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Afficher la version complète : dirigeable sous vide



Snipeersdimages
26/05/2021, 07h05
Quelqu'un a t il déjà pensé à construire un dirigeable sous vide ?
le MIT a mis au point un matériau à base de carbone dix fois plus solide que l'acier, pour une densité 20 fois inférieur. on devrait pouvoir faire décoller une sphère creuse avec seulement une pompe à vide ?
ce genre d'engin permettrait le transport partout dans le monde sans route !

Il ne risque pas de bruler, et n'utilise que de l'énergie.

ça parait tellement miraculeux que je m'étonne que ce ne soit pas encore fait ?

Igloochien
26/05/2021, 09h38
C'est le problème des concepts. Sur le papier, tout est possible mais avec les effets d'échelle où les difficultés de réalisation ou industrielle apparaissent, c'est une autre paire de manche. Avoir un matériau x fois plus résistant que l'acier et Y fois plus léger ne suffit pas et ce n'est pas un objectif en soi. Ce qui compte en l'espèce, c'est avoir un volume étanche dont le poids d'air est suffisant pour l'emport souhaité et c'est sans doute la résistance de ce volume aux pressions externes sur de si grandes surface qui limite les enthousiasmes (du fait du poids du des raidisseurs à prévoir par exemple ou des accroches de la charge utile). Après, il y a aussi le prix qui, s'il est hors d'atteinte des solutions classiques, va freiner le développement et laisser le projet au stade de concept ou de prototype.

Ca fait longtemps que la soie des araignées est connue pour avoir des propriétés supérieures aux meilleures fibres comme le kevlar (par exemple), ce n'est pas pour autant que les cordes d'escalades ou les élingues des ponts sont faites avec.

Un jour sûrement ...

schwalbe 1
26/05/2021, 16h15
hello si c'est des nano tubes de carbone dont il s'agit , leur mise en oeuvre n'est pas aussi simple que ça et actuellement c'est un produit de laboratoire , un peu de marge avant de concevoir des structures macroscopiques; en théorie avec cette structure l'ascenseur spatial devient "presque" possible sauf que tisser une structure de + de 36000 km sans défaut , c'est aussi possible sur le papier mais pas en réalité !!!

Acetronics2
26/05/2021, 18h32
Il serait fort intéressant de d'abord calculer le volume du bidule en fonction de la charge à transporter ( 1 ère approximation ... ) et ensuite en déduire les efforts sur la structure de " la chose " ...

je présume ( mon Cher Watson ) que ça recentrerait sérieusement le débat ...

Mais bon, ...

Alain

sollac
26/05/2021, 19h45
Bonjour à tous
Faisons l’exercice très très à la louche (et j’espère que certains d’entre vous feront la vérif et me corrigeront car il m’arrive souvent de me tromper, notamment dans les unités)

L’air pèse 1,2 kg pour un m3 (un mètre cube: flute...j'arrive pas à écrire le 3 en caractère exposant ! vous traduirez...)

Imaginons une sphère d’un m3, son rayon est de r=0,62 m (volume= 4/3 πr3) et sa surface est de 4,84 m2 (S=4πr2)

Je prends une masse volumique d’un composite carbone époxy, d’environ 2,5kg/dm3 (donc par litre)

Pour que cette sphère composé d’une coquille en carbone époxy pèse le poids d’un m3 d’air donc 1,2 kg, son épaisseur de peau doit être d’environ 0,1 mm pour une surface de 4,84 m2.

La coquille doit résister à la différence de pression (P0 atmosphérique extérieur 105000 Pa et P=0 vide intérieur)

Sous cette différence de pression, la contrainte dans la peau d’une sphère de rayon r et d’épaisseur e (très faible par rapport à r), vaut (P0 r) / (2e), soit dans notre cas une contrainte de 328 MPa pour un matériau isotrope (mêmes caractéristiques mécaniques dans toutes les directions)

Maintenant si on revient à la réalité, on compte la moitié de la masse (environ 500 g) pour l’accastillage, donc la peau doit être à la louche deux fois plus fine pour respecter le poids total de 1,2 kg, donc 5/100 mm d'épaisseur.

Du carbone de limite élastique à 328 MPa : ça le fait en traction, en compression ce qui est notre cas ici: j’en sais rien, je pense que ça doit flamber (mécaniquement) facilement avec si peu d ‘épaisseur (s’il y en a un qui a envie de calculer un flambage d’Euler (si c'est bien celui là) d'une sphère en compression…go)

Sommes-nous capables de faire une sphère parfaite aussi fine, car le moindre défaut fout tous ces calculs en l’air

Il faudra mettre des fibres de carbone dans toutes les directions car ce matériau n’est pas isotrope bien sûr…

vérificateurs/Correcteurs êtes vous là ? 😊
a+
Michel

Franck.A
26/05/2021, 19h54
Bonsoir Michel,


Du carbone de limite élastique à 328 MPa : ça le fait en traction, en compression ce qui est notre cas ici: j’en sais rien, je pense que ça doit flamber (mécaniquement) facilement avec si peu d ‘épaisseur (s’il y en a un qui a envie de calculer un flambage d’Euler (si c'est bien celui là) d'une sphère en compression…go)

Sommes-nous capables de faire une sphère parfaite aussi fine, car le moindre défaut fout tous ces calculs en l’air
Tu as tout dit ;-) Et quand bien même on saurait réaliser une sphère parfaite, la moindre pichenette en un endroit de la paroi la fera collapser instantanément... et plop, par terre....
Pour qu'un tel système fonctionne, il faudrait l'étayer par une structure interne type treillis, qui pèsera certainement bien plus lourd que le gaz économisé en faisant le vide.

Igloochien
26/05/2021, 21h36
Bonjour à tous

Sous cette différence de pression, la contrainte dans la peau d’une sphère de rayon r et d’épaisseur e (très faible par rapport à r), vaut (P0 r) / (2e), soit dans notre cas une contrainte de 328 MPa pour un matériau isotrope (mêmes caractéristiques mécaniques dans toutes les directions)



Je ne suis pas un spécialiste de la mécanique mais pour une sphère, la contrainte c'est Pr/2 Pi e. Dans ton appli numérique, elle n'est donc "que" de 100 MPa. Déjà, on est très en dessous de la contrainte à rupture en compression d'un composite C qui est de 1250 MPa et très certainement de la limite élastique vu le caractère très peu résilient de ces composites. C'est la première condition sine qua non.

Ensuite, la contrainte critique (cas du flambage élastique au sens d'Euler) d'une sphère sous pression hydrostatique est

Ee/r * 1/SQRT(3(1-v²)) (avec r le rayon, e l'épaisseur, E le module d'Young et v le coeff de Poisson).

Pour une sphère "carbone", on ne peut pas dire que ce soit une nanosphère (dommage, le module d'Young d'un nanotube, c'est 1100 Gpa) car 0,6 m ce n'est pas tout à fait nano :) . On va conserver le composite epoxy - fibres de carbone, 2 matériaux à modules très éloignés (l'époxy c’est 2 à 3 GPa et la fibre de C , c'est 650 GPa) pour lequel on obtient en général guère mieux que 70 Gpa. Côté coeff de Poisson, c'est 0,4. Avec ces valeurs, l'appli numérique de la formule ci-dessus donne une contrainte critique de 7,34 MPa --> Boom !

Résultat, pour une sphère de 1 m3 et de 1/10 mm d'épaisseur, c'est à dire à peine foutue de lever son propre poids, rien que de la refermer en haut de la tour Eiffel et de redescendre avec, elle pète pratiquement dans les mains de son porteur arrivée au champ de Mars, comme une bulle de savon. Cette image de la tour Eiffel pour illustrer qu'on est très très très ... loin d'avoir fait le vide à l'intérieur pour qu'elle implose.

Comme ça va empirer avec la taille, voilà qui répond à l'étonnement de notre ami quant à la non réalisation de cette idée. Vu les ordres de grandeur, ce n'est pas de sophistiquer les calculs qui apportera ce qui manque.

Bracame
26/05/2021, 22h10
Bonsoir,

Si on regarde l"existant, on a le savoir faire dans le domaine pour ce qui est de la forme de la structure résistante à la pression :

Sphère de bathyscaphe (creuse ;-)

https://wwz.ifremer.fr/var/storage/images/_aliases/fullsize/medias-ifremer/medias-grands_fonds/engins/bathysphere/772372-1-fre-FR/Bathysphere.jpg

En plus moderne et certes moins résistant à la pression un sous marin du futur :

https://static.actu.fr/uploads/2020/10/10024-201023183212240-001917922603892451508.jpg

Maintenant, c'est le matériaux et le maillage de la structure qui rendra cela possible ... Pour la légèretés.

Quand je lis cet article (à portée de tous) (https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/physique-graphene-mit-cree-materiau-plus-resistant-acier-aussi-leger-plastique-16203/) et que l'on pense que l'aviation a "juste" un bon siècle 1/3 : Ben c'est pour bientôt ce genre de ballon :-D

schwalbe 1
27/05/2021, 04h25
Bonsoir,

Si on regarde l"existant, on a le savoir faire dans le domaine pour ce qui est de la forme de la structure résistante à la pression :

Sphère de bathyscaphe (creuse ;-)

https://wwz.ifremer.fr/var/storage/images/_aliases/fullsize/medias-ifremer/medias-grands_fonds/engins/bathysphere/772372-1-fre-FR/Bathysphere.jpg

En plus moderne et certes moins résistant à la pression un sous marin du futur :

https://static.actu.fr/uploads/2020/10/10024-201023183212240-001917922603892451508.jpg

Maintenant, c'est le matériaux et le maillage de la structure qui rendra cela possible ... Pour la légèretés.

Quand je lis cet article (à portée de tous) (https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/physique-graphene-mit-cree-materiau-plus-resistant-acier-aussi-leger-plastique-16203/) et que l'on pense que l'aviation a "juste" un bon siècle 1/3 : Ben c'est pour bientôt ce genre de ballon :-D

comme expliqué plus haut , c'est une histoire d'ordres de grandeurs , même avec toute la bonne volonté du monde, il y aura toujours des contraintes de structures indépassables quel que soit le matériau envisagé, la matière a des limites qui font que certaines réalisations ne sont pas faisables et ne le seront jamais