EFFET OBERTH

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Skalou
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Re: EFFET OBERTH

Message par Skalou » 28 novembre 2016, 19:11

le schéma avec les triangles permet de visualiser le Dv d'une manœuvre effectuée prés d'un astre (le Dv en rouge, ajouté à la vitesse orbitale circulaire verte), comparé à une manœuvre sans ce gain (effectuée en périphérie de la SOI) qu couterait en Dv la barre violette, ça reprend ce qui est dit dans le wikipédia mais d'une autre manière, plus simple à comprendre que les formules amenées comme ça peut être?

Trampoline? j'ai hâte de voir ça :) surtout comment c'est présenté.
j'avais pensé de mon coté à une balançoire ( avec justement une fusée dans le 8-) ), le gain en énergie et donc l'altitude maxi atteinte ensuite devraient être plus grand si la fusée brule là ou elle va le plus vite, donc en bas de la trajectoire.

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Dakitess
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Re: EFFET OBERTH

Message par Dakitess » 28 novembre 2016, 19:17

Je pensais également à la balançoire :)

J'ai en tout cas hâte de lire ça au travers d'un exemple ou d'un autre qui ne soit pas dépendant d'un système à force centrale, parce que je n'y vois à priori pas l'objet (en dehors, bien sur, de vitesse variables fonction de la distance au Pe), et que ça me semble embrouiller les choses plus que d'aider à vulgariser l'effet :)

Mais naturellement merci d'avoir posé cela Skalou, car c'est également fort intéressant de remettre ça dans le contexte KSP et Espace en général puisque on évoque plutôt rarement Oberth dans le lancé de poids ou le fonctionnement d'une voiture ^^

Pour le moment je continue encore et toujours de galérer sur la nature intrinsèque du gain. Qu'il soit "stocké" dans l'énergie du carburant qui n'est effectivement pas à vitesse nulle lorsqu'il est libéré, me semble le candidat le plus probable, le plus logique et le plus repris (malgré l'inconsistance du net sur ce sujet) mais je ne vois pas quel est le processus qui permet d'en tirer parti, ni quelle est la traduction instantanée : la plupart du temps on évoque l'énergie cinétique qui "augmente d'autant plus vite à haute vélocité" grâce au carré de sa formule...

Mais ce n'est a mes yeux qu'un changement d'échelle : pour un Pe à 500km, telle vitesse donne telle apogée de l'autre côté, et il ne peut en être autrement en trajectoire balistique purement inertielle, lors de la coupure des propulseurs. Me trompe-je ? Il en va de même pour l'énergie cinétique, au facteur de masse près (d'où l'intérêt d'utiliser l'énergie orbitale spécifique d'ailleurs, pour ceux qui ne connaitraient pas ^^).

Et du coup si un gain se cache à haute vélocité est il a mes yeux forcément traduit en vitesse "gagnée" à l'issue de la manœuvre. Genre on injecte 200 m/s estimé et on en obtient finalement 202 m/s grace à l'effet Oberth, qui se traduit en un apogée plus élevé, logique... L'énergie orbitale étant également plus élevée par la même occasion. Mais je ne vois pas comment cette énergie pourrait varier sans un gain de vitesse, à masse égale entre les situations. C'est vraiment là que je bloque et sur le processus de conversion de l'énergie cinétique, même si je pense qu'il est assez analogue à l'analyse énergétique en système fermé.

Le fait est que... ben... J'ai testé dans KSP, qui selon toute vraisemblance et historique, permet d'exploiter Oberth. Et mon hypothèse se trouve invalidée, voir très rapidement à ce lien, c'est un protocole très simple : http://forum.canardpc.com/threads/10781 ... st10420184

Aucune dixième de m/s n'est gagné. Or on est pratiquement tous d'accord sur le fait que d'injecter pour Jool depuis l'orbite solaire, et faire la même chose depuis une orbite de garage basse autour de Kerbin, n'abouti pas du tout aux mêmes résultats avec une différence réellement significative en coût carburant !! C'est ici que les propositions géométriques prennent du sens en plaçant Oberth dans un cadre purement géométrique comme l'a montré Skalou. Et nul doute qu'une bonne part du gain se cache la dedans. Mais est-ce Oberth ? Est-ce qu'il n'existe pas dans un système conventionnel mais à des échelles trop insignifiantes pour qu'on s'en préoccupe ? L'exemple de la voiture bien sur, ou du trampoline peut être.

Est-ce que les situations testées ne sont pas suffisamment tranchées ? Peut être aurait il fallut un burn considérablement plus élevé (>1000 m/s) à des altitudes bien plus différenciées, comme 80km en orbite de garage et la même chose aux portes de la SOI de Kerbin ? J'en suis ressorti déçu et paumé et malgré les tentatives juste et pertinente des autres joueurs, je peine :p
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Re: EFFET OBERTH

Message par Rothor » 29 novembre 2016, 20:00

Chose promise, chose due. Voici une explication de l'effet oberth, non énergétique, basée sur un exemple minimaliste, histoire de faire au plus simple.

Imaginons la situation suivante :
Un gymnaste fait du trampoline dans un champs de gravité uniforme (à 10 m/s^2 par commodité).
Ce gymnaste saute d'une hauteur de 20m avec une vitesse initiale nulle (Vinit=0m/s, Zinit=20m).

La cimématique du mouvement est la suivante :
a = -g
v = Vinit - g . t
z = Zinit + Vinit . t - g . t^2 / 2

Ce gymnaste atteint donc le trampoline au bout de 2s avec une vitesse de -20m/s.

Un fois sur le trampoline, il rebondit de manière parfaitement élastique. Son mouvement de remontée est symétrique par rapport à sa chute. Jusque là tout va bien :)

Maintenant, supposons que sur le trampoline, le gymnaste donne une impulsion lui procurant 5m/s supplémentaire de vitesse ascensionnelle (soit 25m/s au totale). Il ne lui faut alors plus qu'1s pour remonter à sa hauteur initiale de 20 m, au lieu de 2s.

Comme le champ de gravité est uniforme, et qu'il agit de manière linéaire au cours du temps, il aura perdu moins de vitesse pour monter jusqu'à sa hauteur initiale. Au lieu de perdre 20m/s, il perd seulement 10m/s, et se retrouve à 20m de haut avec une vitesse de 15m/s. En retranchant les 5m/s de l'impulsion, on obtient un "gain oberth" de 10m/s.

En définitive, ce exemple nous montre que l'effet oberth résulte d'un gain de temps. En allant plus vite, le temps nécessaire pour faire un trajet donné est réduit. Et comme on passe moins de temps, on perd moins de vitesse. On économise ou on achète en quelque sorte du "temps de gravité"...

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Re: EFFET OBERTH

Message par Lancetre » 29 novembre 2016, 20:26

Je n'ai pas tout compris mais j'ai un petit questionnement. Quand vous parlez de balançoire ou de trampoline, on est à gravité constante il me semble vu les distances en jeu. Est-ce que c'est vraiment comparable/transposable à une trajectoire spatiale ?

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Re: EFFET OBERTH

Message par Dakitess » 29 novembre 2016, 20:41

Euh... Pour le coup je ne vois pas du tout le lien avec Oberth :s Je n'y vois que la manifestation d'écourter au max les Gravity losses, comme au court d'un lancement, mais un mobile en orbite n'est plus soumis a cette problématique, la vitesse est déjà acquise et permet la trajectoire inertielle. Je ne crois pas que cet exemple illustre Oberth... Par ailleurs l'effet est censé être bien moins significatif je dirais !

Édit : cela dit je vois un peu ce que tu veux dire... Argh j'essayais d'imaginer la même expérience à l'horizontal sous vide et sans frottement mais j'aboutis a vitesse constante évidemment xD
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Re: EFFET OBERTH

Message par Skalou » 29 novembre 2016, 21:21

Lancetre a écrit :Je n'ai pas tout compris mais j'ai un petit questionnement. Quand vous parlez de balançoire ou de trampoline, on est à gravité constante il me semble vu les distances en jeu. Est-ce que c'est vraiment comparable/transposable à une trajectoire spatiale ?
l’énergie potentielle appelée dans un cas de pesanteur et dans l'autre gravitationnelle , est différente comme tu l'as très bien remarqué ( voir ici: https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89nergie_potentielle), mais les phénomènes de gain d’énergie cinétique à hautes vitesse et donc d’énergie mécanique sont similaires, même si bien sur une balançoire ou un trampoline sont différents d'une fusée.

Rothor, j'aime bien ta présentation, claire et précise et concise, ;) j'avais tenté cette explication aussi mais sans guère plus de sucés que l’énergie:
autocitation a écrit :[...]avec comme explication simple que la gravité à de moins en moins de temps pour nous ralentir avant d’être assez loin pour que son effet son négligeable, donc une petite pichette en plus donne un morceau de gateau beaucoup plus gros en sortie, la gravité a moins pris de taxe de passage.
http://forum.canardpc.com/threads/10781 ... st10417220
peut être que c'est moi qui explique mal aprés tout?
en tout cas je me sent moins seul :D

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Re: EFFET OBERTH

Message par Rothor » 29 novembre 2016, 21:34

@Lancetre : Ca tombe bien que tu en parles, je voulais justement l'évoquer. L'effet Oberth est à la base un phénomène de mécanique orbitale, mais on peut le transposer à d'autres champs de force. A des champs électrostatique par exemple, et plus généralement, je pense (même si j'en ai pas la certitude), à tout les champs de forces conservative (https://fr.wikipedia.org/wiki/Force_conservative). On peut donner un nom différent à cette effet selon le champ, mais sur le principe, c'est la même chose.

@Daki : Gravity loss et effet oberth, c'est à mon avis deux noms différents pour un même principe, mais dans des situations/manoeuvres différentes. Le gravity loss, c'est le travail de la force de gravity (c'est-à-dire le produit de la force de gravity par le déplacement https://fr.wikipedia.org/wiki/Travail_d'une_force). C'est incorrect de dire qu'il n'y pas de gravity loss en orbite (sauf orbite circulaire). Il existe lorsque le véhicule est sur la portion ascendante de l'ellipse, mais il est parfaitement compensé par un "gravity gain" en phase descendante.

Edit : Merci Skalou :)
Dernière modification par Rothor le 29 novembre 2016, 21:41, modifié 1 fois.

Akinatronic
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Re: EFFET OBERTH

Message par Akinatronic » 29 novembre 2016, 21:40

Effet oberth ou pas, cela vaut uniquement pour le pro(/rétro)grade, en effet pour les vecteurs radiaux et normaux le gain pour un ajustement est toujours meilleur lorsque la vitesse est la plus faible... ;)

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Re: EFFET OBERTH

Message par Skalou » 29 novembre 2016, 21:43

pour moi la trainée gravitationnelle ( gravity losses, gravity drag) n'a lieu que lors d'une poussée des moteurs, et comme ici on suppose des manœuvres impulsionnelles, ben y'a pas de pertes de ce type. ;) ( bien qu'elles existent)
https://en.wikipedia.org/wiki/Gravity_drag

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Re: EFFET OBERTH

Message par Skalou » 29 novembre 2016, 21:44

Akinatronic a écrit :Effet oberth ou pas, cela vaut uniquement pour le pro(/rétro)grade, en effet pour les vecteurs radiaux et normaux le gain pour un ajustement est toujours meilleur lorsque la vitesse est la plus faible... ;)
ça dépend quel gain tu cherches, surement autre chose que la vitesse en sortie de SOI à priori ( inclinaison, etc...).

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