A propos du nombre de mach

[Centaur]

Le bonjour d'un petit nouveau,

J'ai découvert orbiter avec une grande joie et j'ai pu réaliser de nombreux rêves de gosse grace à ce petit bijou. Cependant, des séquelles d'études me titillent à propos du calcul du nombre de mach. En effet, la vitesse du son evolue de manière significative en fonction de l'altitude comme on peut le voir ci après:

Altitude    t       a
  (m)       deg C   m/s
-1000       21.5    344.111
 0             15      340.294
 1000        8.5    336.434
 2000        2      332.529
 3000       -4.5    328.578
 4000       -11     324.579
 5000       -17.5   320.529
 6000       -24     316.428
 7000       -30.5   312.274
 8000       -37     308.063
 9000       -43.5   303.793
10000       -50     299.463
11000       -56.5   295.069
20000       -56.5   295.069
25000       -51.5   298.455
30000       -46.5   301.803
35000       -36.1   308.649
40000       -22.1   317.633
45000       -8.1    326.369
50000       -2.5    329.799
51000       -2.5    329.799
52600       -6.98   327.058
55000       -13.7   322.903
60000       -27.7   314.070
65000       -41.7   304.982
70000       -55.7   295.614
75000       -66.5   288.179
80000       -76.5   281.120

source: http://www.aviation-fr.info/dom/dominique19.php

Du coup, je me demandais comment était calculé le nombre de mach dans orbiter car il ne semble pas évoluer suffisament avec l'altitude. Par soucis de réalisme sur l'utilisaion du statoréacteur, je souhaite aller voir dans le ventre du surface MFD et des XR les calculs thermo.

Bon je sais que cela fait un peu puriste mais ce serait interessant de voir si une dégradation ou amélioration de poussée est possible en ajoutant quelques ligne de code...

[Carcharodon]

Salut,

Il y a 3 choix possible de modèle atmosphérique dans orbiter

Le premier est un modèle créé par Martin Schweiger, le créateur d'orbiter, qui est un modèle statique assez basique.
Mais depuis Orbiter 2010, il a rajouté deux autres modèles (que tu peux selectionner dans l'onglet "extra / celestian body configuration / Atmosphere configuration").
Les deux modèles rajoutés sont les modèles atmosphériques civils les plus poussés qui soient disponibles dans la communauté scientifiques.
Donc en terme de purisme, ça va considérablement plus loin que tu n'es capable d'imaginer, la preuve, lis ça =>
http://okofree.free.fr/orbiterbeta/earth_atm.pdf
Comme tu vois, ça va vraiment très loin, et ça donne un modèle d'une précision absolue au moins en ce qui concerne les Mach / vitesse / altitude.

ce serait interessant de voir si une dégradation ou amélioration de poussée est possible en ajoutant quelques ligne de code...

Attention, ça c'est du ressort du créateur de l'engin, pas du modèle atmosphérique, c'est la façon dont réagissent les moteurs a l'atmosphère, pas l'atmosphère aux moteurs, ne confondont pas.
Exemple, avec le XR2-Ravenstar =>

#--------------------------------------------------------------------------
# Enable or disable reduction in thrust due to atmospheric pressure.
#   0 = easy (no reduction)
#   1 = realistic (reduction)
#--------------------------------------------------------------------------
EnableATMThrustReduction=1

je me demandais comment était calculé le nombre de mach dans orbiter car il ne semble pas évoluer suffisament avec l'altitude.

Le nombre de Mach dans Orbiter, avec les modèles scientifiques (que ce soit le NRLMSIS qui utilise les données enregistrées par le shuttle pour l'altitude > 80 km, ou le jacchia71) est d'un réalisme très pointu, provoquant une chute de mach lorsque l'on augmente significativement l'altitude (au dessus de 120 ou 130 km, l'atmosphère étant modélisée jusqu'a 2500km) alors qu'on est toujours en train d'accélérer.
Il faut regarder le petit MFD (en haut a droite) du DGIV, par exemple pour s'en rendre compte.

Benvenue dans la communauté orbiter !



Message modifié ( 05-01-2012 19:07 )

[Carcharodon]

je me demandais comment était calculé le nombre de mach dans orbiter car il ne semble pas évoluer suffisament avec l'altitude.

Après reflexion, je te soupçonne de faire beaucoup de simu de vol atmosphérique (genre FSX).
(je suis très soupçonneux de nature lol )
Car ce que tu dis est applicable dans le cadre d'un ratio quasiment fixe de presion atmo/Mach, ce qu'on retrouve jusqu'a presque 30 ou 40 km d'altitude.
après ça, la chute de pression fait augmenter la vitesse du mach de plus en plus significativement, ce qui fait que le ratio initial évolue beaucoup : le Mach fait beaucoup plus de m/s a 120km qu'a 10 km.
T'auras l'étonnement de voir qu'a certaines altitudes (me souviens plus du tout, je dirais 130km avec le NRLMSIS, a vérifier) tu es en dessous de mach 10, alors que tu es a 7.5 km/s en rentrée atmosphérique !
Mais tu as alors une pression atmosphérique misérable, quasiment pas de pression statique non plus.

En fait, pour détailler les problèmes dus à orbiter :
Les addons qui ont été conçus avant 2010 et certains qui ont été conçus depuis sont prévus pour fonctionner avec le modèle atmospérique de 2006.
Et comme ça ne représente pas d'intérêt, au decollage, d'avoir une atmosphère parfaitement réaliste puisque le but est de s'en échapper le plus vite possible et que ça se fait rapidement et a faible vitesse (par contre c'est l'inverse en cas de rentrée, on veut un modèle plus fiable car on utilise justement ses spécifications, a haute vitesse et longtemps), ce qu'il faut faire, c'est de mettre le 2006 pour les tirs avec ces addons et mettre le NRLMSIS ou le Jecchia en cas de rentrée.
En particulier avec les engins réalistes, les decollages peuvent poser problème avec les modèles scientifiques.
Les apogées et périgées (forcément si c'est du matos réel) de tir initial ne sont pas respectées, et ça peut même conduire facilement a l'impossibilité de mission.

Par contre, des engins comme les XR, qui ont des scramjets, tirent un gros avantage a beneficier des modèles scientifiques au décollage, car le réalisme de mise en orbite est plus poussé avec ces modèles, vu qu'il exploient l'oxygène de l'air jusqu'a mach 19 ou 20.

Il faut donc choisir le modèle atmosphérique en fonction de la mission.

En résumé :
- decollage d'engin réaliste (ariane/shuttle/soyouz/Apollo) => modèle orbiter 2006 legacy (tu ne verras de toute façon pas de différence si ça fonctionne aussi avec les modèles scientifiques)
- autres cas de figure : modèle scientifique au choix.



Message modifié ( 05-01-2012 19:05 )

[Centaur]

ROOO les soupcons...

Oui evidement quand on s'acharne sur des echecs de départs en manuel de la terre, au bout de quelques echecs, on finit par faire beaucoup de vol atmosphérique, et durant la période précédant le crash, on fini par s'interesser aux "zouli cadrans là..." lol

Enfin bref merci beaucoup pour tes réponses, très précises, mais ne t'inquiete pas pour moi et ma tendance au vol atmosphérique, quelques crashs sur saturne sont prevus aussi. De plus je me demandais si quelques comètes étaient impactables, je vais chercher ça de suite...

[cslevine]

lisant cela, tiens, je me pose une question :

le son pour se transmettre, nécessite des molécules d'air en contact les unes avec les autres.
En quoi, à disons même 80 km , les molécules de gaz rares restantes seraient en contact les unes aux autres ?

Y'a t'il eu des expériences de faites décrivant précisément à partir de quelle densité atmosphérique le son peut il être transmis d'un endroit à l'autre ( d'une énorme cloche à vide, par exemple ) ?

et en ce cas, même s'il reste de la pression résiduelle, si pas de son, ...pas de mac et donc la liberté  ...pas de mach.

En d'autre terme : voler juste au dessu de "mach 1" à partir d'une altitude donnée ne produirait plus de bang supersonique.

( D'ailleurs l'intérêt de calculer le nombre de mach , en fait, est surtout, j'imagine, pour le vol atmo. Après, ce serait plutôt pour conserver l'ordre de grandeur. )

[Centaur]

Je vais essayer d'y répondre, avec de lointains souvenir...

Primo seul le solide possède des molécules en contact, les gaz eux sont des molécules en constant mouvement s'entrechoquant régulièrement.

Secundo, au repos le mouvement global des molécules est nul et les chocs sont tellement réguliers que l'on parle de libre parcours moyen... 68nm en moyenne pour une molécule de l'air à pression ambiante. Du coup, une onde sonore est en fait un gros coup de billard (avec comme boule blanche la source du son) qui laisse globalement les molécules immobiles mais qui pendant son passage  donne un petit coup de boost vitesse local aux molécules.

Un excellent exemple un peu inversé de la propagation d'onde dans un fluide ou les éléments ne se touchent pas est... le bouchon sur l'autoroute... qui peut arriver même quand les voitures sont très très rares...

Et pour finir, vers 1Pa, il y a environ 10^16 molécules par cm^3 avec 0.1mm de libre parcours moyen, suffisant.

Au final, l'onde de choc supersonique aura lieu mais le nombre de molécules en jeu sera moins élevé et donc l'onde de pression moins importante, inaudible mais présente...

Je crois qu'a 1013 hPa la delta P est de l'ordre de la dizaine de pascal ensuite je ne sais pas si l'on peut faire une règle de 3.

En gros toujours du son mais faiblard.

Et en fait la question sur le nombre de mach traitait de l'utilisation de tuyères convergentes divergentes qui nécessitent des condition particulières pour pouvoir fournir des vitesses de sortie des gaz supersoniques. Avec un régime supersonique adapté, pour une vitesse du son différentes, je pense que l'on obtient une propulsion différente.

Bye



.

[Carcharodon]

En d'autre terme : voler juste au dessu de "mach 1" à partir d'une altitude donnée ne produirait plus de bang supersonique.

Faudrait que tu dises comment tu pourrais être a + de 60 km d'altitude en étant a moins de Mach1
A part avec un tir vertical ballistique.
mais même SS1, il me semble, ne tombe pas a cette faible vitesse, il reste a ~Mach 2, avec pourtant une trajectoire verticale ballistique.

Y'a t'il eu des expériences de faites décrivant précisément à partir de quelle densité atmosphérique le son peut il être transmis d'un endroit à l'autre ( d'une énorme cloche à vide, par exemple ) ?

dans orbiter, on entend bien la baisse progressive jusqu'a l'extinction du son vers 80 km d'altitude.
la réalité doit être assez proche du modèle pour ce cas de figure.

Oui evidement quand on s'acharne sur des echecs de départs en manuel de la terre

y faut pas s'acharner a faire ça en manuel.
Pour apprendre 10 fois plus vite, faut apprendre comment utiliser les pilotes, puis, après, avec l'expérience, on peut le faire comme lui a la main précisément, bien que ça ne présente aucun autre intérêt que se dire dire "je l'ai fait" en faisant un truc nettement moins précis que le PA.
Et puis le fun de le faire a la main, c'est bon la première fois, après, c'est juste chiant et long... et d'un intérêt très relatif comparé au reste des manoeuvres orbitales.

[Carcharodon]

Au fait :

Centaur a écrit:
Enfin bref merci beaucoup pour tes réponses, très précises, mais ne t'inquiete pas pour moi et ma tendance au vol atmosphérique, quelques crashs sur saturne sont prevus aussi. De plus je me demandais si quelques comètes étaient impactables, je vais chercher ça de suite...

Je n'ai rien contre les vols atmosphériques, et d'ailleurs, j'en ai rajouté une grosse quantité sur la version orbiter jsmge qui vient de sortir (http://orbiter.dansteph.com/forum/index.php?topic=6849.msg107384#msg107384) avec 10 bases haute résolution pour se regaler avec la famille XR au complet.
Plusieurs dizaines de vols atmo possibles donc.
J'ai mis 42 mn pour faire un rochambeau / paris CDG le premier essai !
y a donc a gratter.
Mais comment ça patate...
La technique pour ces vols en XR2, c'est de monter a 50° jusqu'a + 20 km, puis de repasser a plat avec une Vs ~100 m/s de moyenne et d'utiliser les scrams jusqu'a mach 19 en visant l'objectif sur le HUD.
même trajectoire que pour une mise en orbite, sans le "pitch up" a 10° a la fin en moteur fusée.
j'en profite pour te mettre un lien sur une vidéo qui montre la technique d'utilisation du scram, au début de cette vidéo =>
http://orbiter.dansteph.com/forum/index.php?topic=5504.msg77635#msg77635

Le vol est si rapide que ça n'a pas le temps de bouger (la terre n'a pas le temps de tourner, juste 30mn de vol balistique entre mach 19 et ~14 a l'arrivée).
Et si ça bouge, il suffit de pencher l'avion a au moins 15° (si on est haut, on fait ces trajets normalement entre 60 et 50 km d'altitude).
le XR5 est bien amusant aussi, en le chargeant comme un bourricot.
pas trop non plus sinon les pistes sont trop courtes et on tombe a sec trop tôt !
En fait, il vaut mieux emporter 4 ou 6 reserves de fuel (pas besoin de scram) et remplir a ~400t (quand même...) le cargo.
Et la, c'est un lourdeau très amusant.
beaucoup d'inertie.

Même sur mars, tu peux en faire entre les 4 bases disponibles, dans un environnement en 3D.
c'est très rigolo le vol atmopshérique martien... sauf a l'arrivée.
le freinage atmo doit se faire très bas pour être efficace, c'est spectaculaire.
le scram fonctionne aussi la bas, même si c'est une hérésie physique, c'est po grave c'est trop amusant.
Donc j'ai mis la possibilité de refueler le scramfuel sur mars aussi (de défaut c'est impossible).
un départ ou une arrivée a port dao c'est vraiment somptueux, ambiance garantie.

aerobrake quasi indipensable pour ces vols, afin de savoir ou on en est en energie, même sans viser directement la cible.

m'enfin, comme tu vois, le vol atmo, je ne suis pas contre.
par contre se taper une mise en orbite terrestre (lune et mars, c'est un jeu d'enfant et c'est rapide) manuelle, c'est amusant qu'avec un scram (mais là c'est vraiment amusant, surtout le XR5 "raz la gueule" qui avance pas), sinon c'est juste endormant, je trouve.
Y a tellement de trucs plus intéressants a savoir faire.
Ceci n'étant rien de plus qu'un avis perso.

[cslevine]

Merci de ces précisions, c'est carrément passionnant. ... et voilà encore un super topic comme je les aime ....

[Centaur]

Pour rebondir sur le sujet (marrant ca rebondir, entrée atmosphérique) du scramjet en marsien, je ne pense pas que ce sois tant une héresie physique que cela. En ajoutant une injection d'O2 en début de compression (enrichissement en comburant du gaz compressé) on retrouve le fonctionnement. Ensuite les performances risquent d'être dégradées à cause des température le l'O2 hypothétiquement injectées qui sont en phase liquide... brrrr..


Au final est-ce plus rentable qu'une bon vieux moteur fusée... pas sur, mais possible, je n'en mettrais pas ma main a couper.



Centaur



Post Edited ( 01-12-12 14:20 )

[Carcharodon]

Je ne pense pas que ce sois tant une héresie physique que cela

Ba si quand même, dans la mesure ou l'atmosphère martienne est du CO2 (tu n'as pas d'oxygène libre dans cette atmosphère), il faudrait décomposer celui ci avant d'utiliser l'oxygène.
On a déjà du mal a faire fonctionner un scram en dehors d'une plage de 2 pauvres Mach (dans la réalité je parle) avec de l'oxygène libre a disposition dans l'air terrestre, s'il faut en plus procéder a un traitement chimique de l'atmosphère avant la réinjection, ça devient simplement impossible.

Le but du scramjet, rappelons le, est de se servir de l'oxygène atmosphérique pour ne pas avoir a l'emporter et donc économiser 7 fois la masse de l'hydrogène nécessaire au vol.
Si on a plus d'oxygène disponible, on ne peut simplement plus utiliser le scram.
L'utilisation d'un scramjet sur mars est donc une hérésie physique... mais c'est trop sympa a utiliser sur mars

[Centaur]

Scramjet= tuyère convergente divergente avec compression permise par la vitesse de l'engin et combustion avant le point col... Rien ne t’empêche d'enrichir en comburant le gaz en entrée de tuyère sans pour autant dissocier le co2 ce qui serait franchement aberrant. Mais c'est sur que dans une atmosphère possèdant de l'oxygène c'est plus facile a faire marcher.

[Carcharodon]

Ben le comburant, justement, c'est quoi... sinon du dioxygène (du O2 quoi, sans C)
faire réagir de l'hydrogène avec du CO2, y a du boulot quand même !
C'est ce comburant très massif (+ de 80% de la masse des ergols)  qu'il est intéressant d'exploiter en le tirant du milieu et non en l'emportant avec soi, dans le principe du scramjet.
mais si tu n'as pas d'O2 disponible, tu fais comment pour la réaction ?
H+O2 => H2O (on est presque déjà a ma limite en chimie LOL)
mais H+CO2 ... ? tu fais comment ?

[nulentout]

Coucou les copains,

A l'attention des copains pas très thermodynamiques voici un petit résumé :

* Toute combustion nécessite deux entités : Du carburant, du comburant.
* Le carburant c'est ce qui va brûler : Du charbon, du bois, du fer, des essences ...bref, tout ce qui peut "combustionner".
* Le comburant, c'est ce qui va activer la combustion. (Par oxydation en général d'ou parfois le nom d'oxydant)
* Sur Terre le comburant est partout : C'est l'air qui nous entoure, à condition qu'il ne soit pas totalement "combustionné".
* Dans l'espace ... pas d'air. Donc, outre le carburant, on doit emporter aussi le comburant dans le vaisseau.
* Dans l'espace, le bois et le charbon ne sont pas très rentables, car il faut aider à amorcer la combustion et surtout le pouvoir énergétique est très médiocre.
* Mais il existe des couples d'éléments chimiques qui mis en présence l'un de l'autre spontanément passent en combustion. C'est idéal pour simplifier les moteurs. On injecte l'un et l'autre dans de bonnes proportions dans la chambre de combustion et proutchiffftuitttpfff ... ça brûle. Qxygène et Hydrogène ont l'immense avantage de ne pas polluer, car à la sortie du moteur on obtient de l'eau ... sous forme gazeuse et non liquide ! Mais pour les RCS on utilise des ergols chimiques à haut pouvoir énergétique.
* Les ergols : C'est tout simplement les carburants et les comburants emportés quelles que soient leurs formes. (Solide liquide etc)

P.S : Certains vont se demander si je n'ai pas perdu un peu la raison en citant le fer comme carburant.
Non, ça va encore dans mon ciboulot.
Le fer brûle sans problème s'il n'est pas en bloc. Limez un morceau de fer, récupérez la limaille et laissez tomber cette dernière sur la flamme d'une bougie ... vous verrez le fer se consumer immédiatement. Du reste les belles fusées des feux d'artifices utilisent une bonne part de métaux divers sous forme poudreuse dans leur formule.



Message modifié ( 12-01-2012 08:30 )

[Centaur]

En ajoutant une injection d'O2 en début de compression (enrichissement en comburant du gaz compressé) on retrouve le fonctionnement. Ensuite les performances risquent d'être dégradées à cause des température le l'O2 hypothétiquement injectées qui sont en phase liquide... brrrr..


Au final est-ce plus rentable qu'une bon vieux moteur fusée... pas sur, mais possible, je n'en mettrais pas ma main a couper.

Je pense que dans sa tete, le scramjet ne s'interesse pas trop de savoir si l'atmosphère possède de l'oxygène ou non. Si on lui donne a manger un air avec la bonne pression et de l'O2 et du carburant et il nous passe de l'énergie cinétique. Et donc dans une atmosphère sans oxygène, on peut emporter de l'oxygère en rab avec nous et l'injecter dans l'air avant la compression.

[Carcharodon]

Centaur a écrit:
Je pense que dans sa tete, le scramjet ne s'interesse pas trop de savoir si l'atmosphère possède de l'oxygène ou non.

Ben si, la chimie, c'est pas du pifomètre, c'est des réactions très spécifiques.
Si pas d'oxygène, alors pas de scramjet, c'est pas une hypothèse, c'est une réaction chimique parfaitement connue.
Rappelons que l'atmosphère martienne, c'est avant tout du CO2, donc c'est inutilisable par un scramjet, sauf, comme déjà précisé, a dissocier au préalable le carbone de l'oxygène avant reinjection de l'oxygène dans le scramjet pour qu'il puisse réagir avec l'hydrogène afin de produire de l'eau et de la poussée.
Ce qui est bien entendu impossible et ce qui fait que l'utilisation d'un scramjet sur mars est une complète hérésie physique.

Si on lui donne a manger un air avec la bonne pression et de l'O2 et du carburant et il nous passe de l'énergie cinétique

Le but du scramjet est unique : remplacer l'oxygène embarqué par une fusée par l'oxygène de l'environnement afin d'économiser plus des 3/4 de la masse au décollage.
Il est donc hors de question d'emporter de l'oxygène pour l'injecter dans un scramjet, car dans ce cas (si on embarque l'oxygène au lieu de le puiser dans l'atmosphère), on utilise un moteur fusée qui est considérablement plus simple a mettre en œuvre et qui offre un meilleur rendement qu'un scramjet.

[Centaur]

Bon je prend une architecture de scramjet, et je l’emmène su mars, pas d'oxygène, j'en injecte donc en amont de convergent...
Est ce que ca marche... oui, est ce que ca a un interet? douteux... est ce une hérésie scientifique? Assurément non.

Comment appelle tu cela? Moi j'appelle cela un scramjet.

Même architecture, sur titan, présence de méthane (carburant) dans l'atmosphère...
J'injecte de l'O2 mais pas de carburant... ca marche? oui... un interet? surement plus que dans le premier cas... un hérésie? non plus.

Tu appelle cela comment? Moi j'appelle cela un scramjet.

[Pagir]

Centaur a écrit:
[...]

Tu appelle cela comment? Moi j'appelle cela un scramjet.

Par définition, un scramjet est un réacteur atmosphérique, donc puisant son oxygène dans l'air ("airbreathing" en anglais).

Si le réacteur ne puise pas son oxygène dans l'air, il ne répond pas à la définition de scramjet.

Ça veut pas dire que c'est pas une idée, ça veut juste dire que tu as la possibilité de lui dégoter un joli nom qui n'a pas encore de définition

[Centaur]

Merci pour la juste precision. Je me limiterais donc a statoreacteur. Cependant, atmosphérique en français sous entend atmosphère mais pas atmosphère avec oxygène. Pour "airbreathing" je dirais pareil, air ne veux pas dire oxygène et breathing sous entend respirer donc pas forcemement de l'oxygène (enfin la je cherche la petite bête, voire très petite, cad quelques bactéries sur terre si je me souviens bien qui respirent de l'azote).

Mais je me limiterais a statoreacteur.