Différences
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| technique:integration_rk4 [2026/08/11 16:11] – créée - modification externe 127.0.0.1 | technique:integration_rk4 [2026/08/14 21:41] (Version actuelle) – modification externe 127.0.0.1 | ||
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| Ligne 1: | Ligne 1: | ||
| # L' | # L' | ||
| - | La résolution des équations de la balistique | + | Les équations de la balistique |
| - | Cette page explique | + | Cette page part du problème lui-même, expose la méthode la plus élémentaire qui le résout — celle d' |
| - | ## 1. Pourquoi l' | + | ## Le problème, posé simplement |
| - | Imaginons le vol d'un projectile | + | Un calculateur balistique répond à une question banale |
| - | * La gravité le tire vers le bas de façon constante. | + | |
| - | * La résistance de l'air (traînée) le freine. Or, **cette traînée dépend de la vitesse**. | + | |
| - | * À son tour, plus la vitesse | + | |
| - | Ces variables se répondent dans une boucle infinie. Résoudre | + | * **l' |
| + | * **une règle de changement** — pour un état donné, on sait calculer l'accélération que subit la balle : gravité vers le bas, traînée opposée au vecteur vitesse, éventuellement Coriolis. | ||
| - | L'**intégration numérique** contourne le problème | + | Toute la difficulté tient au fait que cette règle ne donne **jamais la position directement**. Elle ne donne que la *tendance* |
| - | ## 2. Le principe de l'algorithme RK4 | + | C'est ce que les mathématiques appellent une **équation différentielle** : une relation qui ne dit pas ce que vaut la quantité cherchée, mais à quelle vitesse elle varie. Elle s'écrit toujours de la même façon : |
| - | L' | + | $$ \frac{dy}{dt} = f(t, y) $$ |
| - | Pour chaque pas de temps $\Delta t$, la méthode RK4 évalue les pentes (la dérivée) en **quatre points différents** de l'intervalle temporel pour calculer une prédiction très précise | + | À gauche, la variation |
| - | 1. **$k_1$** : la pente estimée au tout début | + | Le cas d' |
| - | 2. **$k_2$** | + | |
| - | 3. **$k_3$** : une seconde estimation | + | |
| - | 4. **$k_4$** : la pente estimée à la fin de l'intervalle, en utilisant $k_3$. | + | |
| - | La formule finale pour trouver l' | + | $$ \frac{dv}{dt} = -g \quad \Longrightarrow \quad v = -gt \quad \Longrightarrow \quad h = -\frac{1}{2}gt^2 $$ |
| - | $$ y_{n+1} = y_n + \frac{\Delta t}{6} \times (k_1 + 2k_2 + 2k_3 + k_4) $$ | + | La formule obtenue donne la hauteur à n' |
| - | Le " | + | Il reste alors une méthode dont personne ne peut nous priver : **avancer par petits pas**. On connaît |
| - | ## 3. Application vectorielle (Balistique 3-DOF / 6-DOF) | + | Cette approche s' |
| - | En balistique, l'état $y$ n'est pas un simple scalaire. C'est un **vecteur d' | + | ## Pourquoi aucune formule ne s' |
| - | Dans notre calculateur [3-DOF](technique: | + | |
| - | * 3 dimensions pour la position spatiale du projectile ($x, y, z$). | + | |
| - | * 3 dimensions pour la vitesse ($v_x, v_y, v_z$). | + | |
| - | À chaque itération de la boucle RK4, l' | + | Sur un projectile en vol : |
| - | 1. Les nouvelles **positions** en intégrant les vitesses. | + | |
| - | 2. Les nouvelles **vitesses** en intégrant les accélérations (accélérations qui proviennent elles-mêmes de la gravité, de la traînée aérodynamique, | + | |
| - | Dans un modèle | + | * la gravité exerce une accélération quasi constante vers le bas ; |
| + | * la traînée le freine, mais **elle dépend de la vitesse**, et pas linéairement : le coefficient de traînée est lui-même fonction du nombre de Mach, avec un pic marqué au passage transsonique ; | ||
| + | * la vitesse du son varie avec la température de l'air traversé, si bien qu'une même vitesse ne correspond pas au même nombre de Mach d'un bout à l' | ||
| + | |||
| + | L' | ||
| + | |||
| + | Ces lois de traînée simplifiées gardent malgré tout une utilité : elles servent d' | ||
| + | |||
| + | L' | ||
| + | |||
| + | ## La méthode d' | ||
| + | |||
| + | La façon la plus directe de franchir un pas consiste à prendre la tendance telle qu' | ||
| + | |||
| + | $$ y_{n+1} = y_n + \Delta t \cdot f(t_n, y_n) $$ | ||
| + | |||
| + | C'est la **méthode d' | ||
| + | |||
| + | Son défaut se lit dans cette description même. La tendance était juste **au départ du pas**, et seulement là ; dès qu'on a bougé, elle ne l'est plus. Une balle qui ralentit subit une traînée d' | ||
| + | |||
| + | <WRAP round tip> | ||
| + | **Le banc d' | ||
| + | |||
| + | $$ v(t) = \frac{v_0}{1 + k v_0 t} $$ | ||
| + | |||
| + | C'est tout l' | ||
| + | </ | ||
| + | |||
| + | Prenons un seul pas de $\Delta t = 0{,}1$ s depuis la bouche. À 800 m/s, la décélération vaut 581 m/s², soit près de 59 g. Euler en conclut : | ||
| + | |||
| + | $$ v = 800 - 0{,}1 \times 581{,}1 = 741{,}9\ \text{m/s} $$ | ||
| + | |||
| + | La solution exacte donne 745,8 m/s. En un seul pas, **3,9 m/s d' | ||
| + | |||
| + | ### L' | ||
| + | |||
| + | Le remède évident est de raccourcir le pas : la tangente s' | ||
| + | |||
| + | Une méthode est d' | ||
| + | |||
| + | | Pas de temps | Erreur d' | ||
| + | | :--- | ---: | ---: | | ||
| + | | 0,1 s | −11,18 m/s | 8 × 10⁻⁵ m/s | | ||
| + | | 0,05 s | −5,45 m/s | 5 × 10⁻⁶ m/s | | ||
| + | | 0,025 s | −2,69 m/s | 3 × 10⁻⁷ m/s | | ||
| + | | 0,0125 s | −1,34 m/s | 2 × 10⁻⁸ m/s | | ||
| + | |||
| + | Chaque ligne divise | ||
| + | |||
| + | C'est la raison de fond pour laquelle personne n' | ||
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| + | ## Le principe de RK4 | ||
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| + | L' | ||
| + | |||
| + | Pour chaque pas de temps $\Delta t$, RK4 évalue **quatre fois** la dérivée, réparties sur **trois instants** de l' | ||
| + | |||
| + | 1. **$k_1$** : la pente au début de l' | ||
| + | 2. **$k_2$** : la pente au milieu de l' | ||
| + | 3. **$k_3$** : à nouveau au milieu de l' | ||
| + | 4. **$k_4$** : la pente à la fin de l' | ||
| + | |||
| + | $k_2$ et $k_3$ sont donc pris au **même instant** $t + \Delta t/2$, sur deux estimations différentes de l' | ||
| + | |||
| + | L' | ||
| + | |||
| + | $$ y_{n+1} = y_n + \frac{\Delta t}{6} \left( k_1 + 2k_2 + 2k_3 + k_4 \right) $$ | ||
| + | |||
| + | Le poids double accordé à $k_2$ et $k_3$, les évaluations centrales, revient à privilégier le milieu du pas — c'est ce qui fait la précision | ||
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| + | ](https:// | ||
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| + | //**Page vérifiée.** Le code des trois outils cités a été relu et le solveur 3-DOF ré-exécuté le 2026-08-12 : [[verification: | ||
technique/integration_rk4.1786464715.txt.gz · Dernière modification : de 127.0.0.1