Archives de catégorie : L’enseignement technologique transversal

La mécanique du vol: les différents moteurs

Publié le par

I/ Le turbomoteur

Sur un turbomoteur l’énergie produite par la combustion est récupérée par les turbines car une poussée en sortie serait néfaste au maintien du vol stationnaire. L’évacuation des gazs ce fait donc de deux échappements de directions opposées, afin d’annuler leurs effets sur le vol.

L’énergie récupérée par les turbines sert à entraîner le compresseur et par un réducteur, le rotor. Ce dernier est équivalent à une hélice dont le plan de rotation serait horizontal. Ces moteurs sont donc ceux des hélicoptères.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3f/Turboshaft_operation-fr.svg

II/Le turbopropulseurLe turbopropulseur est un réacteur dont la turbine entraîne une hélice. Il fonctionne de la même manière que le turbomoteur mais n’as qu’une sortie d’échappement et entraîne une hélice verticale. C’est un donc un moteur pour avions.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e1/Turboprop_operation-fr.svg

III/Le turboréacteurLe turboréacteur est un moteur utilisé pour les avions. La pousée qu’il produit résulte de l’accélération de l’air entre l’entrée et la sortie , par la combustion d’un carburant (le kérosène). Une partie de l’énergie produite est récupérée par une turbine a la sortie de la tuyère qui sert à faire tourner le compresseur en entrée. Ici le rôle de l’hélice est jouer par la soufflante.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c6/Turbofan_operation-fr.svg

La mécanique du vol : Les forces

Publié le par

 

Toutes les forces s’appliquent au centre de gravité de l’avion or en vol rectiligne uniforme sa trajectoire est une droite et sa vitesse est constante, donc la somme des forces s’appliquant au point G est nécessairement nulle : ΣF=O.

Phénomènes physiques qui exercent une influence sur le déplacement de l’avion en vol.

La portance

C’est une force, aussi appelée sustentation, dirigée du bas vers le haut. Elle est opposée au poids de l’avion et doit lui être au moins égale pour que l’avion s’élève. Elle résulte de la pénétration dans l’air de l’aile.

Une aile d’avion est telle que l’air doit parcourir une distance supérieure sur le dessus de l’aile (Dépression).

L’écoulement de l’air sur la partie supérieure de l’aile (Extrados) est plus rapide que celui de la partie inférieure (Intrados). Cela est dû au profil de l’aile, bombé sur le dessus. Il en résulte une pression plus faible sur l’extrados et donc une aspiration vers le haut. La sustentation est générée principalement par l’extrados.

L’angle que forme l’aile avec la couche d’air qu’elle traverse (appelé angle d’incidence) agit sur la portance de l’aile. Plus celui ci augmente, plus la portance augmente. Mais cela jusqu’à un certain point. Au delà, l’aile décroche brutalement et perd sa portance.

La traînée

C’est la force opposée au déplacement de l’avion et qui résulte de sa résistance à l’air . C’est la résistance à l’avancement, on cherche donc à la réduire au maximum.

La traînée est la résistance de l’air sur l’aile.

 Le corps fuselé est le mieux adapté pour diminuer la résistance à l’air. En effet, la zone de dépression est comblée, les tourbillons sont nuls, et les filets d’air se rejoignent. Le coefficient de de résistance est très faible.

 

Le Poids.

Cette force est celle contre laquelle lutte la portance pour maintenir l’avion en l’air.

C’est une force qui agit sur la masse totale de l’avion. Elle s’applique en un point: le centre de gravité. Elle est dirigée vers le centre de la Terre et s’exprime en Newton.

C’est contre cette force que l’avion doit lutter pour s’élever dans les airs. Pour que l’altitude soit constante, il faut que la valeur de la portance soit égale à celle du poids. Le poids joue aussi un rôle dans le choix des matériaux et dans la structure de l’avion car la voilure et le fuselage subissent des efforts importants.

Traction.

Elle provient des moteurs par l’intermédiaire de l’hélice. Si l’avion a des réacteurs, c’est la poussée de ceux ci qui équilibre la traînée. Une hélice imprime à une masse d’air une accélération vers l’arrière et elle reçoit à son tour une force dirigée vers l’avant: c’est la traction et l’avion est propulsé vers l’avant. Lors du décollage, l’aile rencontre l’air chassé par l’hélice, et il commence à y avoir une portance.

 

Mécanique du vol: Avions – Hélicoptères

Publié le par

L’homme sait marcher, l’homme sait nager, mais l’homme ne sait pas voler. Pour y parvenir, il a imaginé diverse machines volantes. Nous allons étudier l’hélicoptère et l’avion.

Comment vol l’avions et l’hélicoptère, et quel sont les solutions technologiques apporté pour y contribuer ?

Nous allons nous intéresser, dans cet article, à la mécanique du vol.

 

L’avions.

Pour voler, l’avion utilise sa voilure (ailes). Celle-ci sont bondé sur le dessus et non symétrique. Le principe consiste à accélérer l’air au dessus de l’aile, à crée une dépression sur le dessus, et une surpression sur le dessous, et donc de la portance.

Schéma explicatif sur l’origine de la portance d’une aile d’avion. (http://0320408577.free.fr/schema%20portance.bmp)

 

L’avions, pour créer cette portance, doit également avoir un vent relatif, qu’il se créer grâce à ses moteurs, allant du moteur à piston à hélice pour les avions Touriste, jusqu’au Turboréacteur des avions de chasse ou de ligne.

L’angle d’incidence, joue également un rôle dans la portance de l’avion. Attention, si cette angle d’incidence est trop grand, l’avion risque de décrocher et donc de chuter.

Schéma coupe d’une aile avec en représentation les forces exercé sur l’aile avec l’angle d’incidence. (http://idata.over-blog.com)

 

Pour se diriger, l’avion pivote autour de 3 axes de translation et 3 axes de rotation, grâce à des gouvernes et ailerons, les volets, servant en fasse d’atterrissages.

3 Rotation possible:

  •  Axe de Lacet : Gouverne de direction
  •  Axe de Tangage : Gouverne de profondeur
  •  Axe de Roulis : Ailerons latéraux

Schéma de représentation des axes de rotation d’un avion type Cessna (http://www.lavionnaire.fr)

 

En vol, plusieurs forces s’exercent sur l’avion : Le poids, la portance, la trainer, la traction.

  • Le poids : Il est dû à l’attraction terrestre. Cette force est dirigée vers le bas, toujours vers le centre de la terre, ce qui aura des impacts non négligeables lors de phase de décollage et d’atterrissage.

 

  • La portance : Elle est due à la dépression et la surpression sur les voilures de l’avion. Cette force s’oppose au poids.

 

  • La trainer : Elle est provoquée par la résistance aérodynamique d’un fluide sur un objet en mouvement. On la rencontre aussi bien sur une automobile qu’un avion. Elle a un impact lors des déplacements de l’avion.

 

  • La traction : est créé grâce aux moteurs de l’avion, qui généré un vent relatif, qui maintient grâce à la portance, l’avion en l’air. Cette force s’oppose à la trainer.

Schéma résumant toute les forces exercé sur un avion. (http://jonathan.daubin.info)

Type de moyen de propulsion d’un avion

Les avions peuvent être équipés de différent type de moteurs. Prenons deux exemple parmi les plus courants:

Moteur à pistons : fonctionne sur le même principe qu’un moteur à combustion de voiture. Le mélange air comprimé et carburant est enflammé et avec la détente des gaz, repousse le piston, qui entraine un axe, qui entraine une hélice, qui tracte ou propulse l’avion.

 

 

Turboréacteur : fonctionne sur le principe action-réaction. L’air est aspiré par une soufflante qui joue le rôle d’une hélice. L’air, comprimé arrive en chambre de combustion, puis mélangé à du carburant (kérosène), puis éjecté à très grande vitesse, ce qui propulse l’avions. Les avions de lignes, sont équipés de turboréacteur à double-flux, ce qui permet de minimiser le bruit.

Schéma Turboréacteur. (http://img175.imageshack.us)

 

L’hélicoptère

A la différence d’un avion, l’hélicoptère utilise une voilure rotatif, pour se crée une portance, ou un vent relatif. Le rotor en mouvement, constitué de pales, assure son déplacement et son maintien en l’air.

 

Les pales de l’hélicoptère, sont bombées symétriquement. Pour décollé, le pilote actionne le pas général pour orienter les pales, produire une portance qui soulève l’hélicoptère. Grâce à un système, l’articulation de battement, le pilote oriente les pales pour aller dans la direction souhaité.

Schéma force exercé sur un hélicoptère. (http://tpeaero.free.fr)

Mais le mouvement du rotor, engendre un nouveau problème. Le cockpit tourne lui aussi, mais dans le sens inverse du rotor.

C’est pour cela que les ingénieurs ont conçu le rotor de queue, afin d’annulé cette force responsable de la rotation du rotor et par conséquent, facilité la manœuvrabilité de l’hélicoptère.

Schéma représentant la force qu’exerce le rotor sur l’hélicoptère. (http://jeanpierre.rousset.free.fr)

La mécanique du vol

Publié le par

Dans toutes les machines il y a des Forces qui s’exercent. Nous avons étudiez 2 cas différents, le cas d’un avion et celui d’un hélicoptère. Dans les 2 cas le vent relatif est utilisé.

 

L’avion:

Dans l’avion il y a différentes Forces, celles qui s’opposent au déplacement et celles qui aident au déplacement de l’avion. Ces Forces s’exercent sur les ailes de l’avion. Une de ces forces est le résultat de 2 forces, la force résultante, qui dépend de la Force de portance et la force de trainée que je vais expliquer ci-dessous.

Les Forces qui aident au déplacement de l’avion:

Dans toutes machines il y a une Force motrice  qui est une Force créé par un moteur, cette Force est plus connu en aviation sous le nom de poussée. Elle permet de créer au moment du décollage une Force de portance  à l’aide de volet qui s’incline pour décoller. Cette portance est perpendiculaire au vent relatif. La poussée permet de faire avancer l’avion et la portance permet de faire voler l’avion sans qu’il ne chute.

Les Forces qui s’opposent au déplacement de l’avion:

Dans les Forces qui s’opposent il y a bien sur le Poids de l’avion (Poids= masse*gravité) comme vous pouvez le voir dans le poids il y a de facteur, la masse de l’appareil mais aussi la gravité c’est pour cela que le poids s’oppose en attirent l’avion vers le sol. Ensuite il y a une Force lié à l’aérodynamisme ce n’est autre que la Force de trainée.

Force exercé sur les ailes                                                    source: upload.wikimedia.org

L’hélicoptère:

Les forces exercé sur un hélicoptère sont divisé en 2 comme pour l’avion. Un hélicoptère contrairement à un avion n’a pas d’aile ni de gouvernes.

Les Forces qui aident au déplacement:

Il y a comme dans un avion la Force de portance qui fait décoller l’hélicoptère. Il y a une force de portance sur chaque pâle. Si un hélicoptère n’a pas de force de trainé alors l’ensemble des forces de portance est appelé force résultante. Pour se déplacer il y a accélération qui se rajoute.

Les Forces qui s’opposent au déplacement:

Le poids comme dans toutes objets s’opposent au déplacement et est opposé à la force de portance. Lors d’un déplacement la force de trainé intervient.

Vol stationnaire                                                                         source:upload.wikimedia.org

Hélicoptère qui avance                                                                                 source:upload.wikimedia.org

La mécanique du vol

Publié le par

 Sur l’aile d’un avion, s’exerce plusieurs forces tel que la force de traînée (parallèle à la vitesse de l’air), la force de portance (perpendiculaire à l’air) et une force résultante qui est la somme vectorielles de ces deux forces.

 

La portance

La force de portance, aussi appelée sustentation qui à pour centre un point de l’aile. Cette force, s’oppose au poids de l’avion.

La portance

La portance

Profil de l’aile

L’air à une vitesse plus importante sur la surface supérieure de l’aile qu’à la surface inférieure car l’air doit parcourir une distance plus grande en mettant autant de temps que l’air qui passe sous la partie inférieure de l’aile. Le profil de l’aile joue beaucoup sur la portance (force de portance verticale).

 

La vitesse par rapport au profil de l’aile

La portance d’un avion dépend de sa vitesse. Par exemple il faut une portance suffisamment élever pour pouvoir décoller, il faut donc que l’avion ait une vitesse de sustentation (=portance) minimale.

 

Angle d’incidence

Plus l’angle d’incidence augmente plus la portance augmente.

 

La traînée

C’est une fore qui s’oppose au déplacement de l’avion (=résistance à l’air). Plus la vitesse augmente, plus la traînée est importante.

Les différentes forces

Les différentes forces

La mécanique du vol : la poussée

Publié le par

Qu’est-ce que la poussée, à quoi sert t-elle ?

La poussée est la force exercée par l’accélération de gaz (souvent de l’air) grâce à un moteur dans le sens inverse de l’avancement.

Dans le cas d’un avion, la poussée lui permet d’avancer.

Les 4 forces ( source PeurAvion.com)

Au décollage elle permet l’accélération de l’avion. Le pilote ne met les volets en position décollage qu’une fois la vitesse de décollage atteinte cela crée alors une portance supérieure au poids qui permet à l’avion de décollé. Il ne le fait pas avant pour diminuer la traînée et permettre une prise de vitesse rapide. Il décolle le plus souvent possible face au vent pour augmenter le vent relatif. Il réduit ainsi la vitesse et la distance de décollage.
En vol de croisière la poussée compense la force de traînée liée aux frottements aérodynamiques sur l’aile et le reste de l’avion, en augmentant la poussée il peut accélérer et augmenter sa portance et donc son altitude.

Dans le cas d’un hélicoptère la poussée lui permet de décoller et d’avancer.
Le rotor crée un flux d’air vertical qui assure à la fois la portance et la propulsion.

Les 4 forces vue d’un hélico ( source helikopter83.free.fr)

Poussée d’un hélicoptère ( source lapband.free.fr)

Poussée = Fm =  Δm/Δt.(Vs – Ve)

Fm la Force motrice, Δm/Δt le débit massique du flux d’air traversant le rotor (en kg/s), Ve la vitesse de l’air au dessus du rotor, et Vs sous le rotor.

La poussée est perpendiculaire au rotor.
Cette poussée peut aussi se modéliser comme étant la portance d’ailes tournantes.
Cette poussée assure la sustentation (portance d’une aile pour un avion) mais elle peut  permettre aussi la propulsion (hélice ou réacteur d’un avion) et le pilotage.

Airbus A380 : l’avion géant et les défis technologiques qu’il a fallut relever

Publié le par

Trois vidéo présentées lors d’une séance de soutien sur les technologies développées pour l’A380, le plus gros avions de transport de passagers.

1) Le projet d’une manière globale, synthétique et très accessible

2) Les matériaux composites (de 13min30 à 32min) avec une approche historique et expérimentale

3) Des technologies qui permettent la réduction de l’impact sur l’environnement de l’A380

 

AR Drone compte-rendu

Publié le par
  • Protocole expérimentale

 

    • Utilisation de la carène intérieure : limiter les chocs au niveau des hélices
    • Utilisation de la carène extérieure : éviter que l’AR Drone consomme de trop
    • Décollage : je pense que le décollage se fait depuis la tablette
    • Décollage surface plane : utilisation de deux boites
    • Décollage sur herbe : il ne décollera pas à cause de l’herbe
    • Voir l’autonomie de la batterie : utilisation d’un chronomètre
    • ( Voir la limite de la connexion Wifi pour essai futur )
    • Définir un périmètre de sécurité : 1m
    • Lieu du teste : terrain vaste
    • Comportement avec du vent fort/faible : il dérive
    • Atterrissage sur deux boites : possible mais à voir
    • Atterrissage sur herbe : l’herbe va se prendre dans les engrenages

 

 

 

  • Test et observation

 

    • Utilisation de la carène intérieure : protection des hélices en cas de collision avec un obstacle

    • Condition du test : sans pluie, temps dégagé, vent léger

    • Lieu du test : un terrain vaste

    • Branchement batterie : LEDs allumé puis synchronisation des hélices ( = auto test )

    • Problème pour connecter l’AR Drone à la tablette en Wifi. Il nous à donc fallu de réinitialiser l’AR Drone.

    • Décollage de l’Ar Drone le nez, face au vent

    • Décollage automatique ( accélération avant démarrage ) à environs 1m du sol à chaque décollage puis il se stabilise

    • Décollage ( vertical ) surface plane : aucun problème

    • Décollage ( vertical ) sur herbe : 1er essai aucun problème

    • Décollage ( vertical ) sur herbe : 2e essai l’herbe s’est pris dans les engrenages des hélices

    • Comportement de l’AR Drone avec du Vent : l’AR Drone s’incline face au vent

    • Comportement de l’AR Drone sans vent : l’AR Drone ne s’incline pas, il reste dans sa position initiale

    • Atterrissage sur deux boites : possible mais pas si facile que ça

    • Atterrissage sur l’herbe : arrêt immédiat de l’AR Drone

    • A la fin du test, la batterie était chaude

Puissances, couples et réducteurs dans l’AR.Drone

Publié le par

Puissance de l’AR.Drone :

P=U*I                                                          P= Puissance en Watt (W)

U= Tension en Volt (V)

I= Courant en Ampère (A)

W=P*t=U*I*t                                               W= Energie en Joules (J)

t= Temps en seconde (s)

donc I= W/U*t= 91.10^3/11,1*600= 13,7 A

P=U*I= 11,1*13,7=152 W

 

Puissance massique de l’AR.Drone :

Pmassique= P/m= 152/0,44= 345 W/kg               P=Puissance en Watt (W)

m=masse en kilogramme (kg)

Couple de l’AR.Drone:

Nous considérons que 100% de la puissance est transmise aux hélices.

P= C*w donc C= P/w                                                  P= Puissance en W

C= Couple en Nm

w= Vitesse de rotation en tr/min

En regardant les caractéristiques des hélices nous avons trouvé la vitesse de rotation de celle-ci, 3300tr/min.

C1= P100%/w= 152/(3000*2π/3600)= 29Nm

Nous considérons maintenant les autres composants qui demandent de la puissance et nous mettons comme hypothèse le fais qu’il y a 80% de la puissance qui est transmise aux hélices.

P80%=152*0,8= 122 W

donc C2= P80%/w= 122/(3000*2π/3600)= 23Nm

Autre possibilité de calcule: C2= C1*0,8=23Nm


Les réducteurs:

La vitesse de rotation des moteurs pour un vol stabilisé est de 28000tr/min (environ 30000tr/min).

Entre les moteurs et les hélices, il y a donc des réducteurs qui permettent de diminuer la vitesse de rotation et qui augmentent le Couple pour que la puissance reste la même.

Rapport: wmoteurs/ whélices= 30000/3000= 10.

Grâce aux réducteurs le couple est multiplier par environ 10.

Les Bogies

Publié le par

Qu’es-qu’un bogie ?

Les roues des TGV fonctionnent comme toutes celles des véhicules à roues.

Une rame T.G.V. est supportée par treize bogies:
– six bogies moteurs, – sept bogies contenant le système de freins à disques.
Deux voitures intermédiaires successives sont supportées à leur extrémité commune par un bogie unique.

Toutes les roues supportent le trains et transmettent l’effort de freinage, d’autres (celles des bogies moteurs) font en plus avancer le train en transmettant l’effort de traction.

Un bogie moteur comporte :
– un bâti mécano-soudé,
– deux essieux en liaison avec le bâti par la suspension primaire,
– deux chaines de transmission de puissance constituées chacune par:
• un moteur électrique,
• un réducteur moteur,
• une ligne d’accouplement,
• un réducteur de pont entraînant l’essieu moteur.

Cette image me permet d’illustrer mes propos, vous pouvez voir toutes les parties principale du bogie. http://barreau.matthieu.free.fr

Qu’es-qu’un essieu ?

Un essieu de TGV est constitué d’un axe en acier sur lequel les roues monoblocs en acier sont emmanchées à force. En conséquence, un essieu complet constitue un ensemble indéformable, les 2 roues tournent donc à la même vitesse.

Pour supporter le train, l’essieu tourillonne* sur des roulements, à rouleaux, placés dans des “boîtes d’essieu”, une boîte à chaque extrémité de l’essieu. Le train repose sur ces boîtes par l’intermédiaire de deux étages de suspension. C’est-à-dire qu’entre l’essieu et le voyageur installé en voiture, il y a une suspension entre la boîte d’essieu et le châssis du bogie, puis une seconde suspension entre le châssis du bogie et la caisse de la voiture TGV. Le ressort de cette seconde suspension était métallique sur les rames TGV de 1° génération, il est maintenant pneumatique.

L’effort fourni par le moteur est transmis à l’essieu par l’intermédiaire de cardans afin que le moteur puisse être suspendu par rapport à l’essieu. Le moteur est fixé, soit à la caisse de la motrice (2 étages de suspension) soit au châssis de bogie (1 étage de suspension).

*Tourillon: Organe mécanique utilisé pour guider un mouvement de rotation.

Comment fonctionnent les réducteurs moteur ?

L’architecture du réducteur moteur est définie sur la figure ci dessous.
– le pignon moteur 1 est monté en porte à faux sur l’axe du moteur électrique et ne fait l’objet d’aucune liaison avec le bâti du réducteur.
– le pignon intermédiaire 2 a pour but d’augmenter la distance entre les axes d’entrée et de sortie. Il fait l’objet d’une liaison pivot avec le bâti du réducteur.
– le pignon de sortie 3 est un pignon arbré tubulaire. Il fait l’objet: d’une liaison pivot L30 avec le bâti du réducteur, d’une liaison encastrement à plan prépondérant avec le premier joint de Cardan de la ligne d’accouplement (4). – le carter du réducteur moteur est en liaison encastrement avec le bâti du moteur électrique, lequel est fixé à la caisse de la voiture.

Je souhaiterai attirer votre attention sur la 2éme partie de l’image, où nous pouvons voir la disposition des pignons.
http://barreau.matthieu.free.fr

Sources :

http://barreau.matthieu.free.fr/cours/liaisons-complete/pages/Etude_cas_1.html

http://www.autoreponses.com/automobile/train-527.html

L’AR Drone

Publié le par

Poids de L’AR Drone

Pour avoir le poids de l’AR.Drone nous avons utilisé une balance. Nous avons ensuite mesuré avec la coque pour l’intérieur et la coque pour l’extérieur. Nous avons trouvé un poids de 440g pour la coque intérieur et pour la coque extérieur nous avons trouvé 400g.

Energie massique de la Mia

Sachant que la Mia pèse 750 Kg et l’énergie de la Mia est de 12 Kwh                12000*3600 = 43200000 J = 432*10^5 J = 432*10^2 KJ                            L’énergie massique de la Mia est de 432*10^5/57600 J/Kg = 58 KJ/Kg

énergie massique de la Mia

Comparaison entre deux appareils avec le même poids

Nous allons considérer le cas d’une utilisation en intérieur de l’AR Drone et allons négliger le cas d’une utilisation en extérieur.

Rapport des deux poids : 750/0.44 = 1705

Ensuite, nous multiplions le rapport par l’énergie de l’AR Drone intérieur

1705*91*10^3 = 155*10^6 J = 155 MJ

Rapport des poids

Chaine d’énergie

Le TGV

Publié le par

Le TGV, fleurons de la technologie française, et le train à grande vitesse célèbre pour ses record de vitesse, le dernier datant du 24 avril 2007 avec une vitesse de pointe de 574,8km/h. En vitesse de croisière, le TGV circule à 300km/h, mais sur les nouvelles “ligne grande vitesse”,  il est prévue de faire circuler les trains à 320km/h.

Quel puissance faut t-il pour lancer un TGV à pleine vitesse , et quel sont les limites qui empêcherai de faire circuler les TGV à plus de 300 km/h ?

 Nous étudierons dans cette article l’aspect motorisation du TGV ainsi que les limites de celui-ci. Nous verrons également les différent types de TGV.

Moteur du TGV

Après l’abandon de conception du TGV à gaz à la suite du choc pétrolier, la SNCF se tourne vers l’électricité. Ainsi naît le TGV Paris Sud Est (noté PSE) en 1981 doté de moteur à courant continu, puis dans les années 90, des moteurs à courant alternatif. Il y a un moteur par essieux, 4 par motrice, soit 8 pour une rame simple, et 16 pour une double rame. L’électricité et capté par le pantographe dans la caténaire. Un pantographe pèse 750 kg

Schéma fonctionnement d’un pantographe (http://gparam.free.fr)

 

Fonctionnement du moteur et type de courant qui alimente les moteurs

 Le TGV PSE est une rame bi-courant capable de fonctionner aussi bien sur les lignes classiques utilisant un courant continu de 1500 Volts (noté C.C.). Sur le nouveau réseau construit spécialement pour lui utilisant un courant alternatif de 25000V de fréquence 50Hz ce qui lui permet d’être plus puissant. Le TGV PSE fournit alors une puissance de 6450KW sur son réseau spécial.

TGV PSE : rame bi-courant

1500 VDC sur lignes classiques, 25 kV AC 50 Hz sur LGV (plus puissant)

TGV sur 1500V DC : alimentation du moteur avec hacheur (modulation PWM).

Schéma d’un moteur TGV Triphasé. Les bobines à la périphérie sont alimentés en courant alternatif, légèrement décalé. Ce décalage permet de faire tourner la bobine centrale, car comme des aimants, les polarités des bobines se repousse. (http://tpe-tlm-sfa-bam.e-monsite.com)

 

Capacité du TGV a circulé sur d’autre réseau ferré, ….

Sur le nouveau réseau construit spécialement pour lui utilisant un courant alternatif de 25000V de fréquence 50Hz ce qui lui permet d’être plus puissant.

Les moteurs synchrones fonctionnent en courant continu, on les utilise car ils sont capables de maintenir un régime constant précis de part leur fréquence de rotation. Dans le cas du TGV, il est alimenté sur les lignes grande vitesse en courant 25000V; 50Hz.

Besoins énergitiques du TGV

L’électricité dans la caténaire, capté par le pantographe arrive dans la motrice vers des transformateur qui font passé la tension de 25 000V à 1800V pour la rendre utilisable par les moteurs. Cette énergie entraine également un alternateur afin de produire de l’électricité pour subvenir au besoins du Train, comme le 230V, alimenter les lumières, etc…

Etude des différents moteurs des différents TGV existant ( Thalys, Eurostar, Duplex, POS, PSE, Atlantique….

Les TGV,  Thalys, Eurostar, POS, peuvent capter plusieurs types de courants électrique, étant donné qu’ils circulent dans toutes l’Europe et que le courant est différant d’un pays à un autre.

TGV

Type moteur

Type courant

POS

8 moteur synchrones

Alternatif

Eurostar

12 moteurs triphasés asynchrones

Alternatif

Thalys

8 moteurs triphasés asynchrones

Alternatif

Duplex

8 moteur synchrones

Alternatif

Cependant, une motrice d’Eurostar, de Thalys ou de POS, couteux deux fois plus cher qu’une motrice standard de TGV Atlantique, Duplex ou PSE.


Limite du TGV

Les TGV ne peuvent dépasser actuellement 300km/h en raison de plusieurs phénomène physique:

  • Le mur de la caténaire: Il s’agit d’une onde mécanique qui se propage le long de la caténaire, bien avant le train. Si le TGV va plus vite que l’onde, il la rattrape, et se retrouverai dans le creux de l’onde, et ses système de sécurité ferai dijoncter les moteurs, et le train s’immobiliserait.
  • Puissance moteur: Pour dépasser les 300km/h, il faudrait remplacer les moteurs actuel par des moteurs plus puissant et probablement qui consomme plus d’énergie.
  • L’aérodynamisme: Pour plus de vitesse sans frottement, il faudrait revoir les formes aérodynamique du TGV, repartir de zéro sur la conception de la forme.

Les Voitures du présent, on connait bien, mais comment seront les voitures du futur ?

Publié le par

A quoi va ressemblé la voiture du futur ?

C’est une question qui revient souvent aussi bien dans les pensées des gens que pour les constructeurs. La voiture du futur reste et restera toujours un sujet qui fait rêver. Avec l’informatique et la visualisation facile grâce aux logiciels en 3D, on peux créer des voitures du futur, ce qui nous donne un aperçut. Quel sont les critères pour réaliser une voiture optimal ?

 

Voiture Audi, telle que l'on peut l'imaginer dans le futur

Depuis l’invention de l’automobile, les constructeurs n’ont cessé de perfectionner les voitures, les rendent moins polluantes, plus performantes, moins consommatrices en carburant.

Pour réduire la consommation, il faut que la voiture gagne en légèreté  et en aérodynamisme, ce sont les deux bases fondamentales.

 

La question de l’aérodynamisme vient du fait que sur terre, lorsqu’une voiture se déplace, elle rencontre le frottement de l’air, phénomène qu’on ne rencontre pas dans l’espace du à l’absence d’’air. La résistance de l’air, est un frottement fluide.

Celle de la légèreté, vient du fait que sur terre la voiture, pèse son poids, se poids et dû à la gravité qui attire la voiture vers le centre de la terre, et plus elle est lourde plus il faudra une grande énergie pour la déplacer, ce que l’on ne rencontre pas non plus  dans l’espace grâce au vide sidérale.

 

Contrairement à un usage route, l’aérodynamique à peu d’importance en ville, dû à la  faible vitesse.  Rendre une voiture aérodynamique nécessite des carénages encombrants. C’est plus avantageux de le faire pour la route.

Essai en soufflerie pour comprendre et étudier la forme aérodynamique d'une voiture

Il y a aussi le problème de la consommation. Actuellement, nos voitures roulent avec des énergies fossiles qui polluent en émettant des particules, et des gaz à effet de serre.

Un autres problème aussi à ne pas négliger, le problème du frottement entre les pneumatiques de la voiture et la route. La résistance du roulement, est un frottement solide, donc indépendant de la vitesse

Le problème de l’électrique est de pouvoir le stocker, il faut pour cela des batteries volumineuse qui pèsent lourd, donc qui pose un problème au niveau du poids et aussi vis-à-vis de l’autonomie plus faible. Une voiture électrique convient mieux pour la ville, du au distance courte, et aussi du fait qu’une voiture thermique pollue plus en ville. De plus le moteur thermique se dégrade avec le temps et son rendement et plus faible (25%) qu’un électrique (70%). Cependant il faut recharger la voiture électrique, et l’énergie est produite dans des centrales au fioul ou au charbon ce qui pollue.

Voiture Mia du LP2I

Certain projets vise à utiliser l’énergie solaire sur les voitures ou de l’hydrogéné. Cependant, pour utiliser l’hydrogène, il faut de grand réservoir, qui pèsent très lourd et pour le solaire, il faut une grande surface de panneaux solaire.

 

Conclusion

Actuellement, les chercheurs tentent d’améliorer les voitures existantes, et de trouver de nouvelles solutions de remplacement. La voiture du futur reste un problème majeur de par sa conception, son autonomie, ses performances, et sa consommation d’énergie. Avec le réchauffement climatique, et avec raréfaction des énergies fossiles, il devient urgent de trouver des solutions de remplacement.

 

Une voiture consommant 2L au 100 km, possible ?

Publié le par

D’après une étude, il serai possible de réaliser  une voiture avec une consommation de 2L aux 100 km seulement et avec un coût moins élevé.

L’objectif :

 

Une voiture actuelle pèse plus d’1 tonne et consomme en moyenne 5 à 8L aux 100 km,

Le but étant de réduire la consommation du véhicule.

De quel façon ?

il a été suggéré d’alléger la voiture puis d’améliorer son aérodynamisme.

Comment y parvenir ?

Dans un premier temps, Il faudrait alléger le véhicule, en retirant la climatisation, les vitres électriques etc…, et de remplacer les énormes sièges que nous possédons par des sièges ultra-léger en “résille” dont le coté aéré remplacerai un peu la climatisation.

Avec toute cette masse retiré il est possible d’installer des roues plus légères ce qui nécessiterai moins de puissance et donc d’utiliser un moteur moins puissant donc plus léger, et en allégeant également la carrosserie il serai possible d’obtenir un véhicule pesant approximativement 600 kg possédant un moteur de 60cv et il est même possible d’en installer un de 45cv.

Dans un second temps, il serai possible grâce à l’amélioration de l’aérodynamisme de réduire de nouveau le moteur avec un moteur de 30cv, l’aérodynamisme serai modifier en changeant la forme de la voiture, une voiture avec une forme de goutte d’eau.

 Est-ce vraiment rentable ?

 

comparaison voiture actuelle à une voiture du futur ( source HKW-aero.fr)

La voiture du futur aura certes moins de confort mais consommera moins pour rouler à une même vitesse et parcourir un même trajet, elle sera moins chère à l’achat et plus respectueuse de l’environnement.

Pour plus d’info : 

www.inter.action.free.fr

www.COCYANE.fr

www.HKW-aero.fr

La voiture du futur, oui mais comment ? (Laury)

Publié le par

L’aérodynamisme

Pour les voitures du futur, l’aérodynamisme de celle-ci n’est pas importante en ville car sa vitesse est faible. L’ingénieur opte plutôt sont travail sur la grandeur, le poids et la consommation de la voiture. Contrairement aux véhicules de ville, les véhicules de route devrons faire l’objet d’étude sur l’aérodynamisme pour réduire sa consommation.

Des voitures adaptées aux besoins

Les ingénieurs se mettent à faire des voitures compactes ( 2 à 4 places ) pour la ville. Celle-ci consommerait entre 1,3 et 2 litres au cent. Pour les véhicules ( 2 à 4 places ) qui sont faits pour la route, ils devraient consommer entre 2 et 3 litres au cent.

blogspot.fr

voiture du futur source : blogspot.fr

Les carburants

Les voitures du futures devraient êtres plus écologiques et donc laisser place aux énergies renouvelables pour les courts trajets. Tandis que pour les longs parcours, mieux vaut garder les carburants dit liquide ( les énergies fossiles) car ces énergies ont une plus grande autonomie mais une durée de vie limités.

L’autonomie

Le véhicule électrique est une bonne solution pour les petits trajets car leur autonomie est comprise entre 100 et 200 Km car il est très difficile de stocker de l’électricité. Les batteries peut aussi se recharger lors des ralentissements.

Récupération d'énergie source : www.hkw-aero.fr

Nous allons voir les causes qui entrainent une consommation d’énergie 

La consommation d’énergie dépend du type de trajet tel que les accélérations et la vitesse  mais aussi des paramètres de la voiture tel que la masse de celle-ci et le coefficient de résistance au roulement.

Conclusion

Nous pouvons dire que l’aérodynamisme ne joue pas un grand rôle dans la consommation de la voiture si celle-ci à été conçue pour la ville contrairement à la voiture conçue pour les long trajets.

Les carburants écologiques sont à privilégier lors des trajet en ville et les carburants fossiles lors des longtemps trajets. Faire un véhicule léger réduit la consommation de la voiture.


D’après les diaporamas (voiture du futur et Énergie utile au déplacement d’une voiture) réalisé par Kieffer Michel source : www.hkw-aero.fr.

La voiture du futur

Publié le par

Que va devenir la voiture dans quelque année, sa motorisation, son design… ?

Pour qu’une voiture consomme peu elle faut qu’elle soit légère et aérodynamique. L’aérodynamisme est surtout utile à grande vitesse pour avoir une meilleur pénétration dans l’air et la poids est surtout utile pour limiter la résistance au roulement.

Des institues de recherche on imaginé à quoi ressemblait les véhicules du futur. Ils ont fait 2 types de voitures, l’un plutôt à une usage en ville et l’autre plutôt sur route. Ensuite ils ont fait des véhicules avec un nombres de places variés (2 ou 4), je vais donc vous en montrer quelques un avec quelques une de leurs caractéristiques.

-Nous allons commencer par les voitures 2 places:

Pour la ville l’aérodynamisme n’est pas à prendre en compte car nous n’avons pas une vitesse rapide. Par contre il faut prendre en compte le poids de la voiture pour limiter la résistance au roulement de celle-ci. C’est pour cela que la voiture 2 places pour la ville ne fais que 250kg mais pour cela ils ont du réduire la puissance du moteur mais cela ne pose pas problème car c’est pour la ville donc il y a pas besoin d’une puissance haute.

Voitures 2 places pour la ville source: hkw-aero.fr/pdf/voiture_du_futur_1.pdf

Pour la voiture 2 places de route ils ont plutôt joués sur l’aérodynamisme qui permet de réduire nettement la consommation. Elle a une puissance plus importante que celle de ville car on roule plus vite.

Voiture 2 places pour la route source: hkw-aero.fr/pdf/voiture_du_futur_1.pdf

 

Après avoir vu les voitures 2 places nous allons montrer les voitures 4 places:

Pour une voiture 4 places pour la ville c’est le même principe que la voiture 2 places sauf qu’il y aura un poids plus important, il y a 2 personnes de plus donc le poids est multiplier par 2. Ils ont aussi multiplier la puissance par 2 car il y a un poids plus important.

Voiture 4 places pour la villes source: hkw-aero.fr/pdf/voiture_du_futur_1.pdf

Pour la voiture 4 places de route c’est le même procéder on multiplie par 2 ces paramètres, 500kg pour le poids et 22kW pour la puissance.

Voitures 4 places pour la route source: hkw-aero.fr/pdf/voiture_du_futur_1.pdf

Ces voitures ont une faible consommation surtout en jouant sur le design de la voiture.

La voiture électrique Mia

Publié le par

Nous avons étudié en classe, la voiture électrique Mia. Et nous nous sommes posés la problématique suivante:

Quelle sont les solutions retenues par le constructeur, pour rendre la Mia plus compétitive ?

La voiture électrique Mia - http://www.automobile-propre.com/wp-content/uploads/2011/12/mia.jpg

Tous d’abord, nous avons fait une estimation générale des exigences des futurs clients. 

Exigence client :

  • Prix/qualité

  • Taille de la voiture en fonction des besoins,

  • Performance de la voiture/autonomie/consommation,

  • Équipements/confort,

  • Design,

  • Crash-test/sécurité,

Solutions retenue par le constructeur de la Mia

 Prix

Une Mia coûte environs 19500 euro

  • Bonus de 5000 euro sur le prix de départ.

Taille de la voiture

L'intérieur de la Mia version 3 place - http://img.over-blog.com/500x297/0/58/99/49/electrique/Heuliez/Mia-Electric-interieur.jpg

La Mia existe en plusieurs versions

  • 3 places,

  • 4 places,

  • Utilitaire 

Autonomie (Puissance moteur: 18 kW( 24,5 ch) )

  • Entre 80 et 130km pour une vitesse max de 110km/h

  • Branchée sur du 230 V, 2h30 de recharge pour la version 80km

  • Branchée sur du 230 V, 3h de recharge pour la version 130 km

La Mia peut avoir 230 km d’autonomie selon le type de batteries utilisées

Les avantages de la Mia

La Mia est plus compétitive en étant plus spacieuse, par rapport aux voitures thermiques, elle est plus petite ce qui représente un avantage en ville pour les petits trajets, mais sa capacité de port est plus faible , la carrosserie est principalement en plastique ce qui la rend plus légère, ( 750kg pour la version 3 place, et 784 kg pour la version 4 place) mais plus vulnérable.

 Pour les trajets en ville, la Mia est parfaitement adapté pour les déplacements, court-trajet. Son autonomie étant suffisante. Elle répond très bien au besoin des urbain qui non pas forcément besoin d’une grosse voiture et de beaucoup de place, sachant que le nombre de passager moyen transporté dans une voiture étant de deux.

La Mia - http://lesnouvellesdecharente.com/Portals/0/la%20mia%20voiture%20electrique.JPG

 

En Conclusion

La Mia est une voiture essentiellement faite pour les urbains du à son autonomie suffisamment importante pour les trajets en ville de part sa petite taille, facile pour se faufiler dans les rues. La Mia sait s’adapter au demande des clients et est abordable par rapport à son prix. Niveau confort, la Mia est plus spacieuse qu’une voiture thermique

Cependant elle ne peut pas rivaliser contre une voiture thermique pour les longs trajets comme à la campagne.

Le constructeur mise surtout sur le fait que la Mia soit moins polluante et qu’elle puisse sans problème réalisé des petit trajet du à son autonomie adapté pour la ville.

Nice et La Rochelle sont les deux villes françaises à avoir bénéficié en premier des voitures électriques du constructeur de la Mia


Compétitivité de la Mia (point de vue consommation)

Publié le par

Comparaison de la Mia avec d’autres voitures

Le coût d’utilisation de la Mia est très faible de l’ordre de 1 € aux 100 km. La légèreté et l’optimisation de l’aérodynamisme de la Mia lui permet en effet de consommer moins d’électricité. Elle se  recharge plus vite que les autres voitures électrique qui est d’environ 8h et de 3h pour la Mia. La recharger en électricité, permet de ne plus perdre du temps à se rendre dans les stations-services et de la recharger tranquillement .chez soi cependant il est tout de même possible de la recharger dans certaines station services. 

Station service électrique d'Honda ( Enerzine.com)

Cette voiture s’adapte très bien en ville par rapport à sa taille mais elle n’est pas forcément pratique en campagne dû à sa faible autonomie d’environ 80 km suivant les batteries choisis pour la voiture, elle répond très bien aux besoins des urbains qui n’ont pas forcément besoin d’une grosse voiture et de beaucoup de place, elle répond aussi bien aux besoins des ruraux proches de la ville, cependant pour les ruraux plus éloignés cela est plus compliqué mais reste possible, elle ne peut donc pas rivaliser contre une voiture thermique pour les longs trajets, mais reste très compétitive pour les urbains.

Mia électrique (Automobile.Chalenges.fr)



Variateur de vitesse de la Mia

Publié le par

Dans le cadre de l’étude cas sur l’automobile nous nous sommes réparties en 2 groupes et nous devions répondre à une problématique: Quelles sont les solutions retenues par les constructeurs pour réduire la consommation énergétique de la Mia?

Un variateur de vitesse est un équipement électrotechnique alimentant un moteur électrique de façon à pouvoir faire varier sa vitesse de manière continue, en commencent  de l’arrêt du véhicule jusqu’à sa vitesse nominale.

Le variateur permet de faire des économies d’énergie en diminuant les pertes.Il permet de supprimer les surintensités du démarrage de la voiture.Il permet de Faciliter les démarrages de charge à forte inertie, d’obtenir couple de démarrage supérieur sans avoir à surdimensionné le moteur et donc allonger la durée de vie du moteur.

La valeur efficace du fondamentale de la tension par la fréquence constante permet de maintenir un flux tournant constant dans la machine. Cela se fait à partir d’un signal de commande analogique ou numérique (les pédales) qui fait augmenter ou diminuer le flux tournant et qui va à son tours faire augmenter ou diminuer la vitesse de la machine.

Voici une petite vidéo pour vous monter comment fonctionne un variateur de vitesse:

Je pense que la variateur de vitesse peut être un facteur qui fais varier l’efficacité énergétique de la Mia vu qu’il facilite le démarrage avec des inerties importantes qu’il n’a pas de surintensité au démarrage…

Webographie:

http://fr.wikipedia.org/wiki/Machine_asynchrone

http://www.geii.iut-nimes.fr/cg/Cours/Prop_Gen_Var_Vitesse.pdf

Les solutions énergétiques des contructeurs pour l’imiter la consommation de la Mia.

Publié le par

Problématique: Qu’elles sont les solutions technologiques pris pas les constructeurs de la mia pour l’imiter ça consommation énergétique ?

Un bon rendement du moteur en moyenne de 80% sur les voitures électriques contre en moyenne entre 20 et 30% pour les voitures thermiques .

http://www.automobile-propre.com/wp-content/uploads/2011/11/chevrolet-volt-batterie-pack.jpg

source:   http://voiture-electrique.durable.com/a-le-moteur-electrique

Une voiture légère, pour moins consommer lors des accélérations, ce qui permet de réduire la masse de batteries à emporter, et donc le coût du véhicule et le temps de charge des batteries. Cette légèreté est due à c’est matériaux souvent plastique, seul le chassi est en acier car étant la structure porteuse de la voiture.

source:http://fr.wikipedia.org/wiki/Mia_%28voiture_%C3%A9lectrique%29http://fr.wikipedia.org/wiki/Mia_%28voiture_%C3%A9lectrique%29

La surface frontal de la mia est de 2,9m² et celle de la clio de 3m² clio.

On peux observer que la mia a été penser pour avoir une surface frontal faible et ainsi avoir une résistance dans l’air plus faible et donc consommé moins.

http://img.over-blog.com/550x346/3/46/43/71/Frederick/2010-11/SR-inaugure-preseries-Mia-Cerizay-20-11-2010/mia-4.jpg

Source:http://www.lacentrale.fr/fiche-technique-voiture-renault-clio-iii+1.5+dci+105+initiale+5p-2008.html

Dans la montagne un système permet de récupérer l’énergie produit du freinage dans les disques pour recharger les batteries et ainsi autant consommer que sur le plat.

Une voiture qui n’est pas fais pour rouler vite mais qui est plus tôt destiner pour la ville et ces petites vitesses du à ça mauvaise pénétration dans l’air.