Cheval-vapeur
Modèle:Voir homonymes Modèle:À sourcer
Le cheval-vapeur est une unité de puissance ne faisant pas partie du Système international d'unités, qui exprime une équivalence entre la puissance fournie par un cheval tirant une charge et celle fournie par une machine de propulsion à vapeur ou un moteur à combustion. Le cheval était, du fait de son utilisation massive, la référence de puissance des attelages avant l'avènement de la propulsion mécanique. Ainsi, en 1879, les Modèle:Nobr d'omnibus de Paris requéraient l'entretien de Modèle:Nombre<ref>Modèle:Ouvrage.</ref>.
Symboles et définitions
L'abréviation est :
- ch pour le cheval-vapeur français<ref>« cheval-vapeur », sur Larousse.fr (consulté le Modèle:Date-).</ref>. Il ne faut pas la confondre avec la notation « CV » du cheval fiscal ;
- hp (Modèle:Langue) pour le cheval-vapeur britannique ;
- PS (Modèle:Langue) pour le cheval-vapeur allemand ;
- pk (Modèle:Langue) pour le cheval-vapeur hollandais ;
- Л.С. (Modèle:Langue) pour le cheval-vapeur russe ;
- CV (Modèle:Langue, Modèle:Langue, Modèle:Langue) pour le cheval-vapeur italien, espagnol et portugais.
Dans les pays précédents (sauf le Royaume-Uni), sa définition est la même : Modèle:Nb = Modèle:Nb = Modèle:Nb.
Définitions principales
Dans les deux cas, la puissance Modèle:Mvar est celle fournie par un cheval qui soulève une charge de masse Modèle:Mvar à la vitesse verticale Modèle:Mvar. On note Modèle:Mvar l'accélération de la pesanteur. Cette puissance Modèle:Mvar s'exprime ainsi :
- <math>P = m \cdot g \cdot v</math>.
Dans l'ancien système en France
Le cheval-vapeur n'est pas une unité du système métrique actuel (système SI), mais d'un système d'unités associant le mètre au kilogramme-force (ou kilogramme-poids). Dans cet ancien système, l'unité de puissance est le kilogrammètre par seconde, correspondant au travail effectué par une masse de Modèle:Unité tombant de Modèle:Unité en Modèle:Unité dans un champ de pesanteur uniforme. Le cheval-vapeur français a été défini comme valant exactement Modèle:Unité, soit la puissance nécessaire pour soulever (verticalement) un poids de Modèle:Unité (le poids d'un objet étant confondu avec sa masse) en Modèle:Unité sur une hauteur de Modèle:Unité :
- Modèle:Nb = 75 [kg poids] × 1 [mètre] / 1 [seconde] = Modèle:Unité.
La Modèle:3e (CGPM) en 1901 adopte une valeur normale de l'accélération de la pesanteur Modèle:Mvar égale à Modèle:Unité. Cette valeur conventionnelle servait de référence pour la définition du kilogramme-force, cette dernière unité étant maintenant abolie<ref> Modèle:Lien web.</ref>.
Le poids (force) exprimé en newtons (N) d'une masse de Modèle:Unité est égal à :
- masse multipliée par accélération de la pesanteur = Modèle:Unité (masse) × Modèle:Unité (accélération de la pesanteur) = Modèle:Unité.
Ainsi, exprimé en watts, Modèle:Nb étant la puissance associée au déplacement d'une force de Modèle:Unité sur une longueur de Modèle:Unité parcourue en Modèle:Unité, le cheval-vapeur vaut :
- le poids (force) d'une masse de Modèle:Unité vaut : 75 [kg] × 9,80665 [m/s2] = Modèle:Unité (soit environ Modèle:Unité) ;
- le cheval-vapeur représente : 735,5 [N] × 1 [m] / 1 [s] = Modèle:Unité.
Dans le système impérial britannique
Le Modèle:Langue (HP), cheval-vapeur en système anglo-saxon, dit « impérial », se calcule comme suit :
- <math>P = m \cdot g \cdot v</math>
avec :
- Modèle:Mvar = 550 livres (une livre = Modèle:Unité) ;
- Modèle:Mvar = 1 pied par seconde (un pied = Modèle:Unité) ;
- Modèle:Mvar = Modèle:Unité ;
d'où on déduit :
- 1 HP = Modèle:Nb.
La définition de l'unité a été effectuée par James Watt à partir de la puissance nécessaire pour faire tourner un moulin à grain de Modèle:Nobr de diamètre avec une force résistante équivalente à Modèle:Nobr à une vitesse de Modèle:Nobr par heure. L'application numérique fait Modèle:Unité par minute, arrondis à Modèle:Unité par minute, soit Modèle:Nobr par seconde.
La définition anglaise est le déplacement, à la surface de la Terre, d'environ Modèle:Nb dans un sens opposé au champ de gravitation terrestre à une vitesse de Modèle:Unité.
Il existe également différentes dénominations spécifiques selon le point auquel la puissance est mesurée. Ainsi, le Modèle:Langue, abrégé en « shp », désigne la puissance s'exerçant sur l'arbre de transmission d'une hélice de bateau ou d'avion ou d'un rotor d'hélicoptère.
Puissances SAE - DIN et CUNA
Plusieurs écoles coexistent pour mesurer la puissance du moteur d'une automobile.
En Europe, la principale norme a été établie par le [[Deutsches Institut für Normung|Modèle:Langue]] (Institut allemand de normalisation, fondé en 1917 à Berlin) plus connu sous son sigle DIN. Il s'agit de la norme Modèle:Nobr (le cheval-vapeur allemand s'appelle Modèle:Langue, et son symbole est « PS »). La puissance est mesurée à l'embrayage, avec le moteur de série équipé de tous ses accessoires, de ses échappements.
En Italie, le cheval-vapeur est calculé selon la norme italienne CUNA (Modèle:Lang). Cette norme est restée en vigueur jusqu'à l'utilisation du kilowatt. Elle était comparable à la norme américaine SAE où la puissance du moteur est déterminée sur banc de test pratiquement sans accessoires. La puissance était de fait légèrement supérieure à celle déterminée avec la norme DIN.
Aux États-Unis, la norme a été établie par la SAE International (Société des ingénieurs de l'automobile, fondée en 1905 à Troy, dans le Michigan). La puissance est mesurée à la sortie du vilebrequin de façon à éviter les pertes de puissance dues à la transmission. À l'origine, la SAE avait établi un protocole de mesure sur banc avec un moteur de série dépourvu de ses accessoires, et parfois même de ses échappements. La puissance était mesurée en Modèle:Langue (bhp), ou puissance au frein. Le frein était à l'époque un outil permettant de déterminer la puissance du moteur. Le frein était connecté directement en sortie du moteur, le couple et le régime appliqués au frein étaient mesurés pour déterminer la puissance maximale du moteur.
La norme SAE était la J245. Il en résultait que les chiffres de puissance annoncés en norme SAE étaient largement supérieurs à ceux exprimés en norme DIN. Mais en 1972, la SAE a revu sa copie en édictant la Modèle:Nobr. Désormais, la puissance est mesurée avec le moteur équipé de ses accessoires et de ses échappements de série, ce qui a diminué l'écart entre ces deux normes.
Par ailleurs, les protocoles de mesure étant différents, il n'existe pas de règle de conversion simple pour passer d'une mesure à l'autre.
Définitions alternatives
Cheval-vapeur nominal
Le cheval-vapeur nominal (CVN) est une règle empirique du début du Modèle:S mini- siècleModèle:Vérification siècle utilisée pour estimer la puissance des moteurs à vapeur<ref name=Brown>David K. Brown (1990), Before the ironclad, Conway, Modèle:P.188 Modèle:ISBN.</ref>, qui suppose une pression de vapeur de Modèle:Nb (Modèle:Nb)<ref name=WhitePage520>William Henry White (1882), A Manual of Naval Architecture, Modèle:2eModèle:Éd., John Murray, Modèle:P.520.</ref>.
Cheval-vapeur nominal = 7 × surface du piston en pouces carrés × vitesse équivalente du piston en pieds par minute/33 000.
Pour les bateaux à roues à aubes, la règle de l'amirauté voulait que la vitesse du piston en pieds par minute soit égale à Modèle:Nobr<ref name="Brown" />,<ref name=WhitePage520/>. Pour les vapeurs à vis, on utilisait la vitesse prévue du piston<ref name=WhitePage520/>.
La course (ou longueur de course) était la distance parcourue par le piston mesurée en pieds.
Pour que la puissance nominale soit égale à la puissance réelle, il faudrait que la pression moyenne de la vapeur dans le cylindre pendant la course soit de Modèle:Nb (Modèle:Nb) et que la vitesse du piston soit celle générée par la relation supposée pour les bateaux à roues à aubes<ref name="Brown" />.
La Marine française utilisait la même définition du cheval-vapeur nominal que la Royal Navy<ref name="Brown" />.
Cheval-vapeur indiqué
La puissance indiquée (Modèle:Langue, ihp) est la puissance théorique d'un moteur alternatif s'il est totalement exempt de friction dans la conversion de l'énergie du gaz en expansion (pression du piston × déplacement) dans les cylindres. Elle est calculée à partir des pressions développées dans les cylindres, mesurées par un dispositif appelé « indicateur de moteur » Modèle:Incise. Au fur et à mesure que le piston avance dans sa course, la pression contre le piston diminue généralement, et l'indicateur génère généralement un graphique de la pression en fonction de la course dans le cylindre de travail. Ce graphique permet de calculer la quantité de travail effectuée pendant la course du piston.
Le cheval-vapeur indiqué était une meilleure mesure de la puissance du moteur que le cheval-vapeur nominal (CVN) car il tenait compte de la pression de la vapeur. Mais contrairement aux mesures ultérieures telles que la puissance sur l'arbre (Modèle:Langue, shp) et la puissance au frein (Modèle:Langue, bhp), elle ne tenait pas compte des pertes de puissance dues aux frottements internes de la machine, tels que le glissement du piston dans le cylindre, le frottement des roulements, le frottement de la transmission et de la boîte de vitesses.
Cheval-vapeur au frein
Le cheval-vapeur au frein (Modèle:Langue, bhp) est la puissance mesurée à l'aide d'un dynamomètre de type frein (charge) à un endroit précis, tel que le vilebrequin, l'arbre de sortie de la transmission, l'essieu arrière ou les roues arrière<ref>Modèle:Lien web.</ref>.
En Europe, la norme DIN 70020 teste le moteur équipé de tous les accessoires et le système d'échappement tel qu'il est utilisé dans la voiture. L'ancienne norme américaine (SAE Modèle:Langue, appelée « bhp ») utilisait un moteur sans alternateur, sans pompe à eau et sans autres composants auxiliaires tels que la pompe de direction assistée, le système d'échappement silencieux, de sorte que les chiffres étaient plus élevés que les chiffres européens pour le même moteur. La norme américaine plus récente (appelée SAE Modèle:Langue) teste un moteur avec tous les composants auxiliaires.
Le frein désigne le dispositif utilisé pour fournir une force/charge de freinage égale afin d'équilibrer la force de sortie d'un moteur et de le maintenir à une vitesse de rotation souhaitée. Lors des essais, le couple de sortie et la vitesse de rotation sont mesurés pour déterminer la puissance au frein. À l'origine, la puissance était mesurée et calculée à l'aide du « diagramme indicateur » (une invention de James Watt à la fin du Modèle:S mini- siècleModèle:Vérification siècle), puis d'un frein de Prony relié à l'arbre de sortie du moteur. Les dynamomètres modernes utilisent l'une des nombreuses méthodes de freinage pour mesurer la puissance au frein du moteur, c'est-à-dire la puissance réelle du moteur lui-même, avant les pertes dans la chaîne cinématique.
Cheval-vapeur sur l'arbre
La puissance sur l'arbre (Modèle:Langue, shp) est la puissance délivrée à l'arbre d'une hélice, à l'arbre d'une turbine ou à l'arbre de sortie d'une transmission automobile<ref>« shaft horsepower », sur en.oxforddictionaries.com (consulté le 22 février 2023).</ref>,<ref>« shaft horsepower », sur dictionary.com (consulté le 22 février 2023).</ref>. La puissance sur l'arbre est une valeur nominale courante pour les turbomoteurs et les turbopropulseurs, les turbines industrielles et certaines applications marines.
La puissance équivalente sur l'arbre (Modèle:Langue, eshp) est parfois utilisée pour évaluer les turbopropulseurs. Elle comprend la puissance équivalente dérivée de la poussée résiduelle du jet à l'échappement de la turbine<ref>Modèle:Lien web.</ref>. On estime que Modèle:Nobr (Modèle:Nb) de poussée résiduelle du jet sont produites à partir d'une unité de puissance<ref>Modèle:Ouvrage.</ref>.
Cheval-vapeur électrique
Le cheval-vapeur électrique européen est défini comme valant
tandis que le cheval-vapeur électrique britannique vaut
Cheval-vapeur de chaudière
Les États-Unis ont un « cheval-vapeur de chaudière » (Modèle:Lien, ou bhp) défini comme étant la puissance requise pour faire évaporer Modèle:Nobr (livre impériale britannique) d'eau à Modèle:Unité (Modèle:Tmp) par heure sous une atmosphère normale. La valeur exacte dépend de la chaleur d'évaporation utilisée, mais la plus fréquente est Modèle:Nobr, ce qui donne :
- Modèle:Mvar ~ Modèle:Unité (soit un peu plus de Modèle:Unité).
Le Modèle:Langue a été utilisé depuis 1876 pour mesurer la puissance des machines à vapeur et n'est plus utilisé de nos jours.
Équivalence avec la puissance développée par un cheval et un humain
Le cheval-vapeur est une unité de mesure initialement créée par James Watt, qui souhaitait vendre les machines à vapeur de sa firme à des industriels ou des cultivateurs pour faire fonctionner des ateliers ou des engins agricoles. Ses clients potentiels utilisaient précédemment des attelages de chevaux, en chair et en os, pour effectuer ces travaux, il fallait créer une unité qui soit « parlante » pour que l'éventuel client ait un point de comparaison entre les deux sources d'énergie. James Watt effectua un certain nombre de comparaisons entre les machines de sa fabrication et de véritables chevaux entraînant une lourde roue tournant autour d'un pivot central, comme dans certains types de pressoirs agricoles et ce durant plusieurs heures.
La puissance maximale développée par un cheval est de dix à presque quinze fois supérieure à un cheval-vapeur, mais dans le cadre d'une activité soutenue, une puissance moyenne d'environ Modèle:Unité (Modèle:Unité) par cheval est effectivement conforme aux conseils agricoles des {{#switch: XX
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}}<ref name=":0">Modèle:Article.</ref>,<ref>Modèle:Article.</ref>. Cela correspond également à un travail d'environ quatre fois le travail de base fourni par d'autres vertébrés durant une activité soutenue<ref name=":0" />.
Si l'on considère les équipements à propulsion humaine, un humain, en bonne santé, peut produire environ Modèle:Unité (Modèle:Unité) brièvement et maintenir environ Modèle:Unité (Modèle:Unité) indéfiniment ; les athlètes entraînés peuvent gérer jusqu'à environ Modèle:Unité (Modèle:Unité)<ref>Modèle:Ouvrage.</ref> et Modèle:Unité (Modèle:Unité) pendant plusieurs heures<ref>Modèle:Article.</ref>. Le sprinter jamaïcain Usain Bolt a produit un maximum de Modèle:Unité (Modèle:Unité) après seulement Modèle:Unité de course lors de son record du monde du Modèle:Unité de 2009 effectué en Modèle:Unité<ref>Modèle:Lien web.</ref>.
Valeurs officielles
Les valeurs des unités sont données par le Bureau international des poids et mesures (BIPM)<ref>« Les unités de mesure : le SI », Bureau international des poids et mesures (consulté le 23 août 2018).</ref> ou le Modèle:Lang (NIST)<ref>« NIST Guide to the SI, Appendix B.9: Factors for units listed by kind of quantity or field of science », Modèle:Lang (consulté le 27 février 2019).</ref>. Ce dernier donne les valeurs suivantes pour les différents Modèle:Langue des États-Unis et du Royaume-Uni (UK) :
- Modèle:Unité (Modèle:Nb) = Modèle:Unité ;
- Modèle:Unité = Modèle:Unité ;
- Modèle:Unité = Modèle:Unité ;
- Modèle:Unité = Modèle:Unité ;
- Modèle:Unité = Modèle:Unité = 13,15 × (Modèle:Unité (Modèle:Nb)) ;
- Modèle:Unité = Modèle:Unité.
