Que sait on de l'effet diesel...

Salut à tous,

J'ai découvert un truc inattendu en parcourant les pages de ce forum : "L'effet diesel"

Les infos glanées ici et là sur le forum et sur le net attestent de l'existance de cet effet présenté par certains comme partie intégrante du fonctionnement des AC piston/ressort et par d'autres comme une menace pour les éléments de l'arme et dont il faut se prémunire à tout prix.

Il serait intéressant de dresser un état des lieux de nos connaissances sur ce sujet afin de comprendre de quoi il s'agit précisément. Déterminer dans quelles conditions se produit cet effet, en comprendre les conséquences et apprendre à s'en prémunir car il se dit que ses effets dégradent les armes AC.

Bref connaitre cet effet pour s'en garder...

Alors pour commencer une première question: L'effet diesel, de quoi s'agit il ?

A vos claviers.

@+
Sushi

EDIT : Petite précision, l'effet diesel est nommé "dieseling" sur les forums anglophones semble t'il...

C'est l'explosion d'un produit gras sous l'effet d'une compression élevée

Aller, zou , je me lance:

L'effet "Diesel" est un terme générique qui est utilisé pour les phénomènes d'auto-inflammation sans allumage, généralement obtenus par compression violente dans un cylindre.

L'auto-inflammation est possible pour certains composés carbonés (huiles, ethers, etc...) mais suppose certaines conditions de pression et température.

Beaucoup de composés carbonés de cette famille nécessitent une pression d'environ 30 à 50 bars, sous une température de quelques centaines de degrés.

Dans les armes, sont utilisées des huiles qui évitent ce phénomène en repoussant les limites d'auto-inflammation qui pose en tout premier lieu des problèmes d'encrassement des canons.

Dans les AC, l'effet diesel peut facilement être observé après un nettoyage de l'arme opéré par un écouvillon légèrement gras: le film d'huile déposé laisse une légère fumée bleutée lors du premier tir et une odeur caractéristique.

Cet effet a été utilisé (mais avec des quantités plus importantes de carburant) par le passé pour modifier la puissance de certaines carabine, mais délaissé depuis pour plusieurs raisons:
- encrassement
- gain en puissance assez aléatoire, conduisant à une perte de précision
- gain en puissance inutile pour des AC atteignant déjà les limites soniques et dont les diabolos n'offrent pas l'aérodynamisme nécessaire à des vitesses supérieures
- détérioration des joints et risque d'éclatement du piston par surpression

La plupart des manufacturiers d'AC préconisent d'éviter absolument la présence de graisse/huile en avant du piston (cad dans la chambre) afin d'éviter cet effet "Diesel".

La physique de l'auto-inflammation d'huile/ether dans les AC reste difficile à analyser en raison de la complexité des phénomènes. Il est à noter que ce cas diffère beaucoup de celui des moteurs "Diesel" en raison de la vitesse de déplacement des pièces. Dans un moteur "Diesel", la vitesse du piston varie entre 7 et 13 m/s en moyenne. Dans une AC, le piston se déplace a des vitesses supérieures et le plomb (formant l'extrémité du "piston") peut approcher des vitesses soniques.

Il en résulte une différence fondamentale: dans le cas d'une AC, le gaz emprisonné ne peut pas être homogène en termes de pression, température et composition (en cas de combustion). C'est d'ailleurs pour cela que les motoristes cherchent à maintenir des vitesses réduites pour les pistons de moteurs, afin d'assurer une combustion homogène et un meilleur rendement à la détente.

D'autre part, le contact plomb-canon offre également pas mal de mystères, en particulier concernant la pression locale et la température de contact. Il est ainsi probable que l'effet "Diesel" observé suite au nettoyage (cf plus haut) soit en fait lié à une auto-inflammation localisée au niveau de ce point de contact qui subit de fortes contraintes.

La quantification de cet effet reste le seul point relativement aisé: la quantité de carburant et sa nature permettent relativement facilement de déterminer l'énergie ainsi libérée et les effets sur la pression locale. De là à déterminer le gain en vitesse espérable pour le plomb, il reste à prendre en compte les problèmes d'inhomogénéité dans le gaz comprimé.

Voici ce que dit Wikipedia du principe des moteurs diesel :

http://fr.wikipedia.org/wiki/Moteur_Diesel#Principe

Citation :

Son fonctionnement repose sur l'auto-inflammation du gazole, fuel lourd ou encore huile végétale brute dans de l'air comprimé à 1:20 du volume du cylindre (environ 35 bar), et dont la température est portée de 600 °C à 1500 °C environ. Sitôt le carburant injecté (pulvérisé), celui-ci s'enflamme presque instantanément, sans qu'il ne soit nécessaire de recourir à un allumage commandé par bougie. En brûlant, le mélange augmente fortement la température et la pression dans le cylindre (60 à 100 bars),

Une AC piston/ressort produirait donc des températures de l'ordre de 600°C ??? En fait, sait on quelles pression et quelle température règne derrière le plomb au moment de la compression par le ressort ? Est il possible de le calculer ?

sushi a écrit:

Une AC piston/ressort produirait donc des températures de l'ordre de 600°C ???

...et même plus.

Calcul très simple à faire: compression adiabatique
=> P^((1-g)/g) x T^g=constante (le symbole ^veut dire "exposant" et g vaut 1.4 pour l'air)
donc à partir de conditions Po et To de départ on a
T= To x (Po/P)^((1-g)/g)

donc si on considère Po=1 bar, To=20°C et P=60 bars (ce qui n'est pas énorme pour une AC), on trouve T=673°C.

En réalité il y a quelques pertes quand même, mais l'ordre de grandeur reste valable

CQFD

Ce que tu expliques est tout à fait intéressant. Serait il possilbe d'estimer la valeur moyenne de pression et de température pour une carabine d'une puissance donnée.

De manière plus générale, est il possible de concevoir une formule simplifiée qui permette d'estimer en très gros (mais tout de même approchant) ces valeurs en fonction de la puissance de l'arme en joules ? Ca donnerai un ordre de grandeur... Et un bon point de départ pour la discussion.

Quels éléments faut il connaitre ? pour estimer ces valeurs pour une carabine de 7,5 joules par exemple ? Ou un pistolet 3 joules etc... ?

EDIT : J'ajoute encore une petite question : en connaissant la pression serait il possible d'en déduire la T° et vice versa. Si j'ai bien compris ton équation ce serait possible ?
Par exemple si je parvenais à bloquer une sonde de T° à la place d'un plomb, de manière étanche et que je tirais, je pourrais mesurer la T° maximale générée par la compression de l'air ! Si tant est que je puisse disposer d'une sonde à la fois résistante aux hautes températures et petite.

Un thermocouple de type K ou N permettrait ce genre de mesures... Ca a probablement déjà été fait mais où chercher ? Quelqu'un a t il une idée ?

@+
Raphaël

[quote="sushi"]Ce que tu expliques est tout à fait intéressant. Serait il possilbe d'estimer la valeur moyenne de pression et de température pour une carabine d'une puissance donnée.

De manière plus générale, est il possible de concevoir une formule simplifiée qui permette d'estimer en très gros (mais tout de même approchant) ces valeurs en fonction de la puissance de l'arme en joules ? Ca donnerai un ordre de grandeur... Et un bon point de départ pour la discussion.
En fait le problème vient de l'intégration des efforts de pression pendant le parcours du plomb (et le mouvement du piston), ajouté aux problème d'inhomogénéité du gaz. En effet, si on imagine une carabine avec un très gros piston par rapport au volume du canon, on pourrait considérer la pression comme étant constante. Mais dans le cas d'une carabine à petit piston, on pourrait aussi avoir une pression qui monte très haut puis redescend assez vite. A noter que dans le 1er cas décrit, avec une pression très moyenne on obtient quand même une vitesse de plomb importante.

A supposer les efforts de frottement nuls et une pression constante, on a la formule suivante qui relie la valeur de pression à la vitesse du plomb en sortie du canon:

1/2 x m x v² = P x S x L où P est la pression, S la section du plomb, m sa masse et L la longueur du canon

Petit calcul: m=0.51g , S= 0.0000159m², L=0.5m

pour P= 100 bars on trouve v=558m/s
pour P= 50 bars on trouve v=394 m/s

Pas très réaliste tout ça, oui mais on a pas pris en compte les frottements du plomb contre le canon. Pour estimer ces efforts, on va considérer une force constante (pas très loin de la réalité, si ce n'est que le canon est de diamètre un peu plus faible en sortie ce qui donne des efforts qui augmentent un peu). Pour évaluer cette force, il suffit de voir l'effort nécessaire pour faire avancer le plomb dans le canon avec une baguette par exemple, à la main: f=70 N (7kg) semble être une bonne estimation.

On reprend le calcul, en remplaçant P x S x L par (P x S -f) x L

Pour P=100 bars on trouve v=417 m/s
pour P= 70 bars on trouve v=284 m/s
pour P= 50 bars, on trouve v= 136 m/s

Là ça commence à être mieux, si on prend L=0.2m (pistolet), on retrouve la vitesse de mon fein C20 à CO2 à quelques poils près: 140m/s pour P=60 bars (normal pour du CO2)

Petite mise en garde tout de même vis à vis de cette formule simplifiée: elle peut tout à fait conduire à des résultats faux, notamment lorsqu'on approche sérieusement de la vitesse sonique (disons au-delà de 200ms/) car alors il n'est plus possible d'écrire que la force qui s'éxerce sur le plomb vaut F = P x S avec P la pression dans le canon. Il faut alors écrire F= Plocale1 x S - Plocale2 x S avec Plocale1 = pression locale au voisinage du plomb du côté "arrière", et Plocale2 = pression locale au voisinage du plomb, côté "avant". Ces pressions doivent alors être calculés en prenant en compte les effets de compression locale de l'écoulement et là c'est une autre paire de manches...

sushi a écrit:

EDIT : J'ajoute encore une petite question : en connaissant la pression serait il possible d'en déduire la T° et vice versa. Si j'ai bien compris ton équation ce serait possible ?

Oui, ma formule donne bien ce lien !

sushi a écrit:

si je parvenais à bloquer une sonde de T° à la place d'un plomb, de manière étanche et que je tirais, je pourrais mesurer la T° maximale générée par la compression de l'air ! Si tant est que je puisse disposer d'une sonde à la fois résistante aux hautes températures et petite.

Un thermocouple de type K ou N permettrait ce genre de mesures... Ca a probablement déjà été fait mais où chercher ?

Autant oublier tout de suite tes rêves de mesure précise: la plupart des thermocouples ont une constante de temps de l'ordre de 0.5s (ce qui veut dire qu'il faut 0.5s pour mesurer 66% de la valeur de température stabilisée). Vu que le plomb quitte le canon en moins de 0.3s, autant dire que c'est rapé pour la mesure.

Pour les mesures de pression, j'avais lu un traité de ballistique interne qui expliquait une méthode, basée sur la déformation d'une sorte d'éprouvette en métal placée dans la chambre et qui s'écrasait proportionnellement à la pression obtenue. Ca restait quand même assez approximatif....

Autrement dit, en mesurant la vitesse du plomb à la bouche d'une arme, il serait possible d'en déduire la pression au départ du coup ? Est il possible, plus simplement d'établir un ordres de grandeur du style :

Par exemple (exemple totalement fictif)

Carabine 7,5 joules canon 41 cm vitesse plomb 0,5g 175ms = pression au départ du coup 60 bar température de l'air comprimé 600°
Carabine 10 joules canon 41 cm vitesse plomb 0,5g 195ms = pression au départ du coup 80 bar température 700° etc...etc...

Un genre d'abaque auquel on pourrait se réferre pour évaluer d'un coup d'oeil certaines grandeurs concernant les AC piston/ressort.

[HS on]
Ce serait très bien pour nous tous de connaitre des valeurs types. On pourrait parfaitement faire figurer ce genre d'informations générales dans une base de connaissance et commencer à l'enrichir ???
[HS off]


@+
Raphaël

Salut les scientifiques
Ne pourrait-on pas obtenir des valeurs de pression en fin de course pour des AC donnés (D350 MG, Air King 54, D48, ou D46 et D34 par exemple) ? Je suis sûr que l'on pourrait même calculer ses pressions en connaissant le volume des chambres, le diamètre des pistons, la force des différents ressorts, et la température de l'air, même si je ne suis pas un as de la règle à calcul. Comme ça, on pourrait choisir les armes puissantes qui sont les plus aptes à produire l'effet Diesel. Question piège qui hante mes nuits : où est le plomb quand le piston est en fin de course?
Impatient

Joseph

sushi a écrit:

Autrement dit, en mesurant la vitesse du plomb à la bouche d'une arme, il serait possible d'en déduire la pression au départ du coup ?

Non, car comme je l'ai expliqué il y a une belle intégrale au milieu ainsi que quelques formules plutot complexes pour prendre en compte les inhomogénéités de pression.

Si on considère une pression constante et uniforme alors oui (cf la formule que j'ai donnée).

sushi a écrit:

Est il possible, plus simplement d'établir un ordres de grandeur du style :

Par exemple (exemple totalement fictif)

Carabine 7,5 joules canon 41 cm vitesse plomb 0,5g 175ms = pression au départ du coup 60 bar température de l'air comprimé 600°
Carabine 10 joules canon 41 cm vitesse plomb 0,5g 195ms = pression au départ du coup 80 bar température 700° etc...etc...

Tu as tout ce qu'il faut dans mon précédent post...

hunguerrierA a écrit:

Salut les scientifiques
Ne pourrait-on pas obtenir des valeurs de pression en fin de course pour des AC donnés (D350 MG, Air King 54, D48, ou D46 et D34 par exemple) ? Je suis sûr que l'on pourrait même calculer ses pressions en connaissant le volume des chambres, le diamètre des pistons, la force des différents ressorts, et la température de l'air, même si je ne suis pas un as de la règle à calcul. Comme ça, on pourrait choisir les armes puissantes qui sont les plus aptes à produire l'effet Diesel. Question piège qui hante mes nuits : où est le plomb quand le piston est en fin de course?
Impatient

Joseph

Non, le calcul est nettement plus compliqué que ça et ce n'est pas une règle à calcul qui va suffire...il faut passer par une modélisation.

Pour répondre à la dernière question, lorsque le piston est en fin de course, le plomb est encore dans le canon et même pratiquement immobile (vérifié par des expériences et démontrable par calcul).

Bonne idée Hunguerrier, il faudrait déterminer des valeurs types pour une arme type sinon il sera impossible de poursuivre des raisonnements concrets et appréhender le phénomène. D'ailleurs, une discussion sans base solide risque de s'envoler dans le HS...

Voici la première chose à trancher (modification du titre du sujet une fois ce point élucidé) :

Quelle carabine AC (marque, modele, puissance, calibre) serait représentative de la plupart des armes AC courantes selon vous ?

Les Diana 24 26 28 34 semblent assez bien représentées et il devrait être facile de les documenter ;
Les gamo 10 et 23 joules sont également assez présentes (du moins sur le forum).
Les chinoises risquent peut être de ne pas disposer d'une littérature suffisante.
Peut être une autre marque/modèle conviendrait.

Laquelle choisir pour servir de modèle à la compréhension de l'effet diesel ?

Une fois le modele choisi il sera bien plus aisé de décortiquer l'effet diesel sous tous ses angles, pour en comprendre et en apprendre les caractéristiques. Au passage, on devrait collecter un maximum d'information sur le fonctionnement des AC en général...


Tous à vos claviers


@+
Raphaël

Bon, ben moi je vais maintenant exposer non pas des formules ni de savant calculs, ceux qui me connaissent savent que je suis un expérimentateur !
Ce week-end avec Thiertomini nous avons procédé à des essais de dieseling.
De vrais tests pratiques. Seul incovénient, nous n'avions pas de chrono a disposition pour mesurer le gain de vitesse. Cela sera bientot fait, nous ferons l'essai avec un chrono pour réaliser des courbes des vitesses mesurées.
Les essais ont été effectués avec une Diana 34 de 20 Joules et l'huile utilisée était du WD40, ce qui semble etre le produit le plus inflammable.
Premier essai : de l'huile dans la jupe du plomb. Malgré plusieurs tentatives, il ne s'est jamais rien passé, pression insuffisante ?
Second essai, soyons fous, une petite giclée directement dans la chambre de compression. Au premier coup (premier plomb) strictement rien de remarquable, bruit normal, pas de recul.
Par contre, arrivé au second plomb, la détonation est assez impressionnante et semble au moins être aussi forte qu'une .22LR. Au troisième plomb (toujours sans rajouter d'huile bien entendu), non seulement la détonation est plus importante qu'une .22LR, mais on constate (aussi bien le tireur, moi en l'occurence que l'observateur) un recul assez fort, nettement plus fort qu'une AC "normale".
Le 4ème et 5ème plombs on encore créé l'explosion et ceci, toujours sans rajouter d'huile.

Conclusions : le dieseling se produit bel et bien !
Le premier coup doit probablement éjecter une partie de l'huile et probablement que le reste se trouvant dans la chambre se retrouve vaporisé ce qui engendre plus facilement le dieseling des coups suivants.
Sans chrono nous n'avons pas pu chiffrer le gain de vitesse, mais il nous a bel et bien semblé que la vitesse se trouvait fortement augmentée ne serait-ce que par le recul ressenti.
Maintenant, que intérêt ? Si la vitesse est fortement augmentée, dans tous les cas on sera perdant en précision. Le fait que le dieseling ne se produise pas lors de l'injection d'huile dans la jupe du plomb oblige a injecter l'huile dans la chambre de compression et donc quels sont les risques de dégâts au piston et surtout à son joint ?
Par manque de temps nous n'avons pas eu l'occasion de démonter la carabine pour constater d'éventuels dégâts ou pas.

Ca laisse énormément de questions sans réponse !!!

- Quelle quantité d'huile est brulée et imbrulée (en fonction de la richesse en oxygene probablement),
- Quelle énergie est produite par l'inflammation de l'huile,
- Quelle est la résistance des parties métalliques de l'arme,
- Quelle sont les conséquences sur les joints et autres parties fragiles,
- Le piston/ressort est il repoussé au moment de la détonnation,
- Est ce que l'effet diesel existe dans les armes moins puissantes,
- plus généralement, quelles sont les conditions qui concourrent à son apparition,
etc...etc...

Bref, selon moi il serait important d'étudier le phénomène sur une arme identifiée et courante. Par exemple ta diana 34 serait un excellent candidat ?

Etonnant que ça n'ait pas fonctionné dans la juppe...

Attention :

il n'est pas question de répondre à ces questions et aux autres de manière théorique, il faut calculer les effets avec des données approchant la réalité sinon toutes les suppostions les plus farfelues ou extrèmes peuvent fuser et il n'est pas question de s'éloigner de l'aspect technique dans cette discussion...


David, ou quelqu'un d'autre possedant une arme courante et documentée, serait il possible de connaitre :

- Le volume d'air dans la chambre de compression lorsque la carabine est armée. Facile à mesurer en connaissant le diamètre intérieur de la chambre de compression et sa profondeur, mesurée avec une baguette enfoncée dans l'évant et en butée sur l'extrémité du piston.

- Le volume résiduel d'air comprimé lorsque le piston est en butée. En gros le volume de l'event + le volume de la juppe du plomb.

- La résistance du plomb à l'entrée du canon (4Kg sur mon Gamo compact)

- L'épaisseur du métal de la chambre de compression (probablement 1mm ???) et sa nature (acier doux probablement, je crois que c'est comme ça qu'on l'appelle)

- La puissance tu l'as déjà donnée (20 joules)

- La vitesse du plomb (au passage, si tu refais des essais avec un chronographe nous saurons si oui ou non le plomb est acceléré ça permettrait peut être d'en déduire également les pressions qui l'ont propulsé).

- Le point éclair du WD40. Mais peut être serait plus intéressant de pendre la graisse ou l'huile présente dans le piston en sortie d'usine ou celle utilisée pour les nettoyages vu que l'effet diesel est surtout rapporté lors de l'achat d'une arme neuve ou après une lubrification trop abondante... Enfin peu importe en fait, une fois les règles de calcul connues il sera facile d'extrapoler sur toutes les huiles existantes.



Avec ce genre de données concrètes nous devrions déterminer facilement les ordres de grandeur approchant de :
- pressions/température avant l'effet diesel
- l'énergie générée par la conbustion de l'huile
- Les pressions et températures supplémentaires induites
- la résistance des composants de l'arme
- Les déformations ou points de rupture éventuelles
- l'impact sur la mécanique (mouvements induits notament) et l'étancheité
etc...
- Et peut être plus... Effets sur le plomb lui même, sa trajectoire ballistique etc...
- Et également, identifier des produits qui annihilent totalement l'effet diesel, on peut rêver ? Mais pourquoi pas, j'ai lu il y a peu les déboires d'un membre qui a du ramener sa pétoire chez le marchand pour se la faire changer car elle n'arrétait pas de le faire....


Merci
@+
Raphaël

Hello !

Alors je vais encore jouer les rabats-joies, en parlant de sécurité, gnagnagni gnagnagna... mais je ne peux pas m'empêcher de vous faire part d'un résultat obtenu de façon très simple:

Prenez une AC dans laquelle vous avez vaporisé un bon coup d'huile (WD40 ou autre...), considérez la pression initiale dans le canon (sans effet diesel), ajoutez la "contribution" de la combustion de l'huile (qui se transforme en chaleur et donc en pression) et vous obtenez le résultat suivant:

rappel des données:

Pouvoir énergétique de l'huile (assimilée à du gazole, mais vous pouvez prendre autre chose): 43000 kJ/kg
volume vaporisé (on va prendre une toute petite quantité pour commencer): 0.02g (ça fait vraiment pas beaucoup)
pression initialement atteinte: 100 bars (une bonne carabine quoi)
capacité calorifique de l'air (pour traduire l'échauffement obtenu): 1.007 J/(g.K)
Volume: on va considérer que la combustion a lieu dans le canon (plus grand volume), à la pression initiale (cela revient à minimiser l'effet diesel produit en terme de pression, mais ça donne déjà une idée), il s'agit donc du volume du canon, avec une longeur de 50cm ça donne 7.952 10e-06 m3
Rendement énergétique (une partie de la chaleur n'est pas transformée en pression): 0.5

Et on obtient la nouvelle pression (je vous passe les calculs, mais c'est du niveau terminale):

254 bars !!!

Pas étonnant d'obtenir un bon recul et un bruit digne d'une 22 lr....

J'attire votre attention sur la quantité d'huile envisagée: 0.02g, difficile à contrôler.

Alors certes, le rendement doit être inférieur car seule une partie de l'huile va brûler (c'est d'ailleurs pour ça qu'on peut obtenir plusieurs fois cet effet sans remettre d'huile)..mais on a déjà un ordre d'idée de ce que ça va donner.

Pour info, si on passe à 0.05g, on obtient 485 bars

D'autre part, si on considère le fait que cette pression agit également sur le piston, on peut commencer à avoir des craintes vis à vis de sa résistance. De mémoire, un tube en acier doux de 1mm d'épaisseur et 4.5mm de diamètre tient environ 500 bars max (mais déjà avant il se sera déformé).

Donc lors de vos essais, évitez donc d'effectuer une visée directe, reculez un peu votre visage...

Sans oxygène pas de combustion.

D'ailleurs dans un moteur diesel, on augmente la quantité d'oxygene en augmentant la quantité d'air au moyen de turbo pour améliorer la combustion et le rendement des moteurs.

Bref il y a une quantité maximale d'huile qui brulera. Donc on ne peur pas prendre pour base de calcul une quantité d'huile fixe sans tenir compte de la quantité maximale d'oxygène présente dans l'air comprimé (21% du volume initial). Ca fausserai complètement le résultat.

Il faut donc déterminer quelle énergie, pression, chaleur, maximales sont produites dans le cas d'une combustion d'huile maximale par rapport à l'oxygène disponible sinon nous allons retomber dans la spéculation et cette discussion ne fera rien avancer du tout...

Bref pour calculer tout ça de manière précise il faut, je le redis, commencer pas déterminer sur quelle arme portera l'étude.
Les approximation, lorsque elles s'accumulent conduisent toujours celui qui les fait à imposer son point de vue sans possibilité de contrôle.
Pour ma part je demande que l'étude porte sur une arme documentée pour que chacun puisse refaire les calculs et qu'on cesse de faire des approximations.
Par exemple, pourquoi estimer que l'arme comprime l'air à 100bar ? Même si c'est une valeur possible c'est arbitraire. Il faut une valeur réelle vérifiable par tous sur une arme réelle dont on connait les caractéristiques.

Personellement je réfute par principe ton développement et n'accepterai tes déductions que lorsque nous réfléchirons sur un modèle d'arme documenté et qui fait l'unanimité. En tant que scientifique, tu sais parfaitement que c'est la condition pour que cette discussion reste sérieuse...


Je vais essayer de trouver les données techniques de la diana 34 et nous referons les calculs sur des bases réelles.


Merci
@+
Raphaël

sushi a écrit:

Je vais essayer de trouver les données techniques de la diana 34 et nous referons les calculs sur des bases réelles.

Ce serait très instructif, je ne connais malheureusement pas t'aider car je ne les connais pas, par contre, si tu me dis ce dont tu as besoin comme informations, je peux essayer de les trouver !

Salut David,

Alors, je ne suis pas absolument sûr de moi mais il me semble que pour commencer il faudrait connaître les valeurs suivantes le plus précisément possible :

1/ Le volume d'air contenu dans l'arme avant le tir :
Pour le calculer il faut ajouter : le volume du cylindre piston + le volume de l'évent de transfert + le volume de la jupe du plomb.
Il suffit que tu donnes le mesures précises de :
- l'intérieur du cylindre/piston (longueur et diamètre intérieur).
- l'évent de transfert (longueur et diamètre)
- la jupe du plomb (longueur et diamètre). Les calculs sont simples même pour la juppe du plomb. Je les ferai et chacun pourra les refaire.

2/ Le volume d'air comprimé au moment du tir (piston en fin de course)
Volume de l'évent de transfert + volume de la jupe du plomb
Valeurs déjà connues

Titou78 nous a expliqué que lorsque le piston est en butée, le plomb n'est pas encore parti ou se trouve tout près. Si cette information est exacte, il devrait être facile de connaitre assez précisément la pression réelle présente au moment du tir dans ta carabine et d'en déduire au passage la température générée.
Ce serait une excellente base de départ.

3/ Ensuite je crois que nous avons besoin de connaitre le volume du canon.
Ce sera facile de l'estimer si tu nous donnes simplement la longueur du canon et le calibre.

Ca permettra d'en déduire la quantité d'énergie transmise au plomb et d'en déduire sa vitesse (l'idéal serait de vérifier les calculs, par des mesures au chronographe, pour tester et ajuster le modèle)


Voilà ! Si nous pouvons disposer de ces informations pour commencer, je crois que les scientifiques du forum peuvent modéliser les caractéristiques de ta carabine de manière fiable. Eventuellement après une série de mesures pour comparer les résultats réels aux calculs.

Déjà à ce stade nous disposerons de données concrètes et de formules simplifiées dignes de figurer dans une base de connaissance sur le fonctionnement des AC piston/ressort. Je trouve que cette partie est déjà très motivante ...

Ensuite, lorsque nous aurons des données fiables, il faudra calculer les effets de la combustion de l'huile et comparer les résultats au mesures réelles.
A ce stade nous aurons grandement avancé dans la description du phénomène Diesel et nous pourrons commencer à en décrir les effets et les risques.

En tant que non scientifique c'est une manière de travailler que je considère comme claire, honnète et accessible.

Merci
@+
Raphaël

Je me pose une autre question : ne serait-ce pas tout aussi simple de faire les calculs dans le sens opposé ?
Je m'explique : si nous avons le poids du plomb et sa vitesse en sortie de canon lors d'un dieseling, n'est-il pas possible de calculer la différence d'énergie et donc d'en déduire l'énergie apportée par ce dieseling et donc les pressions générées ?

sushi a écrit:

Bref il y a une quantité maximale d'huile qui brulera. Donc on ne peur pas prendre pour base de calcul une quantité d'huile fixe sans tenir compte de la quantité maximale d'oxygène présente dans l'air comprimé (21% du volume initial). Ca fausserai complètement le résultat.

Il faut donc déterminer quelle énergie, pression, chaleur, maximales sont produites dans le cas d'une combustion d'huile maximale par rapport à l'oxygène disponible sinon nous allons retomber dans la spéculation et cette discussion ne fera rien avancer du tout...

Entièrement d'accord avec toi, sauf que si tu fais un petit calcul tout simple tu verras qu'il y a largement de quoi faire brûler toute l'huile (si on reprend les 0.02g voire même 0.05g de mon exemple): considères donc simplement le volume du canon (50cm de long, 4.5mm de diamètre) et la quantité d'air qu'il contient (3.1 10e-4 mol ce qui donne 6.36 10e-5 mol d'O2) à pression ambiante, compares à la quantité de gazole introduite (8.85 10e-5 mol) et tu verras que ces deux quantités sont presque identiques. Reste que la combustion demande 24.5 fois plus d'O2 que de gazole pour être stoechiométrique...et là bien sûr tu vas dire qu'on y est pas...sauf que j'ai fait le calcul à pression ambiante. Imagine qu'on soit à 24.5 bars (ça va, pas trop élevé comme pression pour une AC ) dans le canon et c'est bon, tu as alors un mélange impec' pour la combustion complète du gazole. Si tu augmentes la pression c'est encore plus favorable...

N'oublies pas non plus que j'ai pris un rendement de 0.5, ce qui divise par 2 les effets produits...

sushi a écrit:

Bref pour calculer tout ça de manière précise il faut, je le redis, commencer pas déterminer sur quelle arme portera l'étude.
Les approximation, lorsque elles s'accumulent conduisent toujours celui qui les fait à imposer son point de vue sans possibilité de contrôle.

Sauf qu'il ne faut pas mélanger "approximations" et "réductions". Quand je prend le cas de la combustion dans le canon et des dimensions de 4.5mm de diamètre pour 50cm de long ce n'est pas une approximation mais une réduction du problème: je le limite en termes de contour. Ensuite tu noteras que dans tous mes calculs j'ai pris des valeurs systématiquement adaptées en fonction de leur influence sur le résultat. Tu en as un brillant exemple juste ci-dessus: j'aurais dû faire le calcul de quantité d'air à la pression de fonctionnement, je l'ai volontairement fait à la pression ambiante pour voir si déjà à cette valeur on obtiendrait quelque chose d'intéressant, et j'ai ensuite déterminé la limite (24.5 bars) au-delà de laquelle le résultat reste systématiquement vrai.

sushi a écrit:

Pour ma part je demande que l'étude porte sur une arme documentée pour que chacun puisse refaire les calculs et qu'on cesse de faire des approximations.
Par exemple, pourquoi estimer que l'arme comprime l'air à 100bar ? Même si c'est une valeur possible c'est arbitraire. Il faut une valeur réelle vérifiable par tous sur une arme réelle dont on connait les caractéristiques.

Eh bien soit, considères donc 50 bars si cela te convient mieux, tu ne changeras rien à mon résultat final car l'apport d'énergie constitue l'essentiel de l'augmentation de pression. Que tu utilises 50,80 ou 100 bars ne changera donc rien.
Saches quand même que la pression d'une AC est bien de l'ordre de 100 bars pour une version un peu puissante. Les plus basses pressions sont de l'ordre de 50-60 bars (pistolets et carabines à C02).

sushi a écrit:

Personellement je réfute par principe ton développement et n'accepterai tes déductions que lorsque nous réfléchirons sur un modèle d'arme documenté et qui fait l'unanimité. En tant que scientifique, tu sais parfaitement que c'est la condition pour que cette discussion reste sérieuse...

En tant que scientifique je sais surtout qu'il est totalement inutile de chercher des données ultra-précises pour faire du dimensionnement car de toutes façons nous ne disposons pas d'outils assez performants (modélisation) pour prendre en compte autant de finesse. Je pense qu'il est parfaitement ridicule d'ergoter sur une pression entre 250 et 255 bars, ce qui compte c'est l'ordre de grandeur. Le jour où on pourra tout modéliser, depuis la mécanique des fluides dans le piston et le canon jusqu'à la ballistique externe en passant par la tribologie, la thermochimie et la RDM, là oui il sera utile de chercher des données précises.

Pas besoin d'éplucher les documentations techniques pour savoir qu'un canon fait 4.5mm de diamètre et présente une longueur située entre 40 et 60 cm !

David a écrit:

Je me pose une autre question : ne serait-ce pas tout aussi simple de faire les calculs dans le sens opposé ?
Je m'explique : si nous avons le poids du plomb et sa vitesse en sortie de canon lors d'un dieseling, n'est-il pas possible de calculer la différence d'énergie et donc d'en déduire l'énergie apportée par ce dieseling et donc les pressions générées ?

Disons qu'une mesure resterait très intéressante car on pourrait au moins utiliser un modèle simple (tel que celui que j'ai présenté au début) liant la vitesse de sortie à la pression dans le canon.

Cependant il faudra garder à l'esprit que cette mesure sera une "traduction" de l'effet initial. La pression aura en effet servi à propulser le plomb mais aussi à le déformer (l'idéal serait de le récupérer pour être sûr qu'il est entier ), à repousser le piston (qui va en quelques sortes rebondir sous le coup de cette surpression brusque). D'autre part il y a toujours des pertes liées à l'étanchéité approximative entre le plomb et le canon ainsi qu'au niveau du piston.

Mais l'idée est bonne

titou78 a écrit:

David a écrit:

Je me pose une autre question : ne serait-ce pas tout aussi simple de faire les calculs dans le sens opposé ?
Je m'explique : si nous avons le poids du plomb et sa vitesse en sortie de canon lors d'un dieseling, n'est-il pas possible de calculer la différence d'énergie et donc d'en déduire l'énergie apportée par ce dieseling et donc les pressions générées ?

Disons qu'une mesure resterait très intéressante car on pourrait au moins utiliser un modèle simple (tel que celui que j'ai présenté au début) liant la vitesse de sortie à la pression dans le canon.

Cependant il faudra garder à l'esprit que cette mesure sera une "traduction" de l'effet initial. La pression aura en effet servi à propulser le plomb mais aussi à le déformer (l'idéal serait de le récupérer pour être sûr qu'il est entier ), à repousser le piston (qui va en quelques sortes rebondir sous le coup de cette surpression brusque). D'autre part il y a toujours des pertes liées à l'étanchéité approximative entre le plomb et le canon ainsi qu'au niveau du piston.

Mais l'idée est bonne

Disons que je pense que cette méthode ne sera pas vraiment plus approximative que l'autre étant donné qu'à mon sens, la vraie seule mesure qui pourrait nous donner des informations précises et rigoureusement exactes serait l'utilisation de capteurs rapides de pression et de température dans la chambre ainsi que directement à l'arrière du plomb.
Dans tous les cas nous restons dans la théorie pure, avec la mesure au chrono, nous n'aurons qu'une évaluation des pressions et de la température (calculable facilement avec la vitesse dans le cadre de la limitation sonore en fonction de la température) mais ce seront des données pratiques et non théoriques.

Arriver à des calculs et des mesures précises relèvent, à mon avis, de connaissances en physique et de matériel que nous n'avons pas.

Titou78,

Je ne comprends pas pourquoi tu parles du volume d'air du canon ? Tu confonds tout !!! L'oxygène qui concourt à la conbustion de l'huile est contenu dans la chambre du piston. Sa quantité est limitée et n'a rien a voir avec le volume du canon. L'air contenu dans le canon sera repoussé par le plomb et n'entre en aucune manière dans la réactions...

D'autre part, il ne s'agit pas de discutter le bout de gras entre 200 ou 201bar mais bien de réaliser une étude la plus rigoureuse possible pour éviter justement les succession d'approximations que tu ne cesse de juxtaposer et qui te rendent maître absolu du contrôle des données.
Personne ne demande autant de précision mais simplement il faut partir de données pas complètement théoriques.

Je souhaite être en mesure de refaire moi même les calculs que tu propose mais en partant de données fiables.
Il n'y a aucune raison que je me fie à ton seul jugement. Personne n'est parfait, j'ai constaté dans d'autres discussions techniques que tu as eu avec d'autres scientifiques du forum, que, comme tout un chacun, tu as tendance à sélectionner les éléments qui concourrent à valider tes démonstrations.... Bref tu peux te tromper et je n'ai pas une très grande confiance en tes démonstrations.

Il n'est pas sain que tu soit le seul référent de cette discussion...

A propos, j'aimerai que tu me donnes tes sources concernant la position du plomb lorsque le piston est en bout de course. Si tu dis vrai c'est une information qui doit figurer dans la base de connaissance qui naîtra de cette discussion. Merci.



David,

Si on considère que l'info de Titou78 concernant la position du plomb lorsque le piston à fini sa course est fiable, alors, il est hyper facile de connaitre la pression qui se trouve derrière le plomb au départ du coup. Il suffit de rapporter le volume d'air contenu dans le piston avant compression au volume disponible lorsque le piston est en bout de course.
En applicant la loi des gaz parfait, qui a était proposé comme valable pour l'air à une autre occasion, on peut évaluer de manière fiable la pression du système.

Celà dit ton idée de prendre en compte les mesures du chronographe est à mon sens très bonne car elle permet de disposer d'au moins un élément indiscuttable de comparaison. Il faut creuser dans cette direction. On pourrait même comparer les résultats obtenus pour en déduire des valeurs d'une très bonne précision sans parler de modèle complexe ultra fin dont personne sur le forum n'est capable d'échaffauder les équations...


Merci
@+
Raphaël

sushi a écrit:

Je ne comprends pas pourquoi tu parles du volume d'air du canon ? Tu confonds tout !!! L'oxygène qui concourt à la conbustion de l'huile est contenu dans la chambre du piston. Sa quantité est limitée et n'a rien a voir avec le volume du canon. L'air contenu dans le canon sera repoussé par le plomb et n'entre en aucune manière dans la réactions...

Je ne confonds rien du tout, c'est juste que tu n'as pas suivi mon raisonnement: que devient l'air qui est dans le piston ? Il est injecté sous pression dans le canon ! Donc si on garde l'hypothèse selon laquelle le plomb n'a pas encore quitté le canon lorsque le piston est en fin de course, on se retrouve avec une configuration où l'air est prisonnier entre le plomb et l'entrée du canon. Pourquoi raisonner ainsi ? Tout simplement parce que tant que le piston n'est pas en fin de course, la pression varie beaucoup et ce n'est qu'après qu'on peut considérer qu'elle est à peu près stable (en réalité c'est faux mais vu que le plomb aura déjà parcouru une certaine distance dans le canon, la variation de pression juqu'à la sortie du canon sera réduite).

sushi a écrit:

D'autre part, il ne s'agit pas de discutter le bout de gras entre 200 ou 201bar mais bien de réaliser une étude la plus rigoureuse possible pour éviter justement les succession d'approximations que tu ne cesse de juxtaposer et qui te rendent maître absolu du contrôle des données.
Personne ne demande autant de précision mais simplement il faut partir de données pas complètement théoriques.

Encore une fois tu n'as pas compris la façon de raisonner pour faire du dimensionnement. Je me répète une dernière fois: il ne s'agit pas de prendre des valeurs approximatives dans tous les sens et de faire un calcul dont le résultat serait très discutable, mais de prendre des valeurs qui vont toutes dans le sens d'une minimisation (ou d'une maximisation, selon ce qu'on veut trouver) des effets calculés. On a alors un résultat qui ne peut être qu'une valeur "plancher" pour dimensionner le reste. Dans notre cas j'ai montré qu'on pouvait largement atteindre des pressions qui frôlent les limites de résistance du tube formant le piston...

sushi a écrit:

Je souhaite être en mesure de refaire moi même les calculs que tu propose mais en partant de données fiables.

Aller, soyons joueur, je te parie 100 euros que le canon fera 4.5mm de diamètre et une longueur comprise entre 40cm et 60cm. Pari tenu ? Ben oui, c'est un peu facile, mais regardes bien mes calculs, ils sont basés sur ces valeurs...trouverais-tu à y redire ?

sushi a écrit:

Il n'y a aucune raison que je me fie à ton seul jugement. Personne n'est parfait, j'ai constaté dans d'autres discussions techniques que tu as eu avec d'autres scientifiques du forum, que, comme tout un chacun, tu as tendance à sélectionner les éléments qui concourrent à valider tes démonstrations.... Bref tu peux te tromper et je n'ai pas une très grande confiance en tes démonstrations.

Me tromper ? Bien sûr ! Mais s'il te plaît ne vient pas raconter que je "sélectionne" quoi que ce soit: il y a un phénomène, un calcul associé, aucune "sélection", on est pas chez le marchand de légumes ni chez madame Irma la grande prêtresse...Ca finit par devenir énervant de te voir réfuter en bloc tout ce que j'écris, d'autant qu'à chaque fois que tu as avancé le début d'une contestation c'était basé sur des choses fausses (comme le coup du "pas assez d'oxygène"). Si le but de ton topic c'est de récupérer des données sur les carabines pour faire tes calculs en dénigrant ceux des autres, je trouve ça nul et ça n'intéresse personne. Si au lieu de critiquer tu commençais par faire quelques calculs par toi-même ? Là on avancerait vraiment et on pourrait même comparer nos résultats...

sushi a écrit:

Il n'est pas sain que tu soit le seul référent de cette discussion...

je ne t'interdit pas d'être référent et je ne me suis pas proclamé référent non plus...j'attends tes éléments !
Ceci étant, vu la tournure que ça prend, je vais pas tarder à aller voir ailleurs, comme ça tu resteras en tête à tête avec David.

sushi a écrit:

A propos, j'aimerai que tu me donnes tes sources concernant la position du plomb lorsque le piston est en bout de course. Si tu dis vrai c'est une information qui doit figurer dans la base de connaissance qui naîtra de cette discussion. Merci.

Alors pour commencer il y a une vidéo type caméra rapide qui montre le recul d'une AC fixée sur un support élastique, on y voit clairement la décomposition du recul: vers l'arrière lorsque le piston avance puis vers l'avant lorsqu'il tape en fin de course. Le diabolo sort du canon juste un peu après ce 2e "recul". J'avais gardé le lien vers cette vidéo (site américain) mais la vidéo a été supprimée (elle datait de 2004). Cependant je pense qu'on doit pouvoir la retrouver (ou d'autres similaires) sur le net.

Ensuite il y a tout simplement la résistance du plomb (ou plutôt le coincement) dans la chambre. Tant que la pression ne permet pas de vaincre ce coincement, le plomb ne peut pas bouger. J'ai regardé la force qu'il faut pour forcer le plomb à avancer: au départ il faut quelque chose de l'ordre de 6kg (testé sur une Diana 24 4.5mm en utilisant une petite tige placée sous un poids, le tout placé en appui sur le plomb, canon vertical. Si tu ne remets pas en cause la formule qui lie pression et surface, on trouve une pression de 37 bars. J'ai fait plusieurs essais avec différents plombs: valeurs comprises entre 4kg et 7kg. Quand on sait que la pression est déjà presque à sa valeur nominale (50 bars pour des carabines pas très puissantes), on comprend que le piston est alors en fin de course, à peu de choses près. Comme le plomb accélère progressivement dans le canon alors que le piston est déjà à pleine vitesse, il est normal que le plomb n'ait pas eu le temps de sortir avant que le piston soit en fin de course

Enfin, voici le résultat d'une simulation (ah zut, t'aimes pas mes simus...eh ben tant pis !):
En bleu la position du plomb dans le canon(m)
En rose celle du piston (m)
En abscisse c'est le temps(s)

On voit clairement que le piston arrive en fin de course alors que le plomb a a peine bougé

Je devance ta question: d'où sort cette simu ? tout simplement d'une modélisation que j'avais faite du temps où j'étais étudiant. Un prof de méca flu à qui j'avais montré les calculs associés n'avait rien trouvé à redire si ce n'est les aspects "viscosité" que je n'ai pas pris en compte, mais c'est du 2e ordre.

sushi a écrit:

Si on considère que l'info de Titou78 concernant la position du plomb lorsque le piston à fini sa course est fiable, alors, il est hyper facile de connaitre la pression qui se trouve derrière le plomb au départ du coup. Il suffit de rapporter le volume d'air contenu dans le piston avant compression au volume disponible lorsque le piston est en bout de course.
En applicant la loi des gaz parfait, qui a était proposé comme valable pour l'air à une autre occasion, on peut évaluer de manière fiable la pression du système.

Ah ben tiens, pour une fois que tu te lances à utiliser des calculs, tu sors une boulette : la loi des gaz parfaits c'est PV = nRT, d'où tu tires P1/P2 = V1/V2 c'est bien ça ? c'est à dire que le rapport des pressions est égal au rapport des volumes ? Totalement faux dans le cas d'une compression adiabatique, et encore plus faux dans le cas où il y a apport d'énergie (combustion du "carburant").

Messieurs, merci de ne pas déclencher de "guerre".
Ce sujet est très intéressant et je trouverais dommage qu'il soit pourri.

Je demande que chacun exprime son point de vue clairement et de façon détaillée afin d'être compris par tous.

Dernier point, ce topic est ouvert à tous et chacun à le droit d'apporter une pierre à l'édifice. C'est en confrontant différents points de vue dans le respect et la convivialité que l'on s'enrichira.