Vitesse - Energie Cinetique - Vi Vs Vp

[Jean-Paul BERRY]

... le seul indicateur pour savoir quelles forces inertielles vont travailler "ma structure et ses gouvernes", c'est la vitesse donnée par mon GPS, ce que certains (bonjour Denis) taxent de connerie, mais ne connaissant pas bien le vent, je ne peux pas déduire la Vp de la Vi...

Ce qui te trompe probablement dans ce domaine, c'est la formule F = mv²/r que tu cites dans un autre post pour la force centrifuge, qui fait apparaître une force proportionnelle au carré de la vitesse, on ne précise pas la vitesse dans quel référentiel.

 

Que ce soit pour la force centrifuge, pour l'énergie cinétique ou pour l'énergie potentielle le réfèrentiel est sur terre. Une rapide recherche documentaire te le confirmeras.

 

Mais pour l'aérodynamique c'est bien sur la vitesse relative du planeur et de l'air. A ce propos rappelons qu'il n'est pas utile de ballaster quand on entreprend un vol d'onde. La vitesse propre augmentant avec l'altitude, la polaire se décale comme si on ballastait. Ainsi si tu es chargé à sec avec 30kg/m² à 500m, à sec à 5000m on a une charge ailaire de 40kg/m² et aucun risque de geler! Par contre la même vitesse indiquée à 500m et 5000m devraît être adopté pour la transition optimale...

En cas de braquage de gouverne, sans chicaner sur les réfèrentiel de vitesse, cela devrait avoir des conséquences sur les accélérations génèrées. D'autre part on n'a pas parlé des indications du variométre.

La vitesse propre augmente par rapport à la Vi mais aussi la vitesse de chute...

[Invité Invité]

Et pour les sous-marins c'est les memes problemes ???

[Michel Klich]

Et pour les sous-marins c'est les memes problemes ???

[Invité Invité]

Pour s'en convaincre il suffit d'imaginer deux roues de vélo au lieu d'une fixées côte à côte sur le même axe qui tournent en sens inverse, à la même vitesse que celle de la première expérience. L'énergie stockée est double et l'effet gyroscopique disparaît.

 

L'effet gyroscopique global va disparaître , mais persistera sur chacune des roues, en sens contraire. Un couple de flexion va apparaître sur l'axe et les roulements . Le moindre jeu dans ceux-ci va sans doute faire apparaître une forme de flutter .

[Thierry]

Vous auriez de l'aspirine..... :rolleyes: :rolleyes:

[Jean-Paul BERRY]

Et pour les sous-marins c'est les memes problemes ???

 

La repère terrestre dans lequel est donnée la vitesse pour le calcul de l'énergie cinétique-principe fondamental de la dynamique (Lavoisier)- aurait pour origine le centre de la dite terre et serait orthonormé en 3 dimensions.

 

Mais me direz-vous en planeur à 5000m ou en sous-marin à -200m du niveau de la mer on n'est pas au centre de la terre. Si vous embarquez un GPS dans l'un ou l'autre de ces engins il vous indiquera une vitesse sol parceque le système GPS connait bien le rayon de la terre. Et de rappeler pour les vélivoles que le rayon de la terre retenu par la FAI est de 6371km, alors que vous soyez 5km au-dessus du sol ou 0,2km en dessous c'est comme si vous étiez au sol pour la mesure de la vitesse.

 

Immaginons maintenant qu' un planeur de 650kg evoluant à 200km/h percute la maison du garde forestier dans le Mont Blanc, l'énergie dissipée en déformations et bris divers serait de l'ordre de 1MegaJoule.

Immaginons qu'un sous-marin de 65 tonnes èvoluant à 20km/h percute le rocher qui porte le phare dans le port de Toulon, l'énergie dissipée serait de l'ordre de 1Mégajoule.

 

On pourrait créer des équipages de biplace avec les protagonisques historiques des lois qui nous gouverne quand nous volons (au plan de la méca du vol). Ainsi je verrai bien un équipage avec Prandt et Reynolds pour l'aérodynamique (portance et trainée), un équipage avec Newton et Lavoisier (gravitation et dynamique méca). Un équipage avec Madame et Monsieur, parcimonie et Bonescient serait envisageable pour la future sélection aux championnats du monde. Bonescient car il connait bien les théories aérodynamiques et Parcimonie car elle sait trés bien gérer l'énergie potentielle et l'énergie cinétique....

[Invité Invité]

Oui, mais si on fait du planeur ou du sous-marin au centre de la terre, ce sera en apesanteur.

[Robert Ehrlich]

Que ce soit pour la force centrifuge, pour l'énergie cinétique ou pour l'énergie potentielle le réfèrentiel est sur terre. Une rapide recherche documentaire te le confirmeras.

Non, le réferentiel est ce que tu veux, pourvu qu'il soit galiléen, ou que tu rajoutes des forces d'inertie s'il ne l'est pas. Le choix n'est qu'une question de commodité, il y a des réferentiels pour lesquels certaines situations sont plus simples à décrire et à calculer, mais les lois de la physique marchent dans tous. Certaines grandeurs changent quand on change de réferentiel (la vitesse, l'énergie cinétique par exemple) d'autres non (les forces par exemple tant qu'on reste dans un réferentiel galiléen, le temps tant qu'on n'atteint pas des vitesses relativistes). Maintenant libre à toi si tu es en virage à inclinaison et vitesse air constante dans du vent de prendre le réferentiel terre où tu décris une courbe cycloïdale à vitesse variable plutôt que le réferentiel air où tu décris un beau cercle(*) à vitesse constante, si on veut compliquer on peut toujours, on peut aussi prendre le point de vue de parachutiste en début de chute libre uniformément accélérée, pour lequel la pesanteur disparait, compensée par la force d'inertie, et le planeur décrit une magnifique spirale montante à pas variable, chacun s'amuse comme il peut.

Ce choix de la simplicité explique aussi pourquoi pour l'étude de l'écoulement de l'air on choisit le réferentiel avion ou planeur, parce que dans ce réferentiel l'écoulement est en général stationnaire (tant que la structure ne se déforme pas), i.e. à une endroit donné la vitesse de l'écoulement reste la même au cours du temps, ce qui n'est plus vrai dans les autres, c'est la vision avion en soufflerie.

 

(*) les pinailleurs me feront remarquer que pour un planeur c'est une spirale descendante et non un cercle, et je leur répondrai en pinaillant encore plus fort que pour le mathématicien cette courbe ne s'est jamais appelée spirale mais hélice.

[Michel Klich]

Les helices c'est pour les avions

Les spirales = planeur

 

 

:rolleyes:

Modifié le 13 décembre 2005 par Michel Klich

[Jean-Paul BERRY]

Que ce soit pour la force centrifuge, pour l'énergie cinétique ou pour l'énergie potentielle le réfèrentiel est sur terre. Une rapide recherche documentaire te le confirmeras.

Non, le réferentiel est ce que tu veux, pourvu qu'il soit galiléen, ou que tu rajoutes des forces d'inertie s'il ne l'est pas.

Oui je connais ça, on pourrait tout aussi bien prendre un point de réfèrence dans le système solaire (Copernic dont on n'a pas parlé). Ce qui m'a conduit à proposer le centre de la terre c'est la formule de la gravitation f=km1m2/d² en considèrant la distance d entre le centre les deux objets (terre planeur).

 

Oui, mais si on fait du planeur ou du sous-marin au centre de la terre, ce sera en apesanteur.

Non on y tournerait à une vitesse fantastique et on y serait écrasé par la gravitation. La température y est également trés grande, d'ou un rayonnement qui s'oppose à la gravitation et évite que notre objet s'effondre sur lui-même...Mais c'est une autre histoire de trolls.

[Invité Invité]

J'étais persuadé que le centre de la terre était au milieu de la Terre. Et qu'on y avait autant de terre au dessus qu'au dessous, à gauche ou à droite, et que donc la gravité, certes pas inexistante, s'annule en intensité et en direction.

[Etienne]

Et qu'on y avait autant de terre au dessus qu'au dessous, à gauche ou à droite, et que donc la gravité, certes pas inexistante, s'annule en intensité et en direction.

 

Oui, mais la matière qui est autour de toi n'a qu'une envie c'est de s'effondrer sur toi... et tu subbis l'attraction gravitationnelle de la masse qui t'entoure, donc en suppossant que tu t'es fait une capsule de survie qui résiste à la pression, température et autres joyeusetés de champs magnétiques violents, tu subirais l'accélération gravitationnelle mais vers l'extérieur de ton corps... "zarb" comme sensation

Je crois que l'on est au sens litéral du terme au fond du problème

Bons vols en respectant le manuel de vol établit par le constructeur, finalement y a que ça à retenir impérativement pour pouvoir voler

Etienne Boutreux

[Jean Féret]

Bon, c'est bien compliqué pour ma petite tête, je vais donc vous parler de mes bras.

 

Au montage d'un Ash, si je suis en bout d'aile (la grande) et que je dois lever à bout de bras, je dois fournir un effort important.

 

Une fois cet Ash monté, toujours au même bout d'aile, je constate que je peux entretenir une oscillation de l'aile, d'une amplitude aussi importante que mon "lever" statique, mais sans effort important.

 

Bien sûr il faut entretenir l'oscillation à la bonne fréquence, et en gardant la stimulation du mouvement de l'aile "en phase". Dès que cette condition est respectée, je peux obtenir une grande amplitude au prix d'un travail bien plus faible qu'au montage.

 

Vous me direz, avec raison, que j'ai donné de l'élan à l'aile et que cette aile a peu à peu accumulé de l'énergie pour augmenter l'amplitude de son oscillation.

 

Mais ce qui me turlupine, c'est le planeur est bien posé par terre, moi aussi, nous sommes dans le même réfrentiel, ca marche même quand il n'y a pas de vent.

 

Pourtant, il y a bien échange d'énergie entre l'énergie cinétique de l'aile, lancée dans un mouvement oscillant, et une énergie potentielle attachée à la réaction de l'aile vue comme un grand ressort à lame.

Alors à quoi servent ces fameux Vp et Vi tant discutés?

[Etienne]

La fréquence de résonance que tu obtiens en levant/baissant l'aile à une fréquence approprié est une fréquence propre!

fréquence propre: fréquence à laquelle un système tente à auto-entretenir la résonance: voir

http://www.google.fr/search?q=fr%C3%A9quen...=utf-8&oe=utf-8

exemple simple:

http://formulaire.pats.ch/~form/fr/dynamiq...00&m=100#calcul

 

A une vitesse d'écoullement donnée (Vp) de l'air tu obtiens la fréquence de résonance. Détail de calculs mis à part et en clair ça remplace ton doigt qui entretient l'oscilation. C'est plus clair?

 

Maintenant te casse pas trop la tête si tu comprend pas, si en vol ça se met à vibrer de partout tu réduis souplement ta vitesse et tu retournes te poser, puis demande au mécano d'inspecter la mécanique.

BV

Etienne

[NicolasM]

Alors à quoi servent ces fameux Vp et Vi tant discutés

 

> c'est à ces vitesses que les écoulements et la structure entrent en phase.

Moins vite : rien ne se passe.

En admettant que la fréquence de battement de l'aile de ton ASH soit 1 Hz (un aller retour = période, par seconde).

Si tu essaies de monter et descendre le saumon avec une période de 2 secondes, tu devras fournir beacoup plus d'efforts. En fait, quasiment autant qu'en statique.

 

Plus vite (si le planeur a survécu) rien ne se passe.

Si tu essaies de secouer le saumon de ton ASH (fréquence 4 hz par ex), tu n'y arrives pas , sauf si tu tombes sur la prochaine fréquence d'oscillation.

 

Exemple : une meule d'établi, pour affuter les forets.

Si elle n'est pas bien équilibrée, en principe ca se passe bien au démarrage et en utilisation, mais quand tu l'arrêtes, en ralentissant elle se met à vibrer en entrainant tout l'établi et tu n'as plus qu'à faire le ménage dans tes outils.

En service elle travaille au dessus de la fréquence de résonnance. Au démarrage ca n'a pas vibré car en accélérant la meule n'a pas eu le temps d'exciter tout le système, bien qu'elle soit passée par la fréquence de résonnance.

[footballprophet]

Alors à quoi servent ces fameux Vp et Vi tant discutés

 

> c'est à ces vitesses que les écoulements et la structure entrent en phase.

Moins vite : rien ne se passe.

En admettant que la fréquence de battement de l'aile de ton ASH soit 1 Hz (un aller retour = période, par seconde).

Si tu essaies de monter et descendre le saumon avec une période de 2 secondes, tu devras fournir beacoup plus d'efforts. En fait, quasiment autant qu'en statique.

 

Plus vite (si le planeur a survécu) rien ne se passe.

Si tu essaies de secouer le saumon de ton ASH (fréquence 4 hz par ex), tu n'y arrives pas , sauf si tu tombes sur la prochaine fréquence d'oscillation.

 

Exemple : une meule d'établi, pour affuter les forets.

Si elle n'est pas bien équilibrée, en principe ca se passe bien au démarrage et en utilisation, mais quand tu l'arrêtes, en ralentissant elle se met à vibrer en entrainant tout l'établi et tu n'as plus qu'à faire le ménage dans tes outils.

En service elle travaille au dessus de la fréquence de résonnance. Au démarrage ca n'a pas vibré car en accélérant la meule n'a pas eu le temps d'exciter tout le système, bien qu'elle soit passée par la fréquence de résonnance.

 

C'est ça, mais ça doit faire drôle dans un manuel :

 

"VNE 230 km/h, et à partir de 240 km/h, VNE 280 km/h" !

 

[Robert Ehrlich]

Et qu'on y avait autant de terre au dessus qu'au dessous, à gauche ou à droite, et que donc la gravité, certes pas inexistante, s'annule en intensité et en direction.

 

Oui, mais la matière qui est autour de toi n'a qu'une envie c'est de s'effondrer sur toi... et tu subbis l'attraction gravitationnelle de la masse qui t'entoure, donc en suppossant que tu t'es fait une capsule de survie qui résiste à la pression, température et autres joyeusetés de champs magnétiques violents, tu subirais l'accélération gravitationnelle mais vers l'extérieur de ton corps... "zarb" comme sensation

Je crois que l'on est au sens litéral du terme au fond du problème

Bons vols en respectant le manuel de vol établit par le constructeur, finalement y a que ça à retenir impérativement pour pouvoir voler

Etienne Boutreux

Si on a à l'intérieur d'une sphère une cavité sphérique de même centre, le champ gravitationnel dû à la sphère est nul en tout point de cette cavité, quelle que soit sa taille, même aux points éloignés du centre. Ceci dit c'est une vue purement théorique, pour les tailles pour lesquelles les forces de gravitation commencent à devenir sérieuses, aucun matériau ne tiendrait les contraintes, c'est aussi la raison pour laquelle on ne trouve d'astéroïdes non sphériques qu'en dessous d'une certaine taille, au dessus les contraintes sont telles que seule la forme sphérique peu subsister.

[Invité Invité_hérisson vélivole_*]

> c'est à ces vitesses que les écoulements et la structure entrent en phase.

Moins vite : rien ne se passe.

 

Si certains veulent essayer, ce phénomène de résonance est modélisable en voiture avec les bandes rugueuses parallèles censées annoncer un virage ou quelque chose comme ca...

On se place ici dans des conditions très précises d'espacement et d'épaisseur des bandes que je pourrai détailler mais la, ce n'est pas la question.

prisent à 50km.h.... tout le monde sait ce qu'il se passe...

prisent à environ 110 km.h (avec la distance entre les bandes qui va bien et les données recueillies sur l'étude théorique d'un amortisseur de 4L...): l'"action du dos d'ane" sur l'amortisseur va engendrer un mouvement de fréquence proche de la fréquence de résonnance et là, ca va faire très mal à la voiture..

alors que prisent au dessus de cette vitesse limite (qui elle même est déjà très au dela de la vitesse a laquelle nous sommes censés rouler à cet endroit de la route) tout se passera comme si on les avai prises à la vitesse prévue.

Vélivoles, à vos bolides...

[Invité p137]

apres tous ces explications il me reste une question !

 

peut on limiter ou arrete un debut de flutter sur un planeur au cours d'un vole?

[Etienne]

peut on limiter ou arrete un debut de flutter sur un planeur au cours d'un vole?

Salut

oui, tu réduis ta vitesse en faisant une rotation souple et lente (enfin pas de mouvement brusques quoi...) du manche. Si tu cabres trop fort et trop vite ton planeur tu peux le casser, car l'on suppose que tu es à haute vitesse.

Dès que tu repasse en dessous de la vitesse critique le flutter s'arrête.

BV

Etienne

[Jean Féret]

Bonjour,

 

La réponse au dessus suppose qu'on garde le controle du planeur.

 

C'est pas toujours le cas.

 

Si le "flutter" est provoqué par un battement des ailerons, il est disymétrique, le manche battera latéralement et sera arraché des mains du pilote.

Pour tenter quoique ce soit, il faudra le saisir alors qu'il battera violemment. Comment être "souple"?

 

Quant à la vitesse critique, elle peut-être très faible si les parties mobiles ne sont pas équilibrées. Par exemple si les gueuses d'équiibrage n'ont pas été remontées après une GV.

 

Si le flutter est provoqué par l'excitation d'un mode propre symétrique - les 2 ailes battent symétriquement -, le fuselage peut osciller de bas en haut s'il est dans un "ventre". Le pilote sera secoué et il sera très probablement perturbé.

Je n'ai jamais vu personnellement d'exemple de ce flutter. Mais j'imagine qu'il pourrait être provoqué par la combinaison d'une sollicitation telle qu'une rafale brutale et isolée ou d'une action brutale sur la profondeur d'une part, et une voilure qui serait suffisament souple en torsion avec un peu de jeu en tanguage.

Le non-équilibrage des volets, sur des planeurs dépourvus de mélangeur aileron-volet, excite des modes propres symétriques.

Les AF, dont le mouvement est symétrique, sont aussi susceptibles de stimuler un mode symétrique.

 

 

 

 

 

D'ailleurs, à propos de gueuses, Robert nous a expliqué que le poids n'a que peu d'importance dans le phénomène de l'oscillation ou de la résonnance de l'aile, il s'agit essentiellement d'un échange entre la flexion de l'aile et la résultante aérodynamique.

Je voudrais nuancer cet avis. Le poids des parties mobiles des ailes joue un rôle prédominant dans la stimulation d'un mode propre. C'est sous les actions antagonistes du poids et des forces aérodynamiques qu'un aileron, un volet ou un gouvernail pourra battre et stimuler un mode propre du planeur.

 

A quelle fréquence? A quelle vitesse? C'est impossible à prévoir avec une certitude absolue.

Alors on cherche à éliminer l'action du poids.

 

Plusieurs alternatives existent:

 

1 faire des gouvernes de masse nulle. On ne sait jamais, les progrès de la technologie de controle de la couche limite le permettra peut-être un jour.

 

2 Voler avec une assiette à 90°, ou une inclinaison à 90°, le bras de levier du poids autour de l'axe de rotation des gouvernes est nul, l'action du poids disparait même si la masse de la gouverne n'est pas nulle.

Mais c'est une méthode qui n'est pas soutenable très longtemps.

 

3 contruire des parties mobiles dont le bras de levier du poids est nul, ou très faible. D'où les gueuses d'équilibrage sur nos planeurs.

 

4 "Tenir" la partie mobile avec un vérin et une boucle d'asservissement dont le gain et l'amortissement seront adaptés au besoin de lutter contre le battement de la gouverne. C'est cette technique qui est utilisée sur les Mirage, où il est difficile d'imaginer pouvoir équilibrer l'élevon tant par la disproportion des bras de levier que par le très faible volume disponible dans l'aile devant l'élevon. A voir le matage des rotules et des chapes sur les commandes, les forces mises en jeu sont énormes et il n'y a que les "gros" avions qui peuvent le faire.

 

 

Pour résumer: on entretient et on utilise son planeur en suivant les directives du carnet d'entretien et du manuel de vol.

 

C'est ce que le livre bleu dit ou devrait dire.

[Bert]

Pour les différents situations de flutter, il y a trois scénarios :

- soit les modes propres d'oscillation sont amortis par l'air, et il n'y a pas du flutter

- soit l'amortisation d'un mode quelconque est proche de zero, alors il y un flutter stationnaire à certaines vitesse (le SB 8 avait p.e. un flutter stationaire assymmetrique à 90 km/h et à 120 km/h, et cela m'a été fort utile quand j'avais un problème de badin...). Dans ce cas, on change la vitesse et le flutter disparaît. Si on ne change pas la vitesse, on risque de devenir dinge et c'est tout

- soit l'amortissement est negatif, et la structure explose avant quôn a compris qque chose

 

Dans la practique (d'aujourd'hui), on fait un calcul de toutes les modes propres de la structure, et si il y a des doutes, on fait les essais de vibration en laboratoire. Puis on calcule l'amortissement en fonction d'écoulement et de la pression (cslcul numérique assez lourde) de toutes les modes propres. Si on trouve des amortissements négatifs pour certains modes propres dans la plage de vol envisagé, on change la structure (pour le SB 13, les calculs théoretiques on montré un couplage entre oscillation d'assiette et un mode propre de l'aile avec amortissement negatif, alors on a changé la rigidité des longerons par des fibres de carbone high modulus au lieu de high tensile).

Après tout ce bazar, on fait des essais en vol jusqu'à Vi=Vne envisagé + 10% pour *prouver* qu'il n'y a pas de flutter. Pour des raisons évidentes, ces essais sont faites à 3000m (qui en gros est la limite des vols VFR en Allemagne...). En conséquence, qqu'un qui affiche la Vne à 5000m fait ses propres essais (sans avoir fait toutes les investigations au préalable), et il risque fort de ne pas être très fièr après...

 

L'histoire d'avoir une couple des gouvernes zero (ou proche de zero) fait partie de l'amortissement du mode propre : avec un mode assymmetrique de l'aile, toute mouvement de l'aile en flexion vers le haut entraine un braquage des ailerons (surtout si il y a du jeux), et cela peut anéantir l'amortissement d'air à certaines vitesses (et comme Jean a decrit, les différents gouvernes sont sousceptible de coupler avec des différent modes). Mais peu import le mode propre - soit il est amorti = pas de flutter, soit il n'est pas amorti = flutter stationnaire, soit il a un amortissement négatif (donc amplification) = flutter catastrophique.

[Denis F]

peut on limiter ou arrete un debut de flutter sur un planeur au cours d'un vole?

oui, tu réduis ta vitesse en faisant une rotation souple et lente (enfin pas de mouvement brusques quoi...) du manche. Si tu cabres trop fort et trop vite ton planeur tu peux le casser, car l'on suppose que tu es à haute vitesse.

Dès que tu repasse en dessous de la vitesse critique le flutter s'arrête.

NON !

 

Tirer sur le manche quand les ailes sont déjà parties, ça risque de marcher moins bien

 

Il y a des flutters inoffensifs* parce que plus ou moins amortis (p. ex. ceux qu'on voit sur les videos habituelles) mais celui qui conditionne la VNE est a priori un flutter explosif. Comme son nom l'indique, tou va tellement vite qu'il est incontrôlable...

 

*par exemple, sur Pégase, il peut y avoir un flutter d'ailerons à 120 km/h pleins ballast (manche libre)

 

Dans la pratique (d'aujourd'hui), on fait un calcul de toutes les modes propres de la structure, et si il y a des doutes, on fait les essais de vibration en laboratoire. Puis on calcule l'amortissement en fonction d'écoulement et de la pression (calcul numérique assez lourde) de toutes les modes propres. Si on trouve des amortissements négatifs pour certains modes propres dans la plage de vol envisagé, on change la structure (pour le SB 13, les calculs théoriques on montré un couplage entre oscillation d'assiette et un mode propre de l'aile avec amortissement negatif, alors on a changé la rigidité des longerons par des fibres de carbone high modulus au lieu de high tensile).

Après tout ce bazar, on fait des essais en vol jusqu'à Vi=Vne envisagé + 10% pour *prouver* qu'il n'y a pas de flutter. Pour des raisons évidentes, ces essais sont faites à 3000m (qui en gros est la limite des vols VFR en Allemagne...).

Merci de cet avis éclairé... Aurais-tu par hasard des exemples de ces simulations numériques, qui montreraient l'influence (théorique) de l'altitude ?

[Etienne]

NON !

Tirer sur le manche quand les ailes sont déjà parties, ça risque de marcher moins bien

 

Salut

oui, ok on s'était mal compris si les ailes on explosées en moins de 3 secondes y a plus que le parachute

Juste un truc: je comprend aussi bien quand on m'explique que j'ai tord sans crier

BV

Etienne

[Bert]

Pour Denis - non, je n'ai pas d'examples, et je n'ai pas personellement entreprise de tels calculs (après tout, l'aéro-élastique n'est pas ma spécialisation...).