Evolution technic des trains pour la grande vitesse

[DanSto]

Bonjour,
Je viens juste de m'inscrire et de me présenter sur le forum.
En ce moment, je m'intéresse beaucoup aux trains et j'ai participé aux compétitions sur la LGV à Fana'briques 2010 avec un train Thalys



http://www.mocpages.com/moc.php/212769

et un prototype



Ces 3 dernières années, les trains ont gagné en vitesse en augmentant la tension (jusqu'à 40 V), en améliorant la voie et en construisant des trains spécifiques rigides qui tiennent bien la grande vitesse (comme mon Thalys articulé comme un vrai TGV).

Je suis content de voir qu'il y a un topic dédié aux trains sur votre forum parce que je suis persuadé qu'il faudra améliorer les trains d'un point de vue technique pour continuer à gagner de la vitesse. J'ai déjà quelques pistes en vue comme la pendulation par le bas pour gagner en vitesse dans les courbes, le freinage en bout de ligne droite, l'utilisation d'autres moteurs que les bogies lego, ...

J'ouvre donc ce nouveau sujet pour qu'on discute des voies (non ferrées) à explorer et des moyens pour les réaliser.

A+,
Daniel

[Yannickg67]

Petit question c'est quoi la pendulation par le bas ?

La vitesse n'est pas énorme mais l'aérodynamique peut être un point à creuser pour une plus grande stabilité ... A voir !

[joebar67]

salut! Daniel .
On as eu l'occasion de se croiser vite fait lors de Fana'briques 2010 ; mais tu avais beaucoup à faire entre l'organisation et la LGV .
Je suis admiratif et curieux devant les exploits que j'ai vu lors de l'expo ! Le spectacle valait vraiment le coup de jeter un œil [ sans oublier de le reprendre ( l'oeil )] . Je ne pensais pas que les trains Lego pouvaient aller jusque là , c'est tout bonnement impressionnant . C'est du niveaux compétition .

Petit question c'est quoi la pendulation par le bas ?

C'est pas l'angle que prends le train dans un virage ?

En tout cas bravo pour les LGVs .

[DanSto]

La vitesse d'un TGV lego est de l'ordre de 21 km/h (presque 6 m/s) et celle des prototypes est de l'ordre de 30 km/h (plus de 8 m/s) ce qui est loin d'être ridicule. Ramenée à l'échelle des trains réels, ça fait du 900 et du 1300 km/h. Cependant, à ces vitesses, l'aérodynamisme me semble secondaire vis-à-vis de la tenue de voie. En effet, les trains "décollent" parce qu'ils subissent des mini tremplins du fait des imperfections des voies et pas parce que l'air les pousse vers le haut. Par contre, on peut essayer un aileron sur les prototypes pour plaquer un peu plus le train au sol : reste à lui donner un profil d'aile d'avion inversée.
La pendulation est un mécanisme qui permet d'incliner le train vers l'intérieur d'un virage : elle a été initialement développée pour améliorer le confort des passagers en réduisant la force centrifuge qu'ils subissent dans les courbes. Plus récemment, elle permet aux trains de circuler plus vite sur des lignes classiques (non LGV) en augmentant la vitesse en virage. Mais pour qu'elle serve à augmenter la vitesse en virage, il faut que le point de basculement soit sous le centre de gravité du train. Pour plus d'infos, j'ai rédigé un petit article plein de formules sur FreeLUG http://www.freelug.fr/article.php3?id_article=1041. La difficulté principale est la vitesse de réaction du mécanisme qui va incliner et relever le train parce qu'à ces vitesses, un wagon de 35 cm de long (comme sur le Thalys) entre entièrement en courbe en 60 ms (temps qui s'écoule entre les moments où l'avant et l'arrière quittent la ligne droite).
A+,
Daniel

[ChrisBT]

magnifique article sur Freelug, y'a que les formules ou j'ai pas compris grand chose tirlangue

[DanSto]

Mais non voyons, c'est de la mécanique du point de terminal (enfin Terminal C de mon époque ... il y a 27 ans ).
N'empêche que tout est parti de là en ce qui me concerne pour aboutir au Thalys.
A+,
Daniel

[joebar67]

Pour le mécanisme pendulaire pour le point de gravité il ne serait il pas possible d'intégrer des petites masse en métal ( je ne sais plus la réf , c'est les contres poids des barrières rouge et blanc du passage à niveaux un vieux set ) pour abaisser le centre de gravité et le tout monté sur un axe pour suivre l'angle de courbe à la manière d'un gyrocompas . Quant pense tu ?

En faite vos trains c'est des F1 .

[ChrisBT]

Mais non voyons, c'est de la mécanique du point de terminal (enfin Terminal C de mon époque ... il y a 27 ans ).

j'ai pas été jusque là

[DanSto]

Abaisser le centre de gravité est une option et c'est ce que j'ai fait avec un TGV bas. Mais la solution d'ajouter des poids a une limite évidente c'est que le train devient de plus en plus lourd et accélèrera de moins en moins bien. Comme toujours, tout est une question de compromis mais alourdir encore plus les trains ne me semble pas être une solution à long terme. Par exemple, lors de l'exposition de Saint-Rambert, à la seconde sortie de la LGV1, le train le plus rapide a été un ICE officiel 7897 de chez lego motorisé en 9V avec 4 moteurs qui a atteint 999 km/h avec 31 V de tension (il a fait 1100 km/h avec 40 V de tension). Des trains comme le TGV LA Poste de Thierry M. ou mon Shinkansen plus lourds et motorisés avec 6 à 10 moteurs ont à peine atteint les 900 km/h. Pourquoi cette différence ? Parce que la LGV1 de Saint Rambert était plus rectiligne et ne posait pas de problème de décollage à grande vitesse à des trains aussi léger que le 7897. Par contre, à Fana'briques 2010, le ligne était moins droite et ces trains avaient du mal à tenir en ligne droite. La preuve, c'est mon poids lourd de Thalys qui a établi le meilleur chrono sur la ligne droite (c'est encore à confirmer) avec 919 km/h alors que je ne m'y attendais absolument pas.
A+, Daniel

[DanSto]

Mais non voyons, c'est de la mécanique du point de terminal (enfin Terminal C de mon époque ... il y a 27 ans ).

j'ai pas été jusque là

OK, excuse. Mais cet article est justement fait pour que le plus de monde puisse appréhender ce qui se passe lorsqu'un train prend un virage.
Quelqu'un qui a été en terminal et a suivi un cours de mécanique du point doit s'y retrouver. Les autres, même s'ils ne connaissent pas, doivent pouvoir saisir l'essentiel en faisant appel à leur expérience personnelle : dés qu'on accélère en voiture, on subit une force qui vous pousse au fond du siège (sans le siège, on finirait sur la plage arrière) et dès qu'on freine c'est le contraire puisque c'est la ceinture qui nous retient. De façon général, une accélération ou une déccélaration donne naissance à une force qui s'oppose à l'accélération ou à la déccélération.
Dans un virage, c'est un peu pareil puisque la force que l'on subit tend à nous faire continuer en ligne droite. C'est pourquoi elle est dirigée vers l'extérieur du virage.
Ensuite, il suffit de se rappeler que plus le virage est courbé, et plus cette force sera forte. De même, plus le virage est pris à grande vitesse et plus cette force sera forte aussi. C'est toujours le même principe qui s'applique : plus on cherche à tourner vite et plus la force qui tend à nous faire aller en ligne droite est forte.
C'est la raison pour laquelle, à courbure du virage donnée, il y a une vitesse limite au delà de laquelle cette force fait basculer le train (ou la voiture) dans le décor.
Le reste, ce n'est qu'une mise en formule de ce phénomène qui traduit précisemment ce qui se passe et permet de déterminer la vitesse limite.
Pour finir, les formules permettent de traduire le rôle du dévers et de la pendulation pour augmenter la vitesse limite.
C'est surtour une manière d'essayer d'avoir une idée où l'on va lorsqu'on construit une ligne et des trains et d'identifier les éléments importants où il faut concentrer ses efforts.
A+, Daniel

[DanSto]

Bonjour,
Pour avoir une petite idée de la technique de pendulation, il y cet article http://membres.multimania.fr/pendulaire/actif.htm un peu daté.
Le schéma qui me semble le plus clair quant à la façon dont la pendulation doit être faite est le suivant :

On peut y voir que la pendulation ne se fait pas uniquement autour d'un axe ce qui stabilise un peu le train lorsqu'il est vertical.
C'est dans cette direction que je vais essayer de faire un montage mais relever le train reste délicat.

[Yannickg67]

Je vois bien le principe, mais maintenant comment le réaliser en lego ...
Surtout que si je vois bien il y a des vérins qui permettent d'incliner le vagon.
Le faire mécaniquement (sans assistance) je séche. Car le centre de gravité doit être bas pour coller à la voie, mais cela implique qu'il sera sous l'axe de pendulation et l'inclinaison sera dans l'autre sens en virage. Et au contraire si le centre de gravité est au dessus de l'axe pivot (simple ou complexe) on aura l'effet de pendulation dans le virage, mais pas de retour à la position 0 et une perte de stabilité.
pour le retour à la position 0 il faudrait mettre des ressorts avec un rigidité faible pour qu'ils n'empêchent pas le wagon de penduler mais permettent tout de même de revenir à plat en ligne droite.

Et ne parlons pas de l'échelle du modèle ...

Je sèche pour le moment ...

[techno]

L'idée que je vous propose pourrais vous inspirez (si elle ne vous plait pas, oubliez). Je pense que l'on pourrait relier (par un engrenage) le système de pivot (balancier) au module de pivot (direction) qu'il y a entre les wagons. je crois que le système des remorque a roues directrices pourrait être utile, pour la mise au point.

[DanSto]

Salut Yannickg67,
C'est tou à fait ça le problème. Les verins sont pilotés par un ordinateur qui reçoit des informations d'accéleromètres, de giroscopes et utilise une base de données où la voie est mémorisée. Pour ce qu'on cherche à faire, on oublie.
Il faut absolument que le centre de gravité soit au dessus du point de pendulation pour que l'inclinaison le pousse à l'intérieur du virage. Evidemment, la position verticale est alors instable et y revenir est problématique.
Pour compliquer le tout, il faudrait faire ça en 6 tenons de large et 5 à 6 briques de haut pour coller à mon échelle.
Un vrai casse-tête ...

[DanSto]

L'idée que je vous propose pourrais vous inspirez (si elle ne vous plait pas, oubliez). Je pense que l'on pourrait relier (par un engrenage) le système de pivot (balancier) au module de pivot (direction) qu'il y a entre les wagons. je crois que le système des remorque a roues directrices pourrait être utile, pour la mise au point.

Pourrai-tu un peu la développer parce que j'ai un peu de mal à te suivre ?
Il faut bien comprendre que c'est la voie de chemin de fer qui impose la direction et c'est la rotation du bogie qui doit piloter la pendulation. On peut trouver des solutions de pendulation par le haut sur différentes pages :

lien de la photo ci dessus http://www.brickshelf.com/cgi-bin/gallery.cgi?i=3647367

http://lego.nico.free.fr/lego-pendolino-notice.htm
mais ce système n'est que cosmétique et n'améliore pas la vitesse en courbe au contraire.