Les IRW (Roues à réaction) : fonctionnement et placement

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Dakitess
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Les IRW (Roues à réaction) : fonctionnement et placement

Message par Dakitess » 12 juin 2016, 11:03

Hop je crée ce topic pour éviter d'envahir celui du prof Albert et continuer, avec ceux qui le voudront, notre discussion concernant le placement des IRW. Je remets le dernier message directement en lien :
Rothor a écrit :
Skalou a écrit :Ca me parait cohérent pourtant, la rotation globale devrait se faire autour du CDG quelque-soit la position de la Réaction-wheel, et vu qu'elle procure uniquement un moment son effet est transportable tel quel ( formule du transport de moment: BABAR de ce que je me souviens ( y'a longtemps)) et ne dépend pas de sa position pour un corps rigide.
Tout à fait d'accord. Si on considère une structure dans son ensemble, peu importe l'endroit où l'on applique un couple (ou une torsion). L'effet sur le mouvement globale de la structure est le même quelque soit la position du couple. La position du couple n'y change rien.
Maintenant si on s'intéresse aux contraintes à l'intérieur même de la structure, là on a des différences. Plusieurs petits couples répartis le long d'une structure, autour du CDG, vont générer moins de contraintes structurelles qu'un seul gros couple équivalent placé au CDG. C'est un peu le même principe qu'entre une pression homogène (genre poussée d'archimède) et une force ponctuelle. Le résultat sur le mouvement global est le même, mais les contraintes internes sont différentes.
Donc en définitive, il n'y a pas d’hérésie à placer plusieurs petites roues de réaction le long d'une fusée, plutôt qu'une seule plus grosse au CDG. Physiquement, ça a du sens. Ça permet de réduire les contraintes mécaniques internes.
Akinatronic a écrit :Il ne devrait pas y avoir un effet de levier d'Archimède pourtant ? Avec comme pivot le centre de gravité ^^
Le couple est la grandeur physique qui décrit l'effet levier. C'est le produit d'une force par une distance (la longueur du levier). Elle contient en elle-même l'effet levier. Pas besoin d'en rajouter ^^
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Re: Les IRW (Roues à réaction) : fonctionnement et placement

Message par Dakitess » 12 juin 2016, 11:18

Pour ma part j'ai beaucoup de mal à voir l'effet d'une IRW résumable à un levier que l'on pourrait déplacer à sa convenance : a mes yeux, une IRW n'entraine une rotation qu'autour de son centre ! Prenons cette illustration :

Image

Sommes nous d'accord que l'action d'une IRW à l'une des extrémité, est équivalente à une mise en rotation de l'ensemble... autour de l'axe de l'IRW ?

Pour rappel à ceux qui nous rejoignent, l'IRW est un système qui fait tourner une masse avec un moteur électrique, et qui "par réaction" et conservation du moment angulaire, fait tourner le système (satellite, station...) dans le sens opposé. La résultante est donc un moment angulaire qui à mes yeux prend pour axe celui de l'IRW et rien d'autre, BABAR ne pouvant tout à fait s'appliquer ici car ne se résumant pas à un vecteur tranchant déplaçable. Si ?
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Re: Les IRW (Roues à réaction) : fonctionnement et placement

Message par Akinatronic » 12 juin 2016, 11:23

Justement, je pense que plus l'IRW est loin du CoM, plus la force exercée, qui s'applique comme une poussée, aura un meilleur impact car il y aura une plus grande inertie, comme les RCS... Dep plus Daki sur ton image il faut penser que les deux IRW travaillent en sens opposés, non ?

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Re: Les IRW (Roues à réaction) : fonctionnement et placement

Message par Dakitess » 12 juin 2016, 11:24

Pour l'instant, justement, ne réfléchissons qu'avec une seule et unique IRW ;) Celle de droite par exemple. En système plan. Pour l'effet combiné de deux IRW, on verra plus tard, suivant leur sens de rotation.
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Re: Les IRW (Roues à réaction) : fonctionnement et placement

Message par Rothor » 12 juin 2016, 13:25

Dakitess a écrit :Sommes nous d'accord que l'action d'une IRW à l'une des extrémité, est équivalente à une mise en rotation de l'ensemble... autour de l'axe de l'IRW ?
Ça dépend ^^ C'est une histoire de point de vue. Si tu te places au centre de l'IRW, tu vas en effet voir ton système tourner autour de ce centre. Mais c'est valable pour n'importe quel autre référentiel attaché à ton système. Le centre de rotation est relatif à l'endroit d'où tu regardes.
Prenons Aristote et Copernic. L'un considère que le soleil tourne autour de la terre, l'autre c'est la terre qui tourne autour du soleil. Et bien, ni l'un ni l'autre n'a fondamentalement tort ou raison. Tout dépend du référentiel que tu as choisi. Si tu te places au centre de la terre, Aristote à raison. Si tu te places au centre du soleil, c'est Copernic qui a raison...En mécanique, le mouvement est relatif. Il dépend du référentiel. Il est essentiel de se poser la question "PAR RAPPORT A QUOI ?". Et en général, on essaye de choisir un référentiel "inertiel", ou tout du moins le plus inertiel possible. A notre échelle, la terre est un bon référentiel. Mais, le soleil est un référentiel encore meilleur. Et le centre de la galaxie encore mieux...Pour le système qui nous intéresse, placer le centre de notre référentiel au CdG est plus judicieux que de le placer au centre de l'IRW. La somme des forces est nulle, le CdG reste donc immobile (cf principe d'inertie - 1ière loi de Newton). Le CdG décrit un mouvement inertiel. Ce n'est pas le cas du centre de l'IRW.

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Re: Les IRW (Roues à réaction) : fonctionnement et placement

Message par Dakitess » 12 juin 2016, 13:50

On a la possibilité dans le cas présent de prendre un référentiel "absolu", celui d'un plan considéré fixe, la page blanche. Eh bien selon ce référentiel, indépendant du système, lors de la mise en rotation de l'IRW, je verrai pour ma part le solide tourner en sens inverse, autour de l'axe de l'IRW. Et je n'ai donc pas l'impression qu'une mise en rotation autour ce cet axe, à l'extrémité, revienne au même que la même mise en rotation centrée sur le CdG, pas en matière d'efficience mais d'intégrité structurelle, de vibration, de résonance, notamment lorsqu'on en vient à en placer plusieurs.

Donc on valide que la rotation s'effectue autour de l'axe de l'IRW, pour la suite ? Ou pas ? Vraie question, quelque chose peut tout à fait m'échapper, mes cours sont loins ^^ Mais avec le solide présenté, et ses tiges que je tournerai avec les doigts, j'ai du mal à voir comment il pourrait en être autrement... Et cette analogie physique (si vous parvenez à vous la représenter, Paint à ses limites xD) nous permettra de réfléchir à la suite avec une ou plusieurs IRW !
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Re: Les IRW (Roues à réaction) : fonctionnement et placement

Message par Rothor » 12 juin 2016, 14:16

Ok, Daki. Imaginons que la rotation se fait autour de l'IRW dans le référentiel de la page blanche que l'on considère inertiel. très bien. Dans ce cas, le CdG décrit un mouvement circulaire autour de l'IRW. On est d'accord ?
Mais d'un autre coté, lorsque l'on fait le bilan des forces qui s'applique au système, on trouve zéro. La somme des forces est nulle. Et le principe d'inertie (1ière loi de Newton) nous dit que dans cette situation, le CdG du système est soit immobile, soit en mouvement rectiligne uniforme.
On aboutie donc à une contradiction, le CdG ne peut pas être à la fois immobile et en mouvement circulaire. Et pour résoudre cette contradiction, il n'y a qu'une seule solution. Puisque le CdG est immobile, c'est que la rotation se fait autour du CdG et non pas autour de L'IRW.

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Re: Les IRW (Roues à réaction) : fonctionnement et placement

Message par Akinatronic » 12 juin 2016, 14:18

Vrai, sinon on ne pourrait pas se déplacer à l'IRW d'un petit vaisseau sur Gilly...

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Re: Les IRW (Roues à réaction) : fonctionnement et placement

Message par Dakitess » 12 juin 2016, 14:52

MMmh bien vu Rothor, je comprends mieux ! C'est vraiment contre intuitif, comme truc oO Visuellement parlant, que verrions nous ? La même chose, l'ensemble tourner autour du CdG ?
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Re: Les IRW (Roues à réaction) : fonctionnement et placement

Message par Skalou » 12 juin 2016, 17:04

excellente cette petite démo Rothor! ;)

pour un autre exemple concret ça me fait penser à contrôler une moto pendant les jumps, pour éviter d'atterrir à plat dos ou sur les dents on peu en freinant ou accéléreant la roue arrière contrôler son attitude en l'air (on peut freiner aussi la roue avant mais elle a moins d'inertie, donc l'effet sera moins fort).

Sinon, voici le liens de la discussion qui a servi de point de départ (pour s'y retrouver en l'an 2068 ):
http://forum.kerbalspaceprogram.fr/view ... =40#p51860

et quelques liens:

Wikipédia-Roue de réaction
[...]La roue de réaction ne permet qu'une rotation de l'engin autour de son centre de masse et en aucun cas un mouvement de translation.
A noter que dans KSP les IRW ne sont pas saturables, c'est à dire qu'elle n'ont pas de limite à produire un couple au reste de votre engin, concrètement on peut voler en atmosphère indéfiniment avec un engin déséquilibré aérodynamiquement et compenser avec une roue de réaction, chose impossible IRL, la dite roue devant accélérer pour produire ce couple elle atteindrait au bout d'un moment une vitesse de rotation critique.

/mecaspa.cannes-aero-patrimoine.net - STABILISATION PAR MOMENT CINETIQUE EMBARQUE ( roue de réaction, volant d'inertie, contrôle de moment gyroscopique,...)

un exemple de satellite:
Image
https://www.concours-centrale-supelec.f ... ts/S2I.pdf

On peut y voir que a priori les roues ne sont pas au Centre d'inertie ( =centre de gravité pour simplifier car pas de gradient de gravité pour KSP, toute les partie du satellite subissent la même gravité, même si IRL il y a une différence).
question 10? voici le corrigé: http://psietoilecb.free.fr/uploads/File ... 9duit_.pdf ( pour les bêtes en physique :shock:, honnettement je serai incapable de me remettre dans ce genre de calculs)
Akinatronic a écrit :Vrai, sinon on ne pourrait pas se déplacer à l'IRW d'un petit vaisseau sur Gilly...
je ne suis pas sur de comprendre ce que tu veux dire :?
Dakitess a écrit :Et je n'ai donc pas l'impression qu'une mise en rotation autour ce cet axe, à l'extrémité, revienne au même que la même mise en rotation centrée sur le CdG, pas en matière d'efficience mais d'intégrité structurelle, de vibration, de résonance, notamment lorsqu'on en vient à en placer plusieurs.
C'est un autre débat, pour faire simple autant se concentrer sur la mécanique des solides indéformables au début, puis ajouter les vibrations ( Rastafairaï) une fois le concept cerné.
Sinon oui je pense aussi qu'il y a une belle différence, les pièces de nos fusées et stations étant soudées à l'aide de chewing-gum fondu. :D
mais c'est une bonne question de cas pratique: qu'est ce qui marche bien ou pas comme concept dans KSP?
Dakitess a écrit : Mais avec le solide présenté, et ses tiges que je tournerai avec les doigts, j'ai du mal à voir comment il pourrait en être autrement...
Seulement si tu t’assoie sur ton satellite afin de représenter un effet intérieur au système isolé du reste du monde. si tu tourne la roue de réaction, en réaction elle aura également envie de te faire tourner toi et le reste du satellite ;)

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