- This topic has 22 replies, 4 voices, and was last updated 11 years, 3 months ago by
.
- Posts
Voici comme promis le topic coilgun :
I_qu’est-ce qu’un coilgun ?
(En gros : un cours d’électromag.)[spoiler:3g3siohv]Un coilgun, c'est un canon électromagnétique qui envoie un projectile MAGNETIQUE et a priori isolant (contrairement au railgun qui tire un projectile conducteur, éventuellement magnétisé pour certains modèles).
Pour cela il faut exercer une force importante sur le projectile (ici un aimant) sur une durée la plus longue possible.
En pratique, on utilise la force s'exerçant sur un dipôle magnétique plongé dans un champ magnétique non uniforme (cad qui varie dans l'espace).
Sa formule est F=(M.grad)(B) et dans le cadre d'une modélisation simple, l'opérateur gradient (grad) peut se résumer à la dérivée par rapport à l'abscisse.En gros, si on tire selon l'axe x, la formule devient F = M.(dB/dx) , d'où l'importance de créer un champ magnétique qui varie dans l'espace.
Voilà : pour créer un coilgun il suffit d'un CM qui varie beaucoup et d'un dipôle magnétique de moment important (donc un aimant puissant, mais pas trop lourd)[/spoiler:3g3siohv]
II_ Comment on en fabrique un ?
[spoiler:3g3siohv]Dans l'industrie, pour produire des CM (champs magnétiques) intenses, on utilise généralement des électroaimants, mais leur géométrie et leurs contraintes de montage (notamment en ce qui concerne la canalisation du CM) les rendent inappropriés pour un canon.
Donc on utilise une bobine pour créer un CM et comme elle n'est pas infinie, celui-ci varie à l'extérieur (notamment juste au bord), d'où la création d'une force par circulation d'un courant dans la bobine.
En pratique, on obtient le courant en déchargeant une grosse batterie de condos dans le bobinage.En bref, le principe c'est ça :
Dans un modèle simple comme celui-là, l'allure de la force est :
(En rouge l'allure de l'intensité du CM et en vert celle de l'intensité de la force_ extrémités de la bobine en x=0 et x=0,1)Remarque : ces tracés correspondent à un instant donné : leur amplitude diminue avec le temps à mesure que l'intensité diminue (décharge d'un condensateur)
Vous remarquerez aussi que cela nécessite de couper le courant à partir de la moitié de la bobine, sinon la force change de signe et le projectile est freiné. Le problème c'est que dans une bobine, le courant est continu (cf. cours de physique de première S 😎 ) donc on doit couper la tension avant pour laisser au courant le temps de s'atténuer afin de ne pas freiner le projectile lorsqu'il arrive dans la 2è moitié de la bobine.
C'est pour ça qu'on utilise souvent plusieurs étages de bobines pour accélérer plusieurs fois le projectile et compenser le freinage des bobines.
On obtient des montages comme ceci :
Par contre ça demande une coordination très précise entre les allumages des bobines.[/spoiler:3g3siohv]III_ Alors, railgun ou coilgun ?
[spoiler:3g3siohv]Le coilgun présente de nombreux avantages par rapport au railgun :
Vis à vis de l'usure du système, les railguns ont l'énorme inconvénient de s'user très vite à cause de l'effet Joule considérable (fonte partielle des rails et du projectile), des frottements solides dynamiques (difficilement contrôlables car on a besoin d'avoir un contact métal/métal), et de la force parasite qui tend à faire s'écarter les rails.
Avec un coilgun, il n'y a aucun contact entre le projectile et les enroulements de la (des) bobine(s), et on peut choisir le matériau qui supporte le projectile et le bobinage pour minimiser les frottements.
De plus, aucune force parasite ne vient menacer l'intégrité de la structure.Au niveau des performances : la force dans un railgun est proportionnelle à l'intensité au carré, alors que dans un coilgun elle est simplement proportionnelle à l'intensité, ce qui peut induire un écart de performances si la résistance totale du montage est mal optimisée.
Le coilgun étant peu (voire pas) testé actuellement, on a peu de résultats expérimentaux concernant leurs puissances atteignables, mais les études théoriques menées actuellement semblent indiquer que le coilgun peut aisément dépasser les performances du railgun à terme.L'inconvénient majeur du coilgun par rapport au railgun est son encombrement et son coût:
Pour réaliser un coilgun efficace, on peut l'optimiser en augmentant le nombre de couches de spires, augmenter le moment magnétique du projectile, peut-être même utiliser une bobine supraconductrice (mais là, attention à la chaleur due à l'effet Joule! ). Cependant, toutes ces méthodes sont extrêmement chères compte tenu du prix du cuivre (qui reste le conducteur le plus efficace pour ce genre d'utilisation) et du prix d'une installation supraconductrice à l'hélium liquide.
De plus, l'augmentation du nombres de spires, l'optimisation du circuit de décharge, ainsi que l'installation de systèmes cryogéniques pour le refroidissement augmente énormément le poids et le volume du montage, ce qui est assez :bigsmile: gênant si on veut rester discret et maniable (puisque les principales applications concernent la balistique militaire)
Par ailleurs, augmenter significativement l'aimantation sans perturber les systèmes de guidage internes est très compliqué si on veut rester dans des prix raisonnables (car les matériaux aimantés avec un bon rapport aimantation/poids sont souvent composés d'un alliage de néodyme qui est difficile à mouler et plutôt cher)
Et puis à cause du coefficient d'autoinductance qui peut vite grimper si la bobine est améliorée, le courant augmente lentement lors de l'impulsion (décharge des condos), ce qui diminue énormément la force exercée car le projectile part dès l'instant initial et entre dans la zone où la force diminue (voir graphe section II, abscisse x de 0.1 à 0.15) avant qu'on soit à intensité maximale. Donc on perd énormément en efficacité.
Pour toutes ces raisons, le coilgun peut dépasser le railgun mais pas avant quelques années[/spoiler:3g3siohv]
IV_ Mon petit coilgun :good: et ses performances (vidéos à suivre)
[spoiler:3g3siohv]J'ai fabriqué une petite maquette de coligun pour faire les mesures de mon TIPE (si vous savez pas ce que c'est : :google: )
Donc en fait j'ai juste fait une bobine et j'ai acheté des aimants aux dimensions de mon tube de support :Oo: :
10 cm de long pour 4 épaisseurs de bobine (résistance totale de 3 ohm), diamètre intérieur du tube : 8.4 mm
projectile : aimant cylindrique de 30 mm de long et de 8 mm de diamètrePour le circuit de décharge, les 5 plus gros condos du labo d'élec. donc 5 fois 1 mF, pour une tension de service de 25 V soit au total 1.56 J d'énergie disponible :
Avec un montage d'optocoupleurs,
j'ai mesuré la vitesse en sortie, ce qui me donne un rendement énergétique de 10 % pour le système de conversion énergie magnétique -> énergie mécanique (En fait j'ai retranché les pertes par effet Joule car elles ne concernent que le système de transmission. Elles consomment 1.44 J soit 92% de l'énergie disponible! )
Finalement j'ai une vitesse en sortie de l'engin de 1.7 +/- 0.1 m/s ce qui est pas mal du tout compte tenu des dimensions de mon système !
Avec ma bête de guerre je peux enfin dominer toute ma prépa mouahaha !! :mechant:
….
:jesors:[/spoiler:3g3siohv]J’espère que ça vous a plu et je mets les vidéos dès que possible.
J’ai parcouru rapidement… et c’est un très bon topic 😉
Je le lirai entièrement dès que j’ai le temps.Très intéressant ! Tu as passé combien de temps dessus ? L’installation est très propre en tout cas, pas comme ce que j’ai pu faire dans mon garage.
Maintenant il faut passer à la version 1 mega joule !J’ai du passer une dizaine d’heures pour le montage, notamment en ce qui concerne les circuits imprimés des capteurs (j’ai du les refaire 5/6 fois :triste: )
Ensuite pour la modélisation du phénomène, acquisitions et tracé des courbes théoriques, ça m’a pris autant car j’ai utilisé plusieurs méthodes, et j’ai aussi fait varier les paramètres initiaux à la recherche de lois de dépendance.
Donc avec la synthèse de tout ce boulot et l’édition pour transparents de rétroprojecteur (parce qu’on aime bien se la jouer rétro aux concours
) ça m’a pris en tout une trentaine d’heures, étalées sur 4 mois (avec une grande pause au milieu à cause des écrits)La navy tire à 32 MJ sur le dernier prototype de railgun et prépare un tir à 64 prochainement
Mon étude me donne pour ma maquette un rendement de 10 % et avec mon modèle théorique 35 %
Comme j’ai négligé pas mal de pertes dans mon modèle, je me dis que c’est le rendement maximal atteignable, donc qu’un bon système industriel peut atteindre un rendement de 25 % en énergie.Donc avec 30 MJ en entrée et un projectile de 5 kg, mon étude me donne 6200 km/h environ, ce qui approche pas mal les 9000 annoncés pour le railgun
Wow cool ce topic,pas mal avec la petite animations pour faire comprendre au gens, c est cool! 😉
J’ai hate de voir les test !!
Voici une première vidéo !
C’était pendant les tous premiers essais[video:39q153d1]https://www.youtube.com/watch?v=FG_atcp41-o[/video:39q153d1]
haha je suis ton premier abonné sur Youtube :langue:
Et pour ta 2e vidéo… (http://youtu.be/0WkVMcykd1w) tu dis que l’aimant est après la bobine. Il devrait être avant :confus:Grrr fallait pas mettre le lien je voulais uploader la vidéo sur le site 👿
Pas grave :bigsmile:Non l’aimant n’est pas de l’autre côté par rapport au système de mesure. Cf le 1er message, si je le mettais là la force exercée ferait partir l’aimant dans le mauvais sens.
On ne peut pas non plus faire traverser la bobine à l’aimant depuis l’extrémité opposée aux capteurs, jusqu’à l’extrémité opposée (puis vers les capteurs) pour la simple raison que, dans ce cas, à l’extrémité près des capteurs, la force serait opposée et freinerait le projectile.
J’aurais pu aussi faire partir l’aimant de l’autre côté et couper le courant avant que la force ne change de sens (comme sur l’animation du 1er post), mais ça demandait une trop grande puissance et une synchro parfaite (ça aurait pris trop de temps)
Tu peux toujours mettre la vidéo (j’enlèverai le lien).
si je le mettais là la force exercée ferait partir l’aimant dans le mauvais sens.
Suffit de retourner l’aimant
Mais normalement, les condos sont tellement vite déchargés, qu’une fois que le projectile est dans la bobine, ils sont vides…salut,
T’est plutot bien equipé ! 🙂
Il marche bien ! tu va en refaire un plus gros ? il me parait pas enormément puissant,c est dû aux condo que tu utlise ? tu prevois une version 2.0 ? 😀
si je le mettais là la force exercée ferait partir l’aimant dans le mauvais sens.
Suffit de retourner l’aimant
Mais normalement, les condos sont tellement vite déchargés, qu’une fois que le projectile est dans la bobine, ils sont vides…Si je retourne l’aimant ça part dans l’autre sens et là : force contraire à l’autre extrémité…
Et justement c’est ça le pb: ça part tellement vite que les condos ont pas le temps de se décharger
Là tu vois la décharge des condos (en tension donc proportionnelle à l’intensité à un facteur 1/3 près car résistance de 3 ohm)
Là tu vois le tracé modélisé de la vitesse en fonction de l’abscisse (courbe paramétrée par le temps)
En jaune : cas réel
En vert : cas hypothétique où l’intensité est constanteOn voit qu’il n’y a presque pas de différence !! C’est parce que l’aimant est sorti de la zone d’influence (cf post 1) de la bobine avant même que les condos se soient déchargés totalement. Donc y’a bien une intensité non négligeable quand tu arrives à l’autre extrémité et c’est pour ça que ça marcherait pas.
Ou alors je peux mettre l’aimant au milieu de la bobine et booster la puissance pour vaincre les frottements (donc nb de couches x10 et gros condos) et là je gagne en efficacité par rapport au modèle où je suis à l’extrémité!
@yvariro : C’est le matos du labo de ma prépa que j’utilise donc forcément chuis équipé :smile1:
Comme je compte pas redoubler et que j’ai tout laissé là-bas… Je laisse le soin à un futur 2è année de faire la v 2.0 😎Ah ? Ben c’est bizarre moi je les vois (uploadées depuis ma dropbox)…
Essaie avec Google Chrome c’est le navigateur que j’utilise et ça marche…Bon sinon j’arrange ça demain
- You must be logged in to reply to this topic.