[Atelier] Aérodynamique

[GEORGES70]

Transfo et redresseur pour le domaine de puissance qui nous intéresse... C'est si lourd que cela ?

[Damien D.]

Je ne pensais pas alimenter directement le moteur avec le triphasé issu de la voie, bien que je pense que ce soit possible avec des variateurs de fréquence au niveau des sous stations.

Oui mais ca fout un de ces brins ! ^^

Puisqu'on est obligé d'avoir au minimum 2 cables rien que pour le monophasé, y aurait-il un possible intérêt à en utiliser un 3ème pour obtenir un gain quelque part ?

Heu, oui, ca divise d'autant la puissance passée par alim donc taille de bidule de captage plus petit, etc.

Transfo et redresseur pour le domaine de puissance qui nous intéresse... C'est si lourd que cela ?

Je vais chercher.
J'imagine que oui :/

[GEORGES70]

Input 25 Kv @ 50 Hz
ou bien 15 Kv @ 16.67 Hz
Output 3700 KwA..
ça suffirait ?

Si oui, faut compter de l'ordre de 8 Tonnes, refroidissement et huile inclus.

[Damien D.]

3.7MW, c'est pas assez.

[GEORGES70]

J'étais resté sur l'idée que le LIM demandait 2000 Kw max
T'as besoin de combien - max - au total ?

[Damien D.]

Bah chépas c'était pas calculé 7 ou 8 MW dans un sujet la?

[GEORGES70]

Ah non, ça, c'était pour le TGV où on se demandait la puissance max "pompée" sur le réseau, notamment, en phase d'accélération...
pour l'instant on part du postulat qu'avec 4 000 KW l'aérotrain "new génération" avec son LIM peut balader ses 250 bonhommes avec leur bagages...

[BlackShark]

4000kw c'est une valeur théorique issue d'une étude très vague de l'aérodynamisme sans connaître véritablement la forme du train et avec une estimation du rendement des coussins d'air qui peut varier d'un ordre de grandeur. Puis il faut aussi prendre en compte le rendement énergétiques des moteurs, des transformateurs, des pertes de tuyauterie de l'écoulement de l'air dans les conduites reliant les entrées d'air aux coussins.
Puis ajoutons les équipements cabine (lumière, air conditionné, prises électriques passagers, etc...)...

Je pense que prendre pour référence la puissance embarquée d'un TGV pour déterminer un ordre de grandeur à notre budget énergie serait une bonne idée.

[Damien D.]

Faudrait voir aussi les consos des autres trains a grande vitesse (shinkansen) et des maglev, histoire d'avoir un ordre de grandeur de puissances

[GEORGES70]

Soit, mais n'oublions pas que le TGV sud-est "tire" sur ses 8 000 Kw en phase d'accélération. En croisière, comme on l'avait justement remarqué, il ne fait que "gérer" l'inertie acquise. Dès lors, avec une trainée aérodynamique plus favorable que son cousin à roues, on peut tabler sur une consommation spécifique très substantiellement inférieure. A ce titre, s'il faut un peu plus de puissance d'entrée, tabler sur une "cote mal taillée" de 5 000 Kw me semblerait un bon arbitrage... non ?

Ceci dit, je suis persuadé que le document sur le projet US "SERAPHIM" , avec une bonne analyse, pourrait, peut être, nous donner quelques indices.

[Bernard de Go Mars]

Hello Georges70 !

Bravo pour ta mise en équation de ce problème et, d'une façon générale, bravo à tous pour la qualité de vos échanges.

Pour ce qui est de l'aérodynamique d'une rame (ferroviaire ou sur coussin d'air), il y a bien disproportion de la Traînée de Friction par rapport à la Traînée de Pression (Traînée des surfaces avant et arrière). Et ceci d'autant plus que l'élancement du train est mieux optimisé (l'élancement étant le rapport de sa longueur sur sa dimension frontale, le diamètre dans ton cas).

En effet, pour un volume-passagers donné, il y a un minimum de Traînée pour un certain élancement. Cette règle vaut pour tous les véhicules aériens, à ceci près que pour les petits nombres de passagers, le volume prend nécessairement une forme de peu d'élancement (et même quelquefois bicubique côte à côte lorsque passagers et conducteurs veulent être placés tous deux côte à côte)(de ce point de vue, il y aurait sans doute un fort gain de SCx à construire des voitures-tandem où les passagers seraient placés derrière le conducteur !)...

Mais pour les grands nombres de passagers, l'aérodynamicien peut organiser plus favorablement la disposition des passagers : il peut alors approcher l'élancement du mobile de son optimum.

Pour les fusées, par exemple, cet élancement optimum est assez important (15 ou 20, je dirais) et ceci s'explique facilement en disant qu'on a diminué le poste Traînée de Pression au profit du poste Traînée de Friction cette friction étant constitutivement plus faible que la pression, toujours à volume (de carburant et de charge utile) égal.

Je propose ce calcul (simplifié) pour les fusées dans mon texte :

"Le Cx des fusées" http://perso.numericable.fr/fbouquetbe6 ... fusees.doc

Ce même calcul peut d'ailleurs être amélioré par l'utilisation dans la détermination du Cx de Pression du culot, de la formule d'Hoerner.

Cette formule d'Hoerner est fort simple et elle indique que plus la Traînée de Friction d'un mobile est forte et plus sa Traînée de culot sera faible (disons que la zone de recirculation du culot est occupée par des particules d'air qui proviennent alors en majorité de l'épaisse couche limite régnant juste avant le culot, ces particules étant, en moyenne, à une vitesse assez proche de celle du mobile)...


Pour cette formule du grand Hoerner, voir mon texte "Le Cx de culot d'Hoerner", au bas de ma page Physique de la fusée :

http://perso.numericable.fr/fbouquetbe6 ... ysique.htm

Ce qu'il faut surtout retenir dans cette quantification du Cx de culot d'Hoerner, c'est que ce Cx de culot diminue à mesure que le train ou la rame s'allonge.

C'est sans doute ce qui explique que le Cx de Pression des formes avant et arrière du TGV du record (avant l'AGV) ne comptait que pour 8 % (voir les chiffres plus bas)

Il faut dire que paradoxalement, le Cx d'une face avant de mobile correctement profilé s'élève à quelque % (Hoerner fait même état de valeurs négatives indiquant qu'il y aurait succion de la face avant par l'écoulement) (ces remarques valent cependant pour des mobiles de "plein air" et non pas pour des mobiles terrestres, fort proches du sol, ce qui complique quelque peu l'aérodynamique)...

Autres chiffres :

À leur vitesse commerciale de 300 Km/h, 90 % de l’énergie dépensée par les TGV est perdue en Traînée aérodynamique. Ce pourcentage passe à 95 pour la rame de TGV ayant porté le record à 574,8 Km/h.

Comme cette dernière dissipait à l’instant du record la coquette puissance de 19,6 MW (mégaWatt), il est assez facile de calculer son SCx. Le SCx vaut 2P/ρV^3 c‑à‑d, dans le cas de la rame du record, soit 7,86m² .

Connaître la surface frontale (~ le gabarit) donnerait donc accès au Cx de l'engin si cette surface frontale était un surface de référence intéressante. Or ce n'est pas le cas : La surface de référence la plus pertinente est bien la surface mouillée de la rame, dans la mesure où, lorsque l'on accroche deux rames, la Traînée aérodynamique est quasiment multipliée par deux (selon mon opinion).

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Voici la ventilation des différents postes aérodynamiques sur le TGV du record (avant l'AGV), chiffres retirés du texte du PowerPoint "Quelques applications en aérodynamique dans le domaine ferroviaire : résistance à l’avancement et sensibilité aux vents latéraux" de P.-E. Gautier, N. Paradot, SNCF Innovation & Recherche :



Bogies :0,42
Smouillée : 0,26
Formes Av&Ar : 0,08
Césures : 0,03
Lanterneaux pantographes : 0,13
Ligne de Toiture :0,05
Freins à disques :0,03

On remarque donc que le Cx de Pression des formes avant et arrière ne compte que pour 8 %.
Les bogies les freins à disques et la surface mouillée comptent pour 71 %... "



Il est regrettable que ce PowerPoint apparaisse et disparaisse sur le Web (même si cela lui donne d'autant plus de valeur)...

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Le PowerPoint suivant :
http://proxy.siteo.com.s3.amazonaws.com ... stelab.pdf
comporte également des renseignements intéressants du point de vue du bilan de la Traînée aéro et des forces de roulement.
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Un dernier mot pour dire que je ne suis pas persuadé qu'à mesure que l'on s'approche du culot la couche limite va décoller et qu'il va y avoir recirculations et poche d'eau morte. Je pense que la Couche Limite s'épaissit (voir le premier PowerPoint cité) et c'est tout. La section de culot sera bien (sauf si on le fait précéder de rétreints, comme tu l'indiques) celle de la face arrière...


Amicalement,

Bernard de Go Mars !

[Phil]

A quand la propulsion d'un aérotrain à eau comprimée..???

[Bernard de Go Mars]

Bonjour Phil !

Il faut dire que seuls les membres de ce forum qui auront fouillé dans les liens que j'ai proposés (en remontant à la racine) comprendront ta question...

Tu connais la réponse à cette question : la propulsion à réaction pure (à taux de dilution nul) a été abandonnée il y a longtemps : le rendement optimum de la propulsion à réaction intervient lorsque les gaz (ou l'eau) de propulsion sont laissés sans vitesse dans l'espace : Cela arrive pour les fusées (les vraies), cela arrive également pour les fusées à eau, mais cela n'arrivait pas pour les voitures à réaction du genre Von Opel etc...

On a donc abandonné la propulsion à réaction "chaude" (non diluée)...


Maintenant, comme tu le sais, la propulsion à hélice est tout à fait calculable par la formule F = qV utilisée pour trouver la force de propulsion des fusées (on l'utilise telle quelle pour les hélicos, il me semble) : la propulsion à hélice est donc une propulsion à réaction...

Comme d'ailleurs est "à réaction" la portance qui fait voler les avions (cession de Quantités de Mouvement verticales à l'air par les ailes)...

Par contre la portance des coussins d'air ne semble pas relever de la réaction (à moins de calculer ainsi l'effet des aubages des soufflantes, évidemment)...

Amicalement,

Bernard

[BlackShark]

La portance du coussin d'air relève de l'effet de sol.
L'air coincé sous la jupe n'a pas assez d'espace pour s'échapper, la pression de l'air augmente. La pression étant plus forte sous la jupe qu'à l'extérieur, on obtient une force contre les paroies de la jupe ainsi que contre le sol. Tu peux calculer la force de portance du coussin d'air comme équivalente à la réaction de la force de pression contre le sol (différencée de la pression atmosphérique extérieure)

[Bernard de Go Mars]

Cher BlackShark,

tu écris :

>>>Tu peux calculer la force de portance du coussin d'air comme équivalente à la réaction de la force de pression contre le sol <<<

Vue ainsi, la force de sustentation due au coussin d'air est évidemment une force de réaction, comme celle qui fait que la chaise ne s'enfonce pas dans le plancher du salon...

À ce compte là, les pneus de la voiture marchent également "à réaction".

Il y a donc une imprécision dans l'expression "à réaction" . Tu as deviné que je donnais à l'expression "Fonctionner à Réaction" le sens de "fonctionner grâce aux forces développées du fait de l'échange de Quantité de Mouvements" (avec projection de masse d'un côté ou de l'autre).

Amicalement,

Bernard