Etude Mesures sur la propulsion

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Etude Mesures sur la propulsion

Message par lem75pat le Sam 27 Aoû - 19:04

Bonjour

J'ai fait il y a quelques années des études et mesures sur le fonctionnement de la propulsion des fusées à eau

En voici le diaporama qui en a résulté (taille 3Mo)

https://drive.google.com/file/d/0BxSDfvs29U0hZDdFV2hBcUxRRzg/view?usp=sharing

lem75pat

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Re: Etude Mesures sur la propulsion

Message par lem75pat le Mar 30 Aoû - 11:21

Bonjour

Une étude rajoutée à mon sujet

Force (en Newton) = N
= masse * accélération
= Kg * m/s²
= Kg/s * m/s
= débit massique * vitesse éjection

débit massique = Kg/s = Kg/m^3 * m² * m/s = densité * section * vitesse éjection
vitesse éjection = m/s = kg/s / m² * Kg/m^3 = débit massique / section * densité

Ce qui donne Force
= densité * section * (vitesse éjection)²
= (débit massique)² / densité * section

propulseur Bambi
1100N, 0.95kg en 1.4", 1cm² posé
0.95/1.4 = 0.68 kg/s
Force = (débit massique)² / densité * section
densité = (débit massique)² / force * section
= 0.68² / 1100*0.00001 = 4.2 kg/m^3

turbo réacteur
14000dAN, 12m², 4 kg/m^3 posé
Force = densité * section * (vitesse éjection)²
(vitesse éjection)² = force / densité * section
= 140000 / 4*12 = 54² (54 m/s ou 194 km/h)

un type sur un jet d'eau
100daN, 1000kg/m^3, 20cm² posé
(vitesse éjection)² = force / densité * section
= 1000 / 1000*0.002 = 22² (22 m/s ou 80 km/h)

'geyser artificiel' au lac léman (hauteur 140 mètres)
0.5 m v² = m g h (sans le frottement de l'air)
donc 0.5 v² = g h et v² = 2 g h
vitesse² = 2 9.81 140 # 2 10 140 = 2800 = 52.9² (52.9 m/s ou 190.5 km/h)

lem75pat

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Re: Etude Mesures sur la propulsion

Message par bdureau le Mar 30 Aoû - 12:01

Patrick
Est ce qu'il serait possible d'avoir avec une fusée à eau une courbe de la poussée en fonction du temps?
Cela permettrai de la mettre dans Openrocket et de pouvoir simuler les fusées à eau comme nos fusées à poudre
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Re: Etude Mesures sur la propulsion

Message par lem75pat le Mar 30 Aoû - 13:46


Salut Boris

En fait mes courbes sont la pression interne en fonction du temps
La poussée proprement dite n'a jamais été mesurée/acquise
Ceci dit on peut l'estimer via la section du goulot de la bouteille
(poussée en N = pression en N/m² * section en m²)
Dès que j'aurais le temps je ferais les tableaux

Ah il y a aussi poussée hydraulique (réaction suite à l'eau sortante) suivie obligatoirement
par la poussée pneumatique (réaction suite à l'air sortant)
Cela te donne donc deux courbes de poussée se suivant dans le temps
A tenir en compte dans les simulations

Je n'ai pas les frottements aérodynamiques de la bouteille (Coca cola, Quézac) employée car
elle était restée immobile (en statique) durant les mesures&acquisitions

Cette étude commençée en .. 2006 2008 avait été mise en sommeil suite à mon 'départ' de chez 'nos amis'

Pour finir dans la simulation, il y a comme données de départ :
* le rapport volume eau/ volume air
* la pression interne
* la température (interne externe) également (pour les rigueuristes)
* la masse sans eau
..

Pour le kit que j'avais acheté, la pression de départ est imposée par la 'sortie' du joint caoutchouc
emmanché sur le tuyau venant de la pompe de bicyclette
Cette valeur de pression est pratiquement fixe avec les lancements se succédant

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Re: Etude Mesures sur la propulsion

Message par bdureau le Mar 30 Aoû - 13:53

En fait je pensais juste aux courbe de poussée du moteur comme celle ci-dessous
http://www.thrustcurve.org/simfilesearch.jsp?id=803
Une fois que tu as ça tu l'a met dans un simulateur comme OpenRocket ou Rocksim qui ensuite peut estimer l'altitude atteinte en fonction de la forme de ta fusée.
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Re: Etude Mesures sur la propulsion

Message par lem75pat le Mar 30 Aoû - 14:06


Tout a fait, je vais essayer de faire des courbes au mieux

En fait c'est une masse d'eau avec de l'air comprimé
C'est différent avec un pain de poudre
Il y a deux phases de fonctionnement au lieu d'une

Les 'fusées à eau' sont (et ont été créées je pense) pour les enfants
Ce en raison de la mise en oeuvre très abordable, de l'absence de flamme et de haute température

Par contre le plastique de la bouteille peut éclater si la pression est trop forte
De même que la 'rencontre' de la fusée en mouvement avec une personne

Si on veut étudier (optimiser en altitude notamment) plus profondément, il faut mesurer acquérir
ressortir les cours de thermodynamique, d'hydraulique

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Re: Etude Mesures sur la propulsion

Message par lem75pat le Mer 31 Aoû - 10:55

Salut

De la bouteille de Quézac (1 litre) sans eau puis remplie au quart
voici donc (avec une section de 1 cm²), la poussée en DaN (déduite avec EXCEL)
Le temps total cas 'vide' est de 65 ms, ce qui donne les données au pas de 5 ms
Et de 240 ms pour le cas 'quart' (120 ms 'hydraulique' puis 120 ms 'pneumatique') entraînant les données au pas de 20 ms

cas vide
4, 3.43, 2.76, 2.17, 1.75, 1.42, 1.15, 0.91, 0.62, 0.46, 0.27, 0.16, 0.05, 0
cas vide
4, 3.51, 2.73, 2.12, 1.7, 1.34, 1.07, 0.8, 0.61, 0.41, 0.24, 0.12, 0.07, 0
cas quart
4, 3.65, 3.29, 3.04, 2.82, 2.62, 2.41, 2.04, 1.56, 1.11, 0.63, 0.3, 0
cas quart
4, 3.57, 3.3, 3.03, 2.82, 2.66, 2.47, 2.07, 1.5, 1.05, 0.7, 0.35, 0

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Re: Etude Mesures sur la propulsion

Message par bdureau le Mer 31 Aoû - 11:05

Patrick
De manière à créer un fichier compatible avec nos simulateurs on a également besoin du poids de départ du carburant.
Tu peu sois creer le fichier à la main
soit utiliser leur appli
http://www.thrustcurve.org/tctracer.shtml
Ensuite il faut l'importer dans OpenRocket ou Rocksim
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Re: Etude Mesures sur la propulsion

Message par lem75pat le Mer 31 Aoû - 11:18

D'autres données obtenues
cas vide
5, 4.29, 3.46, 2.72, 2.18, 1.78, 1.44, 1.14, 0.77, 0.57, 0.33, 0.2, 0.07, 0
cas vide
5, 4.39, 3.41, 2.65, 2.13, 1.68, 1.34, 1, 0.76, 0.52, 0.3, 0.15, 0.09, 0
cas quart
5, 4.56, 4.12, 3.8, 3.52, 3.27, 3.02, 2.55, 1.95, 1.38, 0.79, 0.38, 0
cas quart
5, 4.46, 4.13, 3.8, 3.52, 3.32, 3.09, 2.58, 1.88, 1.31, 0.87, 0.44, 0

Sinon oui d'accord, je viens de regarder tes pages 'thrustcurve'
Dès que je pourrais
En fait le cas vide correspond seulement à la masse de la bouteille (50 grs disons)
ET le cas quart à 0.25 litre d'eau soit 0.25 kg (ajouté de 50 grs pour la bouteille)
Les temps de poussée (ou propulsion) sont plus réduits que pour les propulseurs à 'poudre'

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Re: Etude Mesures sur la propulsion

Message par bdureau le Mer 31 Aoû - 11:23

Je pense que tu peux négliger le poids de la bouteille car celui ci apparaîtra comme le poids du corps de la fusée dans ton simulateur
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Re: Etude Mesures sur la propulsion

Message par lem75pat le Mer 31 Aoû - 12:47

Oui tout à fait

Par contre vu le fonctionnement 'hydraulique pneumatique', il apparaît pour le débit massique, qu'un simple calcul moyen( division ) peut manquer de rigueur
Je ne retiens que les cas quart, car (rime) les cas vide sont 'pneumatique' totalement (et bref de surcroit)

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Re: Etude Mesures sur la propulsion

Message par lem75pat le Mer 31 Aoû - 14:30

Voilà ce que j'ai extrait de l'exemple :



avgThrust="695.518" burn-time="2." cgDiv="10" cgFix="1" cgStep="-1." code="K707" delays="1000" dia="75."
exitDia="0." initWt="3674." len="1041.4" mDiv="10" mFix="1" mStep="-1." massFrac="3.7" mfg="Contrail"
peakThrust="1351.58" propWt="136." tDiv="10" tFix="1" tStep="-1." throatDia="0.">
K-707-BG Reload
Medium Nozzle
1400cc


















Sinon, en reprenant avec EXCEL, il est apparu qu'il ne faut considérer que la phase 'hydraulique'
avec ces données : débit massique 2.08 kg/s, poussée 43.5 N, durée 0.12 s

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Re: Etude Mesures sur la propulsion

Message par bdureau le Mer 31 Aoû - 14:36

tu sais utiliser OpenRocket?
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Re: Etude Mesures sur la propulsion

Message par lem75pat le Mer 31 Aoû - 15:30

Salut

En fait non, d'autant plus qu'il y a une mise à jour 'Java' à faire sur mon PC windows vista
Mais je peux déjà faire un fichier txt renomable avec ce script trouvé

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Re: Etude Mesures sur la propulsion

Message par bdureau le Mer 31 Aoû - 15:57

Tu devrais essayer d'installer OpenRocket
Si tu as des soucis on peut t'aider
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Re: Etude Mesures sur la propulsion

Message par lem75pat le Mer 31 Aoû - 16:11

Ok d'accord dès que j'aurais le temps, Merci en tout cas

Sinon voilà déjà une esquisse

Quézac quart liter
250+50 grs, 50 grs, 120 ms, 43.5 N, 5.22 N s, 300 mm longueur, 2.08 kg/s, 75 mm diamètre



avgThrust="43.5" burn-time="0.12" cgDiv="10" cgFix="1" cgStep="-1." code="K707" delays="1000" dia="75."
exitDia="0." initWt="300." len="300.0" mDiv="10" mFix="1" mStep="-1." massFrac="3.7" mfg="Contrail"
peakThrust="43.5" propWt="250." tDiv="10" tFix="1" tStep="-1." throatDia="0.">
Quézac quart liter
Little Water




















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Re: Etude Mesures sur la propulsion

Message par bdureau le Mer 31 Aoû - 16:18

Il serait intéressant de comparer OpenRocket avec les simulateurs de fusée à eau existant...
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