Fichier:Gabrielli-von Karman, update2004.png
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DescriptionGabrielli-von Karman, update2004.png |
Français : Mise à jour 2004 du diagramme de Gabrielli-von Karman donnant la finesse "totale" des différents modes de transport. Cette mise à jour a été faite par l'l'Imperial College's railway Research Group. La finesse du TGV Duplex et celle de deux type de vélo ont été ajoutés.
English: 2004 update of the Gabrielli-von Karman diagram giving the "total" L/D ratio of the different modes of transportation. This update was made by the Imperial College's railway Research Group. The total L/D ration of the TGV Duplex and that of two types of bicycles have been added. |
Date | |
Source | Travail personnel |
Auteur | Bernard de Go Mars |
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La plus grande part de ces courbes viennent de la mise à jour (en 2004) du diagramme de 1950 Gabrielli-von Karman par l'Imperial College's railway Research Group.
Il est important de noter que, même pour cette mise à jour de 2004, la finesse est définie comme le quotient du poids total du véhicule (avec sa charge marchande) sur la traînée maximale (à vitesse maximale, donc).
La traînée maximale est obtenue par le quotient de la puissance maximale appliquée au véhicule par la vitesse maximale. Il resterait donc à tenir compte du rendement de propulsion pour affiner la valeur de la traînée maximale.
Dans certains cas, cependant, comme dans le cas de jets (avions à réaction de transport de passagers) c'est la poussée des réacteurs qui est connue (elle est bien strictement égale à la traînée).
Dans tout ce diagramme, les courbes en trait fin sont les courbes de 1950 et les courbes de la même couleur en trait plus fort sont celle de 2004.
La finesse "totale" dessinée dans ce diagramme ne représente pas vraiment le coût du transport de marchandises ou de passagers. Son défaut est de donner une prime à la masse du véhicule. Une vision plus précise du coût du transport est le diagramme de la "finesse commerciale", quotient de la charge utile (ou payante) par la traînée maximale du véhicule :
"Commercial airplanes" dans la mise à jour de 2004 et "Airplane, commercial" dans le diagramme de Gabrielli-von Karman de 1950. Il conviendrait de faire la séparation entre les avions à hélice (turbo-propulseurs) et les avions à réaction.
Le TGV du record du monde a atteint 574,8 km/h avec une puissance de 19,7 MégaW. Il pesait 268 tonnes. Ces données, ainsi qu'un rendement de propulsion de 0,88, suffisent à calculer la finesse totale indiquée.
Cette limite technologique actuelle est un simple constat. Depuis le diagramme de Gabrielli-von Karman (en 1950) la limite s'est un peu déplacée.
Les flèches indiquent le déplacement des courbes de 1950 à 2004 (date de la mise à jour de l'Imperial College).
Dans tous ce diagramme, les courbes en trait fin sont les courbes de 1950 et les courbes de la même couleur en trait plus fort sont celle de 2004.
Cette courbe donnant la finesse totale du vélo est tirée du diagramme de Gabrielli-von Karman de 1950.
On constate que le Coefficient de résistance au roulement (Crr) qui correspond à cette courbe est quatre fois plus fort que celui des moins bons pneus actuels.
La courbe "Vélo(Crr = 0,006)" donne une meilleur idée du transport par bicyclette moderne.
Il est probable que cette courbe soit basée sur la force propulsive donnée à la roue par le cycliste, mais il faut se souvenir que l'énergie mobilisée par le corps est quatre fois plus forte (en moyenne) que l'énergie mécanique réellement produite (l'énergie mobilisée pouvant être mesurée par la consommation d'oxygène). Ceci revient à dire que les muscles humains ont un rendement proche de 25 % [1], 75 % de l'énergie mobilisée étant transformée en chaleur par les muscles.
Cette courbe pour le cheval est tirée du diagramme de Gabrielli-von Karman de 1950.
Cette courbe donne une meilleur représentation du transport par bicyclette moderne. Pour la tracer, on a pris la même masse totale que pour la courbe "Vélo" ainsi que le même . Il est utile de constater que sur sa gauche (pour les très faibles vitesses), cette courbe prend comme asymptote la finesse , soit ici .
Les courbes de la finesse totale des "Navires marchands", "Ferries" et "Bateaux de croisière en nombre" sont alignées.
Depuis la mise à jour de 2004 par l'Imperial College, il semble que la vitesse des avions à réaction de transport de passagers ait diminué. Par contre le nombre des jets d'affaire (ou "jets privés") a augmenté, ce qui peut tirer la courbe vers la droite.
On remarque que les automobiles de compétition constituent le mode de transport qui présente la plus faible finesse. Elles sont donc le mode de transport le plus couteux en énergie.
Les trains de marchandises bénéficient du très bas coefficient de résistance au roulement (Crr) des roues en acier sur l'acier des rails. Ce Crr va de 0,0010 à 0,0024. L'inverse de ce coefficient de résistance au roulement (soit de 416 à 1000) est l'asymptote de la courbe de finesse pour les faibles vitesses (lorsque la traînée aérodynamique est négligeable).
On peut noter que les courbes "Automobiles", "Poids-lourds (avec ou sans remorque)" et "Vélo (Crr = 0,006)" sont plus ou moins dans le prolongement l'une de l'autre. Cela s'explique par le fait qu'automobiles et poids lourds sont des véhicules roulant basés sur des technologies assez proches. D'autre part, aux faibles vitesses, automobiles, poids lourds et vélo présentent des coefficient de résistance au roulement du même ordre.
Dans son ouvrage "AERODYNAMICS", Karman présente ainsi ce diagramme :
"Les données représentées dans ce diagramme ne sont pas des valeurs moyennes mais les meilleures valeurs [à l'époque de la réalisation de ce diagramme]. Donc [la finesse] indiquée par chaque courbe représente la valeur [maximale] atteignable par le mode de transport considéré à chaque vitesse [à l'époque de la réalisation de ce diagramme]."
Pour cette traduction des propos de Karman, nous avons inversé ci-dessus certains termes puisque le diagramme d'origine de Gabrielli et von Karman dessinait en ordonnées l'inverse de la finesse.
Les auteurs de la mise à jour de 2004 (l'Imperial College) ont repris le même principe consistant à dessiner, pour chaque mode de transport, la courbe des véhicules les plus performants du point de vue énergétique...
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30 mai 2020
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actuel | 30 mai 2020 à 17:04 | 756 × 887 (61 kio) | Bernard de Go Mars | Uploaded own work with UploadWizard |
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