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Les moteurs à air chaud

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Notions de cinématique à l'usage de la conception de moteurs à air chaud

Quand on veut étudier un moteur, il faut avoir des bases de thermodynamique mais aussi de cinématique. En effet, la cinématique va pouvoir nous permettre de quantifier, à chaque instant, les volumes présents dans les différentes partie du moteur.

La cinématique en quelques équations :

Système bielle-manivelle

On suppose, tout d'abord, que les mouvements des pièces mobiles du moteur sont la conséquence de la rotation uniforme (ω = constante) d'un arbre moteur de 0° à 360° à chaque cycle. Sur le schéma ci-contre, on voit la représentation d'un mécanisme bielle-manivelle.

En supposant λ petit, quand l'angle parcouru est φ , la valeur de d est :

d = r (1-cosφ) + 0,5λ r sin2 φ

λ = r/L

Quand on connaît la section du piston S, il est facile de déterminer le volume V de gaz situé au dessus du piston à chaque instant, pour un angle φ donné.

V = d S

Système bielle-manivelle

Quand on a plusieurs pistons (moteur Stirling alpha par exemple) ou un piston moteur et un déplaceur (moteurs Stirling bêta et gamma par exemple), il convient de prendre en compte le déphasage dφ entre les deux. L'équation ci-dessus devient alors, pour le second élément :

d2 = r2 [1-cos(φ-dφ)] + 0,5λ2r2 sin2(φ-dφ)

où λ2 = r2/L2

De la même façon que ci-dessus, on obtient la valeur du volume instantané correspondant :

V2 = d2 S2

Graphique interactif d'un embiellage rhomboïdal

Michel VEUVE a réalisé, grâce au logiciel open source GeoGebra, un graphique interactif d'un embiellage rhomboïdal.
Merci à lui d'avoir accepté de mettre en ligne cet intéressant document qui permet de mieux comprendre les avantages d'un tel dispositif.
Peut-être que ce travail éveillera des vocations...

Pour visualiser ce graphique interactif cliquez ici ou sur l'image suivante.

Graphique interactif

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