Qu'est-ce que la vitesse critique?
Un objet atteindrait une vitesse critique lorsque la vitesse de sa rotation correspond à l'une de ses fréquences naturelles. La vitesse critique est étudiée dans une branche de la physique connue sous le nom de Rotordynamics, qui traite du mouvement rotationnel ou angulaire. Un objet rotatif, comme une hélice ou une pompe centrifuge, doit souvent passer par une ou plusieurs de ses vitesses critiques lorsqu'il accélère ou décélère. Tout en fonctionnant 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 dans les deux sens une fois qu'il sera mis en mouvement. Lorsqu'un objet vibre à l'une de ses fréquences naturelles, il aurait une résonance ou une grande amplitude vibrationnelle. Dans un instrument de musique, par exemple, cette résonance est souhaitable car elle provoque une amplification naturelle du son de l'instrument. Dans Rotordynamics, HoweveR, cette résonance n'est pas souhaitable car elle rend les pièces mécaniques impliquées vibrer fortement, ce qui peut endommager le système.
Il existe un certain nombre de stimuli qui peuvent provoquer une résonance, dont un mouvement de rotation. Lorsque le mouvement de rotation d'un objet, également appelé vitesse angulaire, provoque une résonance, elle est à une vitesse critique. Les objets mécaniques rotatifs doivent être conçus pour passer rapidement à travers ces vitesses critiques, de sorte que la vibration amplifiée qui se produit à cette vitesse ne entraîne pas de dommages.
Une pompe centrifuge ou une hélice se déplacera à travers différentes vitesses angulaires lorsqu'elle accélère ou décélère. Alors qu'un système en mouvement comme celui-ci aura naturellement des vibrations, la vibration amplifiée à la vitesse critique doit être évitée ou transmise rapidement si le système doit tenir avec le temps. Rotordynamics est donc très soucieux de résoudre les différentes vitesses critiquesqui peut affecter la durée de vie d'une machine en rotation.
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 pour les ingénieurs est la première. Certains objets rotatifs 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 à rotation. Des problèmes peuvent survenir, cependant, si un objet est conçu pour tourner à sa vitesse critique, car les vibrations résultantes pourraient provoquer la rupture de la machine.