Max q

La condition q max , ou pression dynamique maximale , est le point où le vol atmosphérique d'un véhicule aérospatial atteint la différence maximale entre la pression totale de dynamique des fluides et la pression statique ambiante . Pour un avion , cela se produit à l'angle vitesse maximale à altitude minimale de l' enveloppe de vol . Pour le lancement d'un véhicule spatial , cela se produit au point de croisement entre la pression dynamique augmentant avec la vitesse et la pression statique diminuant avec l'altitude. Il s'agit d'un facteur de conception important des véhicules aérospatiaux, car la charge structurelle aérodynamique sur le véhicule est proportionnelle à la pression dynamique.

La pression dynamique q est définie en dynamique des fluides incompressibles comme où ρ est la densité locale de l' air et v la vitesse du véhicule . La pression dynamique peut être considérée comme la densité d'énergie cinétique de l'air par rapport au véhicule et, pour un écoulement incompressible, elle est égale à la différence entre la pression totale et la pression statique . Cette quantité apparaît notamment dans les équations de portance et de traînée .

Pour une voiture roulant à 56 miles par heure (90 km/h) au niveau de la mer (où la densité de l'air est d'environ 0,0765 livre par pied cube (1,225 kg/m ³ ), ), la pression dynamique à l'avant de la voiture est de 0,0555 livre par pouce carré (3,83 hPa), soit environ 0,38 % de la pression statique (14,696 livres par pouce carré (1 013,3 hPa) au niveau de la mer).

Pour un avion de ligne volant à 755 pieds par seconde (828 km/h) à une altitude de 33 000 pieds (10 km) (où la densité de l'air est d'environ 0,0258 livre par pied cube (0,413 kg/m ³ )), la pression dynamique à l'avant de l'avion est de 1,586 livre par pouce carré (109,4 hPa), soit environ 41 % de la pression statique (3,84 livres par pouce carré (265 hPa)).

Pour un lancement d'un véhicule spatial depuis le sol, la pression dynamique est :

• zéro au décollage, lorsque la densité de l'air ρ est élevée mais que la vitesse du véhicule v = 0 ;
• zéro en dehors de l'atmosphère, où la vitesse v est élevée, mais la densité de l'air ρ = 0 ;
• toujours non négatif, compte tenu des quantités en jeu.

Lors du lancement, la vitesse du véhicule augmente mais la densité de l'air diminue à mesure que le véhicule s'élève. Il existe donc, d'après le théorème de Rolle , un point où la pression dynamique est maximale.

En d'autres termes, avant d'atteindre le niveau max q , l'augmentation de la pression dynamique due à l'augmentation de la vitesse est supérieure à la diminution de la pression dynamique due à la diminution de la densité de l'air, de sorte que la pression dynamique nette (énergie cinétique opposée) agissant sur l'appareil continue d'augmenter. Après avoir dépassé le niveau max q , l'inverse est vrai. La pression dynamique nette agissant contre l'appareil diminue plus rapidement à mesure que la densité de l'air diminue avec l'altitude qu'elle n'augmente à mesure que la vitesse augmente, pour finalement atteindre 0 lorsque la densité de l'air devient nulle.

Cette valeur est importante, car elle constitue l'une des contraintes qui déterminent la charge structurelle que le véhicule doit supporter. Pour de nombreux véhicules, s'ils étaient lancés à plein régime, les forces aérodynamiques seraient supérieures à ce qu'ils peuvent supporter. Pour cette raison, ils sont souvent réduits avant d'approcher du q max et ré-accélérés ensuite, de manière à réduire la vitesse et donc la pression dynamique maximale rencontrée tout au long du vol.

Français Lors d'un lancement normal de la navette spatiale , par exemple, une valeur q maximale de 0,32 atmosphère s'est produite à une altitude d'environ 11 km (36 000 pieds), environ une minute après le lancement. Les trois moteurs principaux de la navette spatiale ont été ramenés à environ 65 à 72 % de leur poussée nominale (selon la charge utile) lorsque la pression dynamique s'est approchée de la valeur q maximale . de propergol des propulseurs à poudre , qui a réduit la poussée à la valeur q maximale d'un tiers après 50 secondes de combustion, les contraintes totales sur le véhicule ont été maintenues à un niveau sûr.

Lors d'une mission Apollo typique , le q maximal (également un peu plus de 0,3 atmosphère) se produit entre 13 et 14 kilomètres (43 000–46 000 pieds) d'altitude ; approximativement les mêmes valeurs se produisent pour le SpaceX Falcon 9. [

Le point de q max est une étape clé lors du lancement d'un véhicule spatial, car c'est le point auquel la cellule subit une contrainte mécanique maximale.