Esparron Alexis, Ponson Robin, Pratoussy Martin 1èreS2 Lycée Blaise-Pascal
Consommation et puissance nécessaire au fonctionnement de l'aéroglisseur
Consommation de l'aéroglisseur
Tout véhicule (tout être vivant aussi) devant se déplacer devra consommer de l’énergie. L’aéroglisseur, du fait du faible niveau de frottement sur la surface qu’il survole, consomme peu. Il n’a pas de carène dans l’eau, donc il n’a pas besoin de pousser une énorme masse d’eau pour avancer. En effet, grâce au coussin d’air, les frottements et la traînée sont réduits au strict minimum, sur l’eau comme sur le sol. Un aéroglisseur consomme nettement moins que d’autres engins à vocation similaire. De plus, il peut généralement bénéficier des évolutions des moteurs et des carburants (diester, éthanol, biocarburants,…) et même envisager des solutions hybrides.
Ces aptitudes amphibies lui permettent de transiter directement du sol vers l’eau et inversement, sans même réduire son allure et dans un confort constant. Les grandes infrastructures (canaux, ports, jetées, etc.) si lourdes de conséquences sur la nature, deviennent inutiles. Il est ainsi plus facile de conserver la situation naturelle d’un lieu qui devient pourtant accessible sans impact significatif réduisant ainsi l'impact de l'aéroglisseur sur l'environnement.
Compte tenu de la faible pression exercée par le coussin, il n'a pratiquement aucun impact sur les surfaces pratiquées – en comparaison : un humain applique entre ~ 200 et 2000 gr/cm2 selon son allure alors qu’un aéroglisseur applique entre 10 et 40 gr/cm2 selon sa taille et quelle que soit sa vitesse.
Dépenses énergétiques et puissance nécessaire au fonctionnement
Le principe de sustentation éliminant les frottements avec le sol, la puissance nécessaire à celui-ci pour se mouvoir et mettre en place son coussin d'air en est donc considérablement réduite. Seule la résistance à l'air dépendant du coefficient de trainée (cx) de l'engin rentre en compte.
Prenons l'exemple d'un aéroglisseur de forme rectangulaire ayant pour dimensions celles d'une Renault Clio IV, voiture excessivement courante, soit L=4,O62m et l=1,732m, un poids de 864kg identique à une Twingo III symbolisant la différence d'équipements avec la Clio (système électrique, roues, matériaux...) et un poids supérieur à celui-ci pour un engin de cette dimension, étant impossible. Prenons également une hauteur de sustentation h=20mm. La température est de 15°c (moyenne terrestre à 0m d'altitude) et la densité de l'air est de 1,225kg/m3 (densité de l'air sec au niveau de la mer à cette température de 15°C notée ρ).
Calcul de la puissance nécessaire au fonctionnement
de cet aéroglisseur :
L'aéroglisseur est en état d'équilibre mécanique donc d'après la première
loi de Newton ou principe d'inertie, la somme des forces s'exerçant sur
celui-ci au repos =0.
Surface aéroglisseur(S)=L*l
=4,062*1,732
=7,035m²
Action gravitationnelle exercée par la Terre sur l'aéroglisseur = poids de l'aéroglisseur=P=m*g
avec g=9,81m.s-²
P=m*g
=864*9,81
=8,48 kN
Grâce à la surface (S) et le poids (P) de l'aéroglisseur, nous pouvons ainsi obtenir la pression (p) de l'air sous l'aéroglisseur afin de le maintenir au dessus du sol avec p=F/S et F=P.
p=F/S
=8475,84/7,035
=1,21 kPa
Enfin, à l'aide de ce calcul, nous avons la possibilité de calculer la vitesse d'échappement (V) de l'air sous le coussin d'air en utilisant la relation suivante :
p=(1/2)ρV²
donc: V=√((2*p)/ρ)
soit: V=√((2*1,21*10^3)/1,225)
=44,4 m.s-1
On sait que l'aéroglisseur est en sustentation à 20mm du sol. La surface (S') de l'échappement de l'air =périmètre de l'aéroglisseur (Paero)*hauteur de sustentation (h=20mm=0,020m).
donc: S'=Paero*h
=((L+l)*2)*h
=((4,062+1,732)*2)*0,020
=11,59*0,020
=0,23m²
À partir de ces résultats nous déterminons le débit volumique perdu (Q) avec Q=V*S'.
ainsi: Q=V*S'
=44,4*0,23
=10 m^3.s^-1
L'air devant être renouvelé pour compenser les fuites et assurer un bon fonctionnement de l'engin ainsi qu'un bon équilibre de celui-ci, le moteur doit donc fournir 10 m^3 d'air par seconde.
Ainsi, nous pouvons démontrer la puissance nécessaire à cet aéroglisseur pour le soulever à la hauteur (h) souhaitée de 20mm en appliquant: Puissance=Q*p
Puissance=Q*p
=10*1,21*10^3
=1,2*10^4W=12kW=16cv
Puis la dépense énergétique en kW/h avec: Dépense=Puissance(P)*Durée d'utilisation(D)
Dépense=P*D
=12*1
=12kW/h
L'aéroglisseur emploie donc un moteur de 16cv et a une dépense énergétique de 12kW/h.
En comparaison, une Clio a besoin d'un moteur d'au moins 90cV pour se déplacer. Même en considérant la différence de poids, on constate ainsi que l'aéroglisseur a besoin d'une moindre puissance et donc d'un moteur bien plus petit que celui de la Clio et donc que d'une voiture de taille équivalente.
