Qu'est-ce que la vitesse critique?
On dit qu'un objet atteint la vitesse critique lorsque la vitesse de sa rotation correspond à l'une de ses fréquences propres. La vitesse critique est étudiée dans une branche de la physique connue sous le nom de rotordynamics, qui traite du mouvement de rotation ou angulaire. Un objet en rotation, tel qu'une hélice ou une pompe centrifuge, doit souvent traverser une ou plusieurs de ses vitesses critiques lorsqu'il accélère ou décélère. Lorsqu'ils fonctionnent à une vitesse critique, ces objets vibrent à une amplitude élevée, ce qui peut causer des dommages.
Tous les objets composés d'un matériau élastique ont une ou plusieurs fréquences naturelles. La fréquence naturelle d'un objet est le nombre de fois où il se déplacera une fois mis en mouvement. Lorsqu'un objet vibre à l'une de ses fréquences naturelles, on dit qu'il a une résonance ou une grande amplitude vibratoire. Dans un instrument de musique, par exemple, cette résonance est souhaitable car elle provoque une amplification naturelle du son de l'instrument. Cependant, en rotordynamics, cette résonance est indésirable car elle fait vibrer fortement les pièces mécaniques impliquées, ce qui peut endommager le système.
Un certain nombre de stimuli peuvent provoquer une résonance, dont le mouvement de rotation. Lorsque le mouvement de rotation d'un objet, également appelé vitesse angulaire, provoque une résonance, il se situe à une vitesse critique. Les objets mécaniques en rotation doivent être conçus pour passer rapidement par ces vitesses critiques afin que les vibrations amplifiées qui se produisent à cette vitesse ne causent pas de dommages.
Une pompe centrifuge ou une hélice se déplacera selon des vitesses angulaires différentes lorsqu’elle accélère ou décélère. Bien qu'un système en mouvement comme celui-ci ait naturellement des vibrations, les vibrations amplifiées à la vitesse critique doivent être évitées ou évacuées rapidement pour que le système se maintienne dans le temps. Rotordynamics se préoccupe donc beaucoup de la résolution des différentes vitesses critiques pouvant affecter la durée de vie d’une machine tournante.
La fréquence de rotation la plus basse qui fait vibrer un objet à l'une de ses fréquences naturelles est connue comme sa première vitesse critique. Un objet peut avoir un nombre infini de vitesses critiques, mais la vitesse critique la plus importante à prendre en compte par les ingénieurs est la première. Certains objets en rotation sont conçus pour fonctionner en dessous de leur première vitesse critique, mais beaucoup tournent au-dessus de cette vitesse. Tant que la vitesse de rotation passe rapidement à travers la vitesse critique, cela ne devrait pas avoir d'effet significatif sur la durée de vie de la machine tournante. Des problèmes peuvent toutefois se produire si un objet est conçu pour tourner à sa vitesse critique, car les vibrations résultantes pourraient provoquer la panne de la machine.