[TIPE] Hélicoptères en vol stationnaire

[invite0a963149]

Bonjour à tous,

Étant en fin de maths spé (PSI) et venant juste de commencer le cours de mécanique des fluides, je peux enfin commencer à traiter mon TIPE en profondeur.

Je vous explique mon problème :
Mon TIPE s'intitule "stabilisation d'un hélicoptère en vol stationnaire" et donc demande l'étude de deux phénomènes : portance et trainée.

Le côté portance ne pose pas de problème, et de plus ce n'est pas vraiment l'objet de l'étude.

Mais par contre, ce qui me pose vraiment beaucoup de problèmes, c'est le couple induit par le rotor et les pales qui tend a faire tourner l'appareil dans le sens inverse du sens de rotation des pales et qui est le plus souvent compensé par le rotor anticouple (au bout de la queue de l'hélicoptère).

Voilà maintenant que mon problème est posé (si je me suis mal expliqué, demandez le moi) il me reste a vous poser quelques questions pour pouvoir me débloquer :

1/ Je n'arrive pas à nommer ce phénomène, durant mes recherches, j'ai vu toutes sortes d'appellations, ce qui complique la recherche, j'ai vu "couple induit", "vitesse induite", "trainée" et tant d'autres, pour vous, laquelle de ces appellations serait la meilleure ?

2/ La cause de ce phénomène reste obscure, j'ai vu sur quelques sites et bouquins que ce qui provoquait ce couple induit était tout simplement le principe d'action réciproque (3° loi de Newton), mais j'ai quelques doutes sur la question. Pourriez-vous confirmer/infirmer cette hypothèse, et m'aiguiller dans la bonne direction ?


Merci d'avance !
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[f6bes]

Bjr à toi,
Ca s'appelle le principe de l'action /réaction tout simplement.
Le coup de fusil (action) fait reculer celui ci (réaction).
La lance à incendie (action) oblige le pompier à la maintenir fermement (réaction).
etc..etc..
A+

[invite0a963149]

Salut,

Ca s'appelle le principe de l'action /réaction tout simplement.
Le coup de fusil (action) fait reculer celui ci (réaction).
La lance à incendie (action) oblige le pompier à la maintenir fermement (réaction).
etc..etc..

Donc dois-je en déduire que lorsque mon hélico n'a pas de rotor anticouple, il va se mettre a tourner dans le sens inverse jusqu'à atteindre la même vitesse que la vitesse de rotation des pales ? (si on ne prend pas en compte la destruction de l'hélico et les frottement outre mesure)

Et lorsque le pompier doit forcer quand il utilise sa lance a eau, comment l'expliquer en terme de mécanique de fluide ?

En fait, quantitativement, j'arrive bien a comprendre comment les choses fonctionnent, mais si, le jour de l'oral, je leur explique comment ça fonctionne avec mes mains, je ne pense pas qu'il apprécient.

Une étude théorique est-elle possible pour mon niveau de maths spé ou non ?

[édit] par contre si c'est banalement la 3° loi de Newton, j'ai du mal à me représenter les choses

Enfin merci de ta réponse quand même je vais essayer de me renseigner là dessus

[f6bes]

Remoi,
Hum , moi et les maths , donc math spé ...je ne te dirais rien.
3éme loi de newton...je te dirais aussi ....??
( me faut consulter Google pour savoir de quoi ça cause !!)

Moi je regarderais le principe et les EXPLICATIONS de: l'action / réaction (Google)
Ensuite tu te fais une synthése sur tout ce que tu auras trouvé.

A+

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite0a963149]

Re,

Ben la troisième loi de Newton est le principe d'action/réaction, en outre, une application simple à la mécanique classique : deux corps s'attirent autant l'un que l'autre, autrement dit, ce n'est pas qui subit l'attraction terrestre mais la terre qui subit la dure et méchante attraction blablatesque =) (aussi inutiles avec les filles que scientifiquement parlant tout ça)

En fait, c'est le seul principe d'action/réaction que j'arrive a comprendre, pour reprendre ton excellent exemple du pompier, selon moi, le seul phénomène qui pourrait expliquer l'action de la lance sur le pompier est la pression de l'air sur l'eau qui se repercute sur la lance qui se repercute à son tour sur le grand et fort pompier qui lui amortit le tout. Quantitativement, je pense que c'est a peu près ça qui se passe, et si c'est le cas, la mécanique pourra surement expliquer cela de façon calculatoire (non pas que les calculs m'amusent, mais bon j'imagine que si on est capable d'ettayer son explication avec une bonne grosse formule, ça peut être que positif, si on sait de quoi on parle bien entendu)
Pour l'instant, ni internet, ni les bouquins ne m'ont aidés, mais je continues mes recherches

Merci !

[f6bes]

En fait, c'est le seul principe d'action/réaction que j'arrive a comprendre, pour reprendre ton excellent exemple du pompier, selon moi, le seul phénomène qui pourrait expliquer l'action de la lance sur le pompier est la pression de l'air sur l'eau qui se repercute sur la lance qui se repercute à son tour sur le grand et fort pompier qui lui amortit le tout. Quantitativement, je pense que c'est a peu près ça qui se passe, et si c'est le cas, la mécanique pourra surement expliquer cela de façon calculatoire (non pas que les calculs m'amusent, mais bon j'imagine que si on est capable d'ettayer son explication avec une bonne grosse formule, ça peut être que positif, si on sait de quoi on parle bien entendu)

Bsr à toi,
NON.... l'action /réaction n'est pas "... la pression de l'air sur l'eau qui se repercute sur la lance qui se repercute à son tour sur le grand et fort pompier qui lui amortit le tout..."
Tu mets ton pompier dans une enceinte VIDE d'air le résultat sera le meme.
De meme,l'avion à réaction ne "repousse" l'air derriére lui (tuyére) pour avancer.

D'ailleurs une fusée (qui fonctionne sur le principe de la réaction) n' a pas d'air sur quoi s'appuyer (et avancer) lorsqu'elle est dans le vide spatial !!!

A+

[invite0a963149]

ouais remarque en y repensant t'as raison, mais alors pourquoi ??
Question rétorique, je vais me renseigner sur google.
Merci beaucoup !

[invite0a963149]

Re bonjour tout le monde,
J'ai trouvé réponses a toutes mes questions de départ, grace a vous, donc merci !
Maintenant, me voilà entrain de rédiger ma partir expérimentale visant a mettre en évidence ce couple induit et plaçant l'hélico sur une table a coussin d'air (je ne vous donne pas le détail du détail) et j'aimerai trouver un logiciel pour faire des schémas expérimentaux comme celui que je projette de faire, une fois de plus la recherche sur google n'a pas été très concluante ...
Quelqu'un pour m'aider ?
Merci d'avance
Ciao

[inviteabd566ec]

Bonjour,

je suis un peu étonné que personne n'ait abordé le problème sous l'angle de la conservation du moment cinétique total de l'appareil. C'est plus propre que dire simplement "3e loi de Newton", et en plus on peut facilement faire des calculs ne serais-ce qu'en ordre de grandeur avec...

[invite0a963149]

Salut
Il y a conservation du moment cinétique ?
Rien n'a un moment dans toutes les forces qui s'appliquent ?

Sinon pour les schémas j'ai trouvé un logiciel de 3d génial est super maniable

Merci ! A+

[inviteabd566ec]

He bien regardons le moment des forces par rapport à l'axe vertical :
- Portance générée par le rotor : verticale => pas de moment parmis les forces qui s'appliquent sur ton hélicoptère
- Traînée des pales du rotor : génère certes un moment, mais surement pas suffisant pour contrebalancé le moment créé par la rotation forcée du rotor (à vérifier en ordre de grandeur !). Sans parler que pour contrôler l'appareil ça ne simplifie pas, la traînée dépendant de la vitesse de rotation des pales, donc du moment cinétique que l'on force => c'est sans fin.
- Poussée d'Archimède, traînée de l'appareil s'il avance => pas de moment.
- Seul le rotor de queue permet de créer une force horizontale avec un moment suffisant (surtout qu'il est déporté au bout d'une queue) pour stabiliser.

[invite0a963149]

Re !
Le truc c'est que justement, dans notre étude, nous supposons qu'il n'y a pas de rotor de queue pour tout contrebalancer le tout, nous avons donc, logiquement, l'ensemble de l'hélico qui se met a tourner, du fait du couple induit.
Enfin dans ton raisonnement, qu'est ce que tu isoles ?
Si tu isoles l'ensemble de l'hélico, pales compries, seul le moment induit s'applique non ? (en négligeant tous les trucs négligeables)
Par contre si tu isoles juste le corps de l'hélico, sans les pales, là je pense qu'il y a conservation du moment cinétique.

Est-ce que nous sommes sur la même longueur d'onde ou non ?

Merci de réfléchir avec moi.

A+ !

[inviteabd566ec]

Le truc c'est que justement, dans notre étude, nous supposons qu'il n'y a pas de rotor de queue pour tout contrebalancer le tout, nous avons donc, logiquement, l'ensemble de l'hélico qui se met a tourner, du fait du couple induit.

Tout à fait d'accord, c'est exactement ce que je dis, les pales tournent dans un sens et le corps dans l'autre par conservation du moment d'intertie.

En plus clair :
si on oublie toutes les forces de portance et traînée des pales, et le poids (pas de moment de force ou moment négligeable), ton système hélicoptère entier est isolé. Donc pour l'hélicoptère entier, le moment cinétique se conserve. À l'arrêt, il est nul, il doit le rester.
Mais ensuite, le moteur met en rotation les pales à grande vitesse, ce qui implique une augmentation du moment cinétique total de l'appareil, or pas de moment de force pour le contrebalancer. Donc le corps de l'appareil doit se mettre à tourner en sens inverse. Notons qu'il ne tournera pas à la même vitesse que les pales, car son moment d'inertie est beaucoup plus grand.

En résumé :

Si tu isoles l'ensemble de l'hélico, pales compries, seul le moment induit s'applique non ? (en négligeant tous les trucs négligeables)

=> On se fiche du moment induit, il est interne au système, donc ne peut pas modifier le moment cinétique total (comme les forces internes d'un système ne modifient pas les forces totales s'appliquant sur le système, en raison de la 3e loi de Newton ...)

Par contre si tu isoles juste le corps de l'hélico, sans les pales, là je pense qu'il y a conservation du moment cinétique.

=> Là justement le moment cinétique du corps de l'hélico n'est pas conservé, puisqu'il y a un moment extérieur qui s'applique (l'opposé du couple exercé par le moteur sur les pales ...)

[invite0a963149]

Ok je comprends mieux, merci pour tes éclaircissements !
J'ai du manque de pratique pour raisonner en terme de moments, moments cinétiques, couples etc ... Autant quand ça se translate je vois pas trop mal, mais quand ça tourne j'ai plus de mal.

Bref j'ai toute la matière a reflexion necessaire pour mon sujet d'étude, merci beaucoup !!!

[invite0a963149]

Re tout le monde :

Quelques semaines après j'ai fait des pas de géant, mais une question subsiste :

Quelqu'un sait-il comment mesure le moment d'inertie d'une hélice.

J'ai approximé grossierement mes hélices a un disque rotor que rayon la taille d'un hélice et de masse 2 fois la masse d'une hélice. Approximation valable selon vous ? par ce que personnellement j'en doute mais ça colle impec avec la théorie avec ces valeurs donc ...

Merci

[invite0a963149]

[Désolé pour les posts a la filée]

Re !
Petite question subsidiaire :
Mon experience a été faite avec des relevés stroboscopiques, et un traitement de film (fait avec un appareil photo -_-) a l'aide de LatisPro (pour ne pas le citer), donc un relevé bien approximatif.

Je dois trouver (en accord avec mon analyse théorique) une droite (linéaire), et en faisant une régression linéaire, je trouve un coefficient de corrélation de 0,843, pensez-vous, compte tenu des conditions d'expérimentations, que j'ai obtenu un résultat satisfaisant, où dois-je affiner mon experience, en revoyant peut être l'intégralité du dispositif employé.

merci !