sciences industrielles (PT) · Chapitre 2 · Application directe du cours
Problème — Volant d'inertie embarqué
Cinétique des Solides et des Systèmes · niveau 2
Énoncé
Un volant d'inertie de stockage d'énergie, embarqué sur un véhicule, est un cylindre plein homogène en composite (masse volumique ) de masse et de rayon . Il tourne à , dans le vide, sur deux paliers magnétiques distants de . Son axe est horizontal ; l'axe de lacet du véhicule est vertical.
- Calculer la hauteur du cylindre et le moment cinétique du volant par rapport à son axe.
- Le véhicule vire à la vitesse de lacet . On admet que le moment à exercer sur le volant est . Le calculer, puis l'effort que doit fournir chaque palier ; comparer au poids.
- Calculer la vitesse périphérique et l'énergie stockée. Pourquoi une vitesse de serait-elle irréaliste pour ce rayon ?
- Quelle orientation de l'axe supprimerait le couple gyroscopique en virage ? Lequel subsisterait alors ?
Corrigé
1. Hauteur : . Moment d'inertie : ; . Le centre d'inertie est sur l'axe, qui est de révolution : , de norme ( axe du volant).
2. (base directe, horizontal, vertical) : , horizontal et perpendiculaire à l'axe du volant. Les paliers le fournissent par deux forces verticales opposées, distantes de : par palier, plus de dix fois la part du poids reprise par chacun () ; l'un est chargé vers le haut, l'autre vers le bas.
3. ; (). À , la périphérie irait à : la contrainte centrifuge, proportionnelle à , quadruplerait et dépasserait ce que tient un composite ; la vitesse périphérique est la vraie limite d'un volant.
4. Un axe vertical, parallèle à l'axe de lacet : , plus de couple en virage. Il resterait les couples dus au tangage et au roulis du véhicule (rotations autour d'axes horizontaux), plus faibles en général ; c'est pourquoi les volants embarqués ont souvent l'axe vertical, montés sur cardan.
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