Accelerometre haute puissance

Bonjour à tous
Je suis en train de regarder les accelerometres capable de mesurer plusieurs centaines de G de maniere à mesurer l'acceleration dans une fusée s'approchant de Mach 1 ou le dépassant.
J'ai repéré le modéle ci-dessous
H3LIS331DL

https://www.melopero.com/shop/sensori/sparkfuntripleaxisaccelerometerbreakouth3lis331dl/

Il permet de mesurer jusqu'à 400G sur 3 axes
L'idée serai de faire un proto avec un ESP32 tournant à 240Mhz
Quelqu'un connait?

En quantité on peu le trouver à 6,50 euros pièce
https://fr.aliexpress.com/item/1005004873041214.html?spm=a2g0o.productlist.0.0.3d3e4c0daWQCuJ&algo_pvid=cc3b2d3b-5da9-47b6-875d-9cb15cf19ec3&algo_exp_id=cc3b2d3b-5da9-47b6-875d-9cb15cf19ec3-1&pdp_ext_f=%7B%22sku_id%22%3A%2212000030839100511%22%7D&pdp_npi=2%40dis%21EUR%2162.09%2162.09%21%21%213.63%21%21%400b0a01f816687733894806794e0438%2112000030839100511%21sea&curPageLogUid=3sudEWZFLfQX

et ça à l'air relativement simple à utiliser

Sympa

Qui se lance dans un Mach 1 ? Philippe je crois, non ?

C'est Antoine.
Pour ma part c'est pour tester avec mes moteurs AP/Silicone

Bonjour

Oui après le MPU5060 et après le Raspberry, je suis partant pour le H3LIS331DL
(avec un vol réalisé entre temps)

D'abord des calculs de mouvement linéaire uniformément accéléré

distance = 0.5 gamma temps²
vitesse = gamma temps
vitesse² = gamma² temps²
distance = 0.5 gamma² temps² / gamma = 0.5 vitesse² / gamma

vitesse = 1 * 340 m/s
accélération = 400 * 9.81 m/s²
distance = 0.5 340² / 400 9.81 = 57800 / 400 9.81 = 5892 / 400 = 14.7 mètres

accélération = 200 * 9.81 m/s²
distance = 5892 / 200 = 29.5 mètres (pour 200 G)

accélération = 100 * 9.81 m/s²
distance = 5892 / 100 = 58.9 mètres (pour 100 G)

accélération = 50 * 9.81 m/s²
distance = 5892 / 50 = 117.8 mètres (pour 50 G)

accélération = 25 * 9.81 m/s²
distance = 5892 / 25 = 235.7 mètres (pour 25 G)

Ensuite des calculs de forces exercées

la gravité (pesanteur) de notre planète la Terre exerce une force d'attraction de
9.81 N (10 N ou 1 daN à 2% près) sur chaque masse de 1 kilogramme
ainsi un homme de 100 kg subira un poids de 100 daN (à 2% près)
la surface de notre planète (qui nous porte tous) nous impose une force de réqction
égale à notre poids, sinon nous serions tous au centre (very hot) de notre Terre

bref j'en viens à des calculs de RdM (résistance des matériaux) pour la pièce 'propulseur'

accélation 1 G (1 fois la pesanteur)
1 kg est soumis à 1 daN
10 kg à 10 daN
100 kg à 100 daN

accélération 10 G (10 fois la pesanteur, vous l'avez deviné)
1 kg à 10 daN
10 kg à 100 daN (le poids d'un homme)
100 kg à 1000 daN (le poids d'une voiture)

accélération 100 G (oups !)
1 kg à 100 daN (le poids d'un homme)
10 kg à 1000 daN (le poids d'une voiture)
100 kg à 10000 daN (le poids d'un camion)

J'ai connu le propulseur Mire-B (1000 daN de poussée) avec un projet de 40 kg de masse
1000 / 40 = 25 G (ouh !!)
chaque kg a son poids (terrestre) multiplié par 25
la pièce 'propulseur' est soumise à une force de compression de 1000 daN

maverick (tom cruise) a reçu une accélération de 10 G dans l'histoire du film

Bonjour

(srce wikipédia)
systeme solaire
mercure, venus, terre, mars, jupiter, saturne, uranus, neptune, pluton
0.378 G, 0.907 G, 1 G, 0.377 G, 2.364 G, 0.916 G, 0.889 G, 1.12 G, 0.067 G
lune  0.165 G
terre 1 G (9.81 m/s²)

un homme de masse 100 kg donne :
terre 100 daN
lune 16.5 daN
pluton 6.7 daN
jupiter 236.4 daN



distance = 0.5 vitesse² / gamma
vitesse = gamma temps temps = vitesse / gamma

vitesse = 1 * 340 m/s
accélération = 400 * 9.81 m/s²
avec distance = 14.7 mètres je rajoute le temps = 340 / (400 * 9.81) = 0.09 s

accélération = 200 * 9.81 m/s²
avec distance = 29.5 mètres, je rajoute le temps = 340 / (200 * 9.81) = 0.17 s

accélération = 100 * 9.81 m/s²
avec distance = 58.9 mètres, je rajoute le temps = 0.35 s

accélération = 50 * 9.81 m/s²
avec distance = 117.8 mètres, je rajoute le temps = 0.7 s

accélération = 25 * 9.81 m/s²
distance = 5892 / 25 = 235.7 mètres (pour 25 G)
avec distance = 235.7 mètres, je rajoute le temps = 1.39 s


Pour le propulseur Mire-B (1000 daN de poussée) sur un projet de 40 kg de masse
avec 1000 / 40 = 25 G, je rajoute  (avec temps de 2 s)
vitesse = 2 * 25 * 9.81 = 490.5 m/s (soit mach 1.44)


Exemple d'un fusil, avec distance = 0.2 m et vitesse 1000 m/s
gamma = 0.5 vitesse² / distance = 0.5 100² / 0.2 = 25000 m/s² (soit 2548 Mach)
temps = 1000 / 25000 = 0.04 s


Rocket Motors (Canada Césaroni)
PRO29  P29-1G   57 Ns      0.96 s   16 lb
PRO150 P150-40k 40960 N s  5.1 s    1935 lb
1 lb (livre, unité de masse) vaut 0.4536 kg (ou 0.445 daN)

ce qui donne
P29-1G 5.94 daN (pic 7.12 daN)
P150-40k 803.1 daN (pic 861 daN)

et avec une masse propulsée de 10 kg, pour ce dernier
8031 / 10 = 81.9 G
81.9*9.81*5.1 = 4098 m/s = mach 12

Voilà pour l'instant

Encore moi

pour les composants électroniques
chaque gr verra son poids multiplié par le nombre de G
G = 100 1 gr avec le poids de 100 gr
G = 400 1 gr avec le poids de 400 gr

ensuite, moi qui pense aux essais de ces capteurs
+R cos(wt) et +R sin(wt) donnent R (par théorème de Pythagore)
-R sin(wt) w et +R cos(wt) w donnent R w
-R cos(wt) w² et -R sin(wt) w² donnent R w²
et V = w R donne V² = w²R² et V²/R = R w²

w = 2 pi N = 2 pi n/60 = n * 0.105
w² = n² * 0.011
V = w R = R * n * 0.105

l'accélération centrifuge est en pratique égale à rayon * (vitesse rotation en tr/min)² * 0.011
et en nombre de G (9.81 m/s²) égale à rayon * (vitesse rotation en tr/min)² * 0.0011
la vitesse tangentielle est rayon * (vitesse rotation en tr/min) * 0.105

turbo réacteur (24000 tr/min et 3 mètres de diamètre)
accélération centrifuge = 1.5 * (24000)² * 0.011 = 950400 m/s² = 96881 G
vitesse tangentielle = 1.5 * 24000 * 0.105 = 3780 m/s # Mach 11.1

pales hélicoptère (600 tr/min et 10 mètres de diamètre)
accélération centrifuge = 5 * (600)² * 0.0011 = 1980 m/s² = 202 G
vitesse tangentielle = 5 * 600 * 0.105 = 315 m/s # mach 1

Oups !
Il va y avoir une suite

Suite promise


Un peu de caractéristiques des métaux

limite élasticité
avec 1 MPa = 1000000 N/m² = 100000 daN/m² = 10 daN/cm² = 0.1 daN/mm²
alliage titane 120 daN/mm²
acier 23.5 daN/mm²
bronze 12 daN/mm²
alliage aluminium 9 daN/mm²
cuivre 7 daN/mm²

densité
acier inoxydable 8.02 gr/cm^3 kg/dm^3
bronze 8.8
cuivre 8.92
titane 5
alliages aluminium 2.74
fer/acier 7.8

Ensuite de la RdM (Résistance des Matériaux)
longueur maximale suspendue d'un fil (calculs sur une section de 1mm²)
contrainte = densité * gravité * longueur
longueur = contrainte / (densité * gravité)     { m = N/m²  /  kg/m^3  m/s² }

fer/acier : (23.5 * 10) / (7.8 * 9.81 * 0.000001 * 1000) = 235 / 0.07652 = 3071 m
bronze : (12 * 10) / (8.8 * 9.81 * 0.001) = 120 / 0.0863 = 1390 m
alliage aluminium : (9 * 10 * 1000) / (2.74 * 9.81) = 90000 / 26.88 = 3348 m
alliage titane : (120 * 10 * 1000) / (5 * 9.81) = 1200000 / 49.05 = 24464 m
cuivre : (7 * 10 * 1000) / (8.92 * 9.81) = 70000 / 87.5 = 800 m

accélération maximale sur un élement de 1 mm^3
contrainte = densité * accélération * unitélongueur
accélération = contrainte / ( densité * unitélongueur)   {  m/s² = N/m²  /  kg/m^3  m }

fer/acier : (23.5 * 10) / ( 7.8 * 9.81 * 0.000001 * 1) = 235 / 0.0000765 = 3071172 = 313065 G
bronze : 1390000 = 141692 G
alliage aluminium : 3348000 = 341284 G
alliage titane : 24464000 = 2493781 G
cuivre : 800000 = 81549 G

un fil tournant comme une pale d'hélicoptère
contrainte (au rotor) = intégrale de 0 à Rayon de densité * accélération * drayon
accélération = rayon w² = rayon * (vitesse rotation en tr/min)² * 0.0011
= densité * (vitesse rotation en tr/min)² * 0.0011 * intégrale de rayon drayon
= densité * (vitesse rotation en tr/min)² * 0.0011 * 0.5 Rayon²

exemple : 600 tr/min, diamètre 10 mètres, aluminium
2.74 * 600² * 0.0011 * 0.5 5² * 9.81 * 0.001
133 N/mm²
13.3 daN / mm²

Je finis avec de l'astronomie

l'accélération centrifuge est en pratique égale à rayon * (vitesse rotation en tr/min)² * 0.011
et en nombre de G (9.81 m/s²) égale à rayon * (vitesse rotation en tr/min)² * 0.0011
la vitesse tangentielle est rayon * (vitesse rotation en tr/min) * 0.105

pour le calcul de la vitesse de libération
1 G = 9.81 m/s²  = Rterre w²
V = w Rterre
R w² = R² w² / R = V² / R
V² = R 9.81
vitesse libération = racine carrée de (9.81 * Rterre)

K = 6.674 10^-11 m^3 / kg s
mTerre = 5.9722 10^24 kg
force gravité = K m1 m2 / rayon²
accélération gravité = K m2 / rayon²


A l'équateur, vitesse tangentielle = 40000000 / 24 = 1667 km/h = 463 m/s
et vitesse rotation = 1 / 24 = 0.04167 tr/h = 0.0006944 tr/min
accélération centrifuge = (40000000 / 2*3.1416) * (0.0006944)² * 0.0011
= 6366183 * 0.0000000005304
= 0.0033 G <<   1 G
= 0.033 m/s² <<   9.81 m/s²

vitesse de libération = racine carrée de 9.81 * 6366183 = 7903 m/s = 28450 km/h

gravité = 6.674 10^-11 5.9722 10^24 / 6366183² = 39.858 10^13 / 40.582 10^12 = 9.82 m/s²

A altitude 800 km   (satellites)
accélération centrifuge = (6366183+800000) * 0.0000000005304
= 7166183 * 5.304 10^-10
= 38009435 10^-10
= 3.8 10^-3
= 0.0038 G
= 0.038 m/s²

vitesse tangentielle = 0.0006944 * 0.105 * 7166183 = 522.5 m/s

gravité = 39.858 10^13 / 7166183² = 39.858 10^13 / 5.135 10^13 = 7.76 m/s²

vitesse de libération = racine carrée de 7.76 * 7166183 = 7457 m/s

A orbite géostationnaires 36000 km  (satellites)
accélération centrifuge = (6366183+36000000) * 0.0000000005304
= 42366183 * 5.304 10^-10
= 224.71 10^6 10^-10
= 0.02247 G
= 0.22 m/s²

vitesse tangentielle = 0.0006944 * 0.105 * 42366183 = 3089 m/s

gravité = 39.858 10^13 / 42366183² = 39.858 10^13 / 1794.88 10^12
= 39.858 10^13 / 179.49 10^13 = 0.222 m/s²

vitesse de libération = racine carrée de 0.222 * 42366183 = 3067 m/s

Remarquer l'égalite entre accélération centrifuge et gravité

Euuuuu merci Patrick pour ces calculs, toujours intéressant à lire ... J'ai une suée là tout d'un coup

En fait mon objectif est beaucoup plus simple je veux juste me raprocher de mach 1 voir le depasser et voir comment se comportent mes autres capteurs ça permettra de garentir leur utilisation à des vitesses données. J'aimerai en particulier savoir jusqu'ou on peut aller avec les capteurs barometriques que j'utilise dans mes alti. Bref tester mon matos dans des conditions un peu plus extreme que ce que nous faisons

Bonjour bonjour

Il y a le temps pour lire 'comprendre digérer' mes calculs faits en trois heures quand même

Le déplacement supersonique n'aura d'impact que sur les capteurs barométriques
(mesurant la pression atmosphérique surtout) par nature
Je vous avais parlé du 'cône' de Lord Reynolds
L'onde sonore 'collera' contre la pointe de la fusée
mais en sera éloignée au fur et à mesure que l'on descend vers le propeller

Super manip quand même

Ah pour des essais futurs, j'ai eu de AUTOVISION pour ma voiture AX
train avant 538 daN, train arrière 305 daN
ce qui donne pour chaque roue avant 269 daN, chaque roue arrière 153 daN
et pour chaque côté de la voiture 422 daN

Sinon dans les propulseurs, y a t il des modèles donnant une poussée supérieure à 800 daN ?

Bonjour

Durant un vol subsonique, l'écoulement de l'air se fait autour de la fusée le long de cette dernière
Sa pointe (ou le haut de la fusée) 'voit' pratiquement la pression atmosphérique locale, celle dont nous avons
besoin pour déterminer l'altitude atteinte (oui l'altitude, pas la hauteur, comme pour nos avions et hélicoptère)

Pour un vol supersonique, se rajoute le fameux cône de Lord Reynolds, qui est physiquement les ondes sonores
émises par la fusée lors de son déplacement
Le haut de ce cône colle sur la pointe de la fusée, comme déjà dit

Je suggère comme mesures de pression à faire  :
une ou plusieurs sur les côtés (latéraux) de la fusée
ces mesures pouvant être couplées avec un/des tube(s) de Pitot
une mesure de pression absolue à l'intérieur même de la fusée
une mesure au raz de la pointe
une dernière au bout d'un tubé métallique fin (30 cm) sortant de la pointe de la fusée
(cela me rappelle di caprio et kate winslet à la proue du Titanic)

Je finis avec notre avion de ligne le Concorde :
mach 2
le mur du son et les vols supersoniques au dessus des mers et océans
En effet un aéronef civil commercial ne peut effectuer de vols supersoniques au dessus des terres (habitées surtout)

Je me suis remis aux accelerometres ce week end et j'ai finalement opté pour un ADXL375.
[/url]

C'est 200g max mais le cout est raisonable et permettra de produire en masse des cartes car j'ai le materiel pour souder ce type de puce. En effet mes projets sont eglament testé par Philippe et il est necessaire de produire plusieurs prototype à chaque fois.
Cela va nous permettre de mesurer les accelerations sur des moteurs un peu plus violent.
Je vais donc faire dans les semaines qui viennent une carte avec un esp32 et un accelerometre[url=https://servimg.com/view/19452862/421]

j'ai la petite soeur en version analogique, l'étalonnage des acceléromètres à 200g pose une difficulté car l'accélération de la pesanteur est trop petite pour être utile.
Question : est-ce que tu filtres (Kalman) les résultats avant des les utiliser ? Si oui, as-tu des coefficients qui paraissent adaptés ?

Antoine a écrit:j'ai la petite soeur en version analogique, l'étalonnage des acceléromètres à 200g pose une difficulté car l'accélération de la pesanteur est trop petite pour être utile.
Question : est-ce que tu filtres (Kalman) les résultats avant des les utiliser ? Si oui, as-tu des coefficients qui paraissent adaptés ?

Je fais du filtrage pour l'altitude mais je ne l'ai jamais vraiment fait sur les accelerometres car il faut filtrer sur les 3 axes.
J'ai mis hier sur mon github un petit filtre de Kalman simple qui fonctionne très bien pour mes bmp180, ça se compile sur à peut pres n'importe qu'elle carte Arduino
https://github.com/bdureau/KalmanFilterExample

Après pour ajuster les coefficents il faudra faire un vol et ensuite filtrer après vol sur excel avec different coefficients et ainsi voir ceux qui fonctionnent le mieux dans notre plage d'utilisation....
Avec les moteurs rapide que nous avons maintenant à notre disposition on va pouvoir faire des trucs sympa

Je suis en train de faire les premiers tests sur l'accelerometre ADXL375, effectivement les petites mesures ne sont pas trop fiables.
Je pense que la solution c'est d'avoir 2 acceslerometres sur la carte et de fusionner les données.
Je suis suis en train de refaire la bibliotheque de l'ADXL375 en partant de celle d'ADAFRUIT et en virant tout ce qui sert à rien.  J'en profite egalement pour lui rajouter toutes les fonctions qui vont bien pour passer en angles d'Euler et en quaternions.... Patrick tu adorerai!!!

Oh que oui, Super l'idée des deux accéléromètres mesurant en parallèle et suivi de complément au lieu de comparaison
Capteur au maximum de 200 G, cela donne que la pesanteur (et tout ce qui est < 10 G) est dans le 'bruit'

Je finis avec accélération centrifuge R w² = V² / R
Pour un rotor d'hélicoptère tournant à 300 tr/min avec un diamètre de 10 mètres, cela donne
(10/2) * (2 pi 300/60)² # 490 G

Je viens d'envoyer à la fabrication une carte avec les 2 accelerometres:
- un ADXL345 pour les petites mesures do -16G à +16G
- un ADXL375 pour les fortes accelerations -200G à +200G

Je vais essayé de faire de la fusion de donnée, c'est completement experimental pour moi

J'ai pris un ESP32 pour avoir la puissan de calcul et la mémoire dispo

Bien entendu cela sera compatible avec un affichage sur telephone comme le reste de mes altimetres

ce sera parfait pour faire du multi etage

bdureau a écrit:ce sera parfait pour faire du multi etage

c'est un accéléromètre 3 axes?

Oui les 2 sont en 3 axes

Une remarque : les peignes en silicium qui permettent la mesure sont assez fragiles. Même si tu ne l'utilises pas, celui qui est à max 16g risque de se casser s'il voit une accélération plus forte. Je ne pense pas que tu puisses avec les deux sur la même carte pour avoir toute la gamme de mesure.
A méditer.

Antoine a écrit:Une remarque : les peignes en silicium qui permettent la mesure sont assez fragiles. Même si tu ne l'utilises pas, celui qui est à max 16g risque de se casser s'il voit une accélération plus forte. Je ne pense pas que tu puisses avec les deux sur la même carte pour avoir toute la gamme de mesure.
A méditer.

Bonne remarque. Justement ce sera l'objet du test. J'ai fait une serie limité et d'autre part les cartes peuvent si besoin ne fonctionner qu'avec 1 seul accelerometre voir 2 à 200G pour comparer les differences entre 2 capteurs identique.
Va falloir faire une petite fusée avec un moteur de voyou

J'ai vérifié la doc de ces deux puces ; elles résistent à un choc de 10000g.
Je regarde pour ma part la puce H3LIS200DL, qui a l'avantage de laisser le choix entre +/-100g et +/-200g. (dispo chez Gotronic - DFRobot).