Pour comparer les besoins énergétiques du propulseur vectoriel avec ceux des moteurs thermiques classiques, analysons l’énergie nécessaire pour produire une poussée équivalente. Nous nous concentrons sur un scénario de poussée effective d’environ 33,9 méganewtons, que nous avons calculée pour le propulseur vectoriel.

 

1. Besoin énergétique du propulseur vectoriel

 

Données

1. Énergie cinétique totale : environ 295,8 mégajoules (MJ) pour deux masses synchronisées.

2. Cycle complet : l’énergie nécessaire pour réaccélérer les masses doit être fournie à chaque cycle.

 

Calculs

 

Si le propulseur fonctionne en cycles répétés (disons 1 cycle toutes les 0,5 secondes), l’énergie nécessaire par seconde est :

 

 

• Puissance énergétique estimée : environ 592 mégawatts pour maintenir une poussée constante de 33,9 méganewtons.

 

2. Besoin énergétique d’un moteur thermique

 

Données

 

Un moteur thermique convertit l’énergie chimique du carburant en énergie mécanique avec une efficacité de 25 à 30 %. Considérons un moteur à haute performance fonctionnant à 30 % d’efficacité.

 

Calculs

 

Pour produire une poussée équivalente (33,9 méganewtons), l’énergie mécanique nécessaire est la même :

 

 

Cependant, en tenant compte de l’efficacité, l’énergie chimique requise est :

 

• Puissance énergétique estimée pour le moteur thermique : environ 1972 mégawatts pour produire une poussée équivalente.

 

3. Comparaison des besoins énergétiques

 

Critère Propulseur vectoriel | Moteur thermique

Poussée effective 33,9 méganewtons | 33,9 méganewtons

Puissance nécessaire 592 mégawatts | 1972 mégawatts

Efficacité énergétique Très élevée (90 %) | Basse (25 à 30 %)

 

Résultat :

• Le propulseur vectoriel nécessite environ 3 fois moins d’énergie qu’un moteur thermique pour générer une poussée équivalente.

• Cela est dû à l’excellente conversion de l’énergie cinétique en poussée dans le propulseur vectoriel, comparée aux pertes énergétiques des moteurs thermiques (chaleur, friction, etc.).

 

4. Implications pratiques

1. Avantage énergétique :

• Si une source d’énergie électrique fiable est disponible (par exemple, batteries, générateurs ou centrales embarquées), le propulseur vectoriel est beaucoup plus économe.

2. Réduction des émissions :

• Contrairement aux moteurs thermiques, le propulseur vectoriel n’émet aucune pollution directe.

3. Efficacité à long terme :

• En raison de la réduction des pertes, le propulseur vectoriel pourrait être particulièrement avantageux dans des environnements où l’énergie est précieuse, comme l’espace ou les véhicules électriques.

4. Défis liés à l’approvisionnement énergétique :

• Bien que plus efficace, un propulseur vectoriel nécessite une infrastructure capable de fournir plusieurs centaines de mégawatts, ce qui peut être un défi pour des systèmes embarqués.

 

Conclusion

 

Le propulseur vectoriel est beaucoup plus efficace sur le plan énergétique que les moteurs thermiques, nécessitant environ 3 fois moins d’énergie pour produire la même poussée. Ce gain d’efficacité en fait une solution prometteuse pour des applications exigeant des accélérations importantes ou des poussées soutenues, en particulier dans des contextes où l’énergie électrique est disponible ou peut être générée de manière autonome.

Optimisation du Propulseur Vectoriel : Récupération d’Énergie et Faisabilité pour Véhicules Électriques

 

Résumé

 

Ce document propose une analyse détaillée de l’intégration d’un système de récupération d’énergie dans le propulseur vectoriel optimisé, et examine sa compatibilité avec les batteries actuelles utilisées dans les véhicules électriques. Avec une stratégie de récupération d’énergie atteignant 80 % de rendement, le besoin énergétique est considérablement réduit, rendant le propulseur beaucoup plus viable dans des applications pratiques, notamment dans les environnements terrestres et spatiaux.

 

1. Introduction

 

Le propulseur vectoriel, basé sur l’énergie cinétique de masses en rotation synchronisée, est une solution innovante pour générer une poussée sans éjection de matière. Cependant, son fonctionnement exige une puissance importante pour réaccélérer les masses après chaque cycle. La récupération de l’énergie dissipée lors de la mise à l’arrêt des masses peut réduire significativement ces besoins énergétiques, rapprochant ce système d’une application pratique.

 

2. Principe du propulseur vectoriel

 

2.1. Fonctionnement de base

1. Disques synchronisés :

• Deux masses de 120 kg en rotation à 500 tours par seconde.

• Rayon des disques : 0,5 mètre.

2. Freinage et mise à l’arrêt :

• Un frein en V avec une chambre à air résistante stoppe les masses en 0,01 seconde.

• Cette mise à l’arrêt convertit l’énergie cinétique en poussée.

3. Répétition des cycles :

• Les masses sont réaccélérées pour générer une poussée constante.

 

2.2. Problématique énergétique

• Énergie par cycle (sans récupération) : 295,8 mégajoules.

• Puissance nécessaire pour un cycle de 0,5 seconde : 591,6 mégawatts.

 

3. Intégration d’un système de récupération d’énergie

 

3.1. Principe de récupération

 

Lors de la mise à l’arrêt des masses, l’énergie cinétique est partiellement récupérée via :

1. Freins régénératifs :

• Générateurs convertissant l’énergie mécanique en électricité.

2. Supercondensateurs :

• Stockage temporaire pour réinjecter rapidement l’énergie récupérée dans le système.

 

3.2. Rendement de récupération

• Hypothèse : un rendement de 80 %, réaliste pour des systèmes avancés.

 

3.3. Énergie récupérée

• Énergie totale par cycle : 295,8 mégajoules.

• Énergie récupérée :

 

 

3.4. Réduction des besoins énergétiques

 

L’énergie restante à fournir pour réaccélérer les masses devient :

 

 

4. Performances optimisées

 

4.1. Puissance requise par cycle

 

Pour un cycle de 0,5 seconde :

 

 

4.2. Comparaison avant et après récupération

 

Critère Sans récupération Avec récupération

Énergie par cycle 295,8 MJ 59,16 MJ

Puissance par cycle 591,6 MW 118,32 MW

Réduction des besoins - ~80 %

 

5. Faisabilité avec les batteries actuelles

 

5.1. Capacités des batteries actuelles

1. Énergie totale : Une batterie typique offre entre 60 et 100 kWh.

2. Puissance maximale de décharge : Environ 250 à 400 kW.

 

5.2. Compatibilité avec le propulseur

1. Énergie totale requise pour 10 secondes de fonctionnement :

 

• Une batterie de 60 kWh pourrait alimenter environ 180 cycles de 10 secondes.

2. Puissance nécessaire :

Même avec récupération, la puissance de 118 MW dépasse largement la capacité de décharge des batteries actuelles.

 

6. Solutions pour répondre aux besoins énergétiques

1. Supercondensateurs :

• Intégration pour gérer les pics de puissance instantanée tout en exploitant l’énergie des batteries pour les phases prolongées.

2. Systèmes hybrides :

• Combinaison de batteries pour fournir l’énergie moyenne et de générateurs embarqués (ou turbines) pour compenser les besoins en puissance.

3. Applications spécialisées :

• Utilisation dans des contextes où l’énergie peut être directement régénérée, comme des environnements cycliques (orbite, rotations planétaires).

 

7. Conclusion

 

Grâce à la récupération d’énergie, les besoins énergétiques du propulseur vectoriel sont réduits de 80 %, rendant son intégration plus réaliste avec des technologies actuelles. Cependant, pour des applications terrestres, des solutions hybrides, incluant des supercondensateurs et des générateurs compacts, seraient nécessaires pour gérer les pics de puissance.

 

Ce système reste particulièrement prometteur pour des environnements où les cycles d’accélération et de récupération sont fréquents, comme dans l’espace ou les véhicules de haute performance. Avec des avancées dans la technologie des batteries et des systèmes de stockage rapide, le propulseur vectoriel pourrait devenir une alternative révolutionnaire aux moteurs thermiques traditionnels.

Hé bé !

Mais non merci , moi, ça va !

Je ne comprends pas comment on peut avancer dans l'espace si on n'expulse aucune masse derrière soi. Ou si on ne reçoit aucune poussée de l'extérieur. Mais je suis un navet en sciences... 

Le 23/12/2024 à 17:02, Engardin a dit :

Je ne comprends pas comment on peut avancer dans l'espace si on n'expulse aucune masse derrière soi. Ou si on ne reçoit aucune poussée de l'extérieur. Mais je suis un navet en sciences... 

Salut. Non, il est exact que la version simplifiée des lois de Newton impliquent qu’un corps en état d’inertie ne peut se mouvoir sans une force extérieure appliquée sur celui-ci ou en éjectant quelque chose depuis le corps qui entraîne un mouvement en réaction au jet. C’est là une simplification de la conservation de la quantité de mouvements et de la dynamique des mouvements. Lorsque les deux masses sont mises en rotation, elles cherchent à poursuivre un mouvement rectiligne uniforme à chaque instant. Mais l’axe qui les retient les fait tourner autour des moyeux. Or, comme avec des toupies qui se touchent, si on les met à l’arrêt elles exerceront un mouvement rectiligne selon le moment angulaire choisi.

Dans les faits pour toute action il y a une réaction en sens inverse. Il faut donc qu’une force de recul ne vienne pas annuler l’élan. La disposition des vérins est conçue pour introduire une asymétrie qui ne bride pas la poussée. Les deux vérins empruntent deux canaux sans heurter le fonts, ils sont amortis par une chambre à air et s’agrippent afin d’éviter un retour qui déstabiliserait la poussée vectorielle. Une fois l’élan acquis, les disques peuvent revenir dans la position initiale sans ralentir de propulseur pour cumuler la poussée. Un tel propulseur serait idéal dans l’espace, en micro gravité. Le cumul de la poussée permettrait d’accélérer et décélérer par cumul, sans devoir éjecter des compartiments…

Ca ressemble (vu de l'extérieur ) à de la magie ! Mais après tout puisqu'on y fournit de l'énergie... pourquoi pas ? Reste à savoir stocker cette énergie au préalable.

Je pense aux soucoupes volantes ... deux disques superposés apparemment soudés mais qui en réalité tourneraient en sens inverse... ça le ferait  dans le principe ?

Ce qui m'intrigue (pratiquement) c'est une grande vitesse de rotation qui se lance et se freine en une fraction de seconde... D'après ce que tu as dit.

Il y a 11 heures, Engardin a dit :

Ca ressemble (vu de l'extérieur ) à de la magie ! Mais après tout puisqu'on y fournit de l'énergie... pourquoi pas ? Reste à savoir stocker cette énergie au préalable.

Je pense aux soucoupes volantes ... deux disques superposés apparemment soudés mais qui en réalité tourneraient en sens inverse... ça le ferait  dans le principe ?

Ce qui m'intrigue (pratiquement) c'est une grande vitesse de rotation qui se lance et se freine en une fraction de seconde... D'après ce que tu as dit.

Tu peux sentir cette force si tu fais tourner un objet attaché à une corde. La masse de l’objet cherche à rompre la corde, et augmente avec la vitesse. Tu peux visualiser le principe simplifié en essayant de stopper une toupie en la touchant. Ça ne produit pas d’énergie, même si avec un volant d’inertie désapparié il pourrait en effet être possible de conserver une partie de l’énergie inertielle et accélérer par à coups en micro gravité. On pourrait accélérer un disque avec un faisceau laser ou ionique ? Les panneaux piézoélectriques et photovoltaïques pourraient permettre de faire valoir la lumière et les radiations du vide interstellaire pour alimenter le laser. 

C'est une histoire belge ?

Dans  la  vraie  vie, il  existe  les  réacteurs  à  poussée  vectorielle. Ils  sont  utilisés  sur  les  avions  américains  F-22  et  F-35  ou  sur  le  Su-57  russe.