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 diamètre

Pour 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.