction du 3e degré ce qui implique que j’aurai un minimum de vent pour démarrer et un maximum de vent pour rouler (je ne peux pas donner un pas infini à mon hélice) donc son domaine de validité est réaliste.
J’ai toutes les chances de trouver une (au moins) valeur de V0 =x qui satisfasse l’égalité : f(x) = (k’.x + k’’.{x^2}) avec le Kr qui va bien (k’ étant la somme de frottements et k’’ la somme des pertes aérodynamiques)
Quand à savoir si V0 > B pour cette solution… je vous laisse le soin de finir le calcul ! Ce sera une fonction linéaire du pas d’hélice puisqu’il apparaît au 1er degré dans l’équation.
A première vue tout ça me satisfait pleinement, si vous trouvez une autre voie pour arriver au même résultat ce sera intéressant.
Il n’y à là-dedans aucune quantité de mouvement à prendre en compte, les inerties diverses (hélice et char) n’interviennent pas (sauf si l’on voulait connaître l’accélération des mobiles) ce qui est pleinement conforme à la physique puisque nous sommes en régime établi.
Tout ceci bien évidemment supose que l’hélice soit une hélice c’est à dire qu’elle travaille toujours en régime laminaire, ce qui implique un pas minimum (p=0 en bout de pale) qui ne sera pas nul sur la moyenne du cercle balayé et un pas maximum (p< infini en pied de pale) qui sera fini sur la moyenne du cercle balayé. C’est l’intervalle de validité de l’équation en f(p).

Bin Ya plus qu’à … en faire un ! C’est tout pour cette fois.

[calculair]

bonjour

J'au une difficulté pour prendre en compte les vitesses relatives du vent dans dans l'approche de Froude

Ve vitesse de l'air en entrée de l'helice quand le vent souffle par l'arrière à la vitesse V et que le char roule à la vitesse Vr

Ve = Vr -V d'apres ma vision

Par contre j'ai peur de me tromper pour la vitesse de sortie de l'air

Vs = ? Peux t-on m'aider ? merci

[invitef7884487]

Tient ça n'a pas marché mes { } !

[Zozo_MP]

Bonjour Polo974

donc tu est d'accord avec ma précedente explication logico-déductive et donc non mathémathique du système.
J'espère que ma déduction n'est pas du vent.

Ce sont les roues qui transmettent le mouvement à l'hélice et le flux de poussée de l'hélice vers l'arrière, s'appuie sur le vent, ce qui permet une addition des deux flux (des deux poussées) et donc d'aller plus vite que le vent.

Je ne suis pas du tout d'accord avec ce que dit Fantome13 que je salue, mais l'important c'est d'y voir clair les uns et les autres.

Cordialement.

.

[calculair]

bonjour Zozo _MP

tes explications paraissent convaincantes, mais je suis mefiant.

Elles peuvent aider à comprendre.

[michel dhieux]

Ce sont les roues qui transmettent le mouvement à l'hélice et le flux de poussée de l'hélice vers l'arrière, s'appuie sur le vent, ce qui permet une addition des deux flux (des deux poussées) et donc d'aller plus vite que le vent
.

bonjour
j'aurais dit le contraire , c'est l'hélice qui transmet le mouvement aux roues et se sont les roues qui oblige l'hélice a tourner dans le sens propulsif . mais je crois que je chipote un peu
pour le reste c'est OK
cordialement

[verdifre]

bonjour,

J'ai essayé d'introduire quelques paramètres de geometrie de l'helice qui n'apparaissent pas dans la theorie de Froudre


Pense tu que cette approche est plus fausse que la thorie de Froudre standard ?

la theorie de froude est finalement de la même famille que celle de betz, elle ne rentre pas dans le detail du fonctionnement de l'hélice, elle se contente de considerer le disque couvert par l'hélice et suppose qu'il y a a ce niveau une discontinuité de la pression
cette d'ailleurs cette pression ou plutot cette diférence de pression qui conbinée à la vitesse permet de remonter à la puissance
faire le mélange d'une theorie globale on l'helice est suposée être un disque et d'une theorie plus fine ou on s'occupe de la pale de l'hélice est possible (certains l'ont fait) mais reste à mon avis delicat et suppose surement un paquet de conditions de validité
fred

[verdifre]

bonjour,

bonjour

J'au une difficulté pour prendre en compte les vitesses relatives du vent dans dans l'approche de Froude

Ve vitesse de l'air en entrée de l'helice quand le vent souffle par l'arrière à la vitesse V et que le char roule à la vitesse Vr

Ve = Vr -V d'apres ma vision

Par contre j'ai peur de me tromper pour la vitesse de sortie de l'air

Vs = ? Peux t-on m'aider ? merci

je pense que le plus simple est déja dans un premier temps de separer nettement les cas vitesse superieure au vent arriere et vitesse inferieure au vent arriere
et le seul cas qui est interessant dans un premier temps est vitesse superieure au vent, au vent arriere.
On pose V = vitesse vent/sol
on pose que la char va par rapport au sol à x fois la vitesse du vent /sol
----> vitesse du vent par rapport au char = vitesse du vent par rapport au sol + vitesse du sol /char
vitesse sol/char = - vitesse char/sol= xV
vitesse vent/char = V-xV = V(1-x)
fred

[calculair]

Bonjour verdifre


je vais reprendre le calcul et en adoptant l'approximation de Froudre dans un1° temps.

Par ailleurs je ne comprend pas bien pourquoi ne pas aborder l'helice montée sur le vehicule comme une eolienne qui capte l'energie du vent. et fabrique de l'electicité

Cette energie est transmise au sol par l'intermediaire d'un moteur electrique ( fictif).

Du point de vue de la conservation de l'energie et du couplage avec le sol s'est quasi ment identique aux modèles presentés sur les video

[invitef7884487]

Réponse à calculair pour Vs :
La vitesse de sortie d’une hélice c’est le pas x les tours par seconde.
C’est incontournable en mode incompressible.

Pour ta dernière question : Ca ne peux pas être assimilé à une héolienne parce qu’elle se déplace dans le lit du vent relatif.
Si tu veux utiliser cette méthode, tu dois rendre le vent variable avec la charge et prendre en compte que l’énergie produite et en partie restituée à l’hélice. Ca peut se faire avec des équations différentielles mais tu dois virer le coef de Betz (ou en calculer un autre)

Pour les idées de verdifre, à mon sens ça ne mène à rien, parce qu’il ne connaît pas la vitesse du char pour laquelle le vent s’annule, dès l’instant ou il roule le vent relatif devient inférieur au vent réel et pour quantifier le vent relatif vous êtes bien obligé, tous, de prendre en compte le pas de l’hélice et sa vitesse de rotation.

Qu’est-ce qui ne vous plait pas dans mon modèle ?

[calculair]

En complement à mon drnier message

L'helice sur le char capte bien l'energie du vent, c'est du vent que provient l'energie pour faire avancer le char.

Ce qui est délicat c'est que le sol semble egalement participer a injecter aussi une partie de l'energie dans l'helice pour assurer la traction du char.

Si le vent est bien la source motrice première, l'energie injectée dans l'hélice semble être un subtil melange entre une energie provenant des roues et une autre provenant du vent.....

[calculair]

Bonjour fantome13

Ton modèle est proche du mien, mais tu utilises des fomules dont je maitrise mal l'origine.

En tous les cas c'est une approche interessante et qui permettra de consolider les raisonnements intuitifs pour bien prendre en compte la réalite physique du fonctionnement du char.

La reponse mathematique seule n'est pas suffisante
La reponse intuitive seule ne permet pas non plus une bonne optimisation et comprhension fine