Évaluation : Synthèse de la vidéo CPS "L'Aérodynamique"

En se déplaçant un véhicule va être soumis à quatre forces :

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La poussée créée par la motorisation déplace la masse de la voiture qui n'est plus seulement astreinte par son poids qui la "clouait" au sol.

Toutefois, le forme bombée du véhicule, similaire à une aile d'avion, engendre une force qui tire vers le haut le véhicule. A grande vitesse, cette force opposée au poids, nommée la portance pose des problèmes d'adhérence. Ainsi pour éviter que le véhicule ne "décolle", on y place à l'avant et l'arrière des ailerons, véritables ailes à l'envers, pour garantir les appuis sur la piste.

Le déplacement du véhicule produit également des turbulences qu'on appellent "sillage" pour un bateau. Leur forme engendre une dépression à l'arrière du véhicule qui, par conséquent, le freine. On nomme cette force opposée à la poussée, la trainée.

Plus la vitesse est élevée et les surfaces sont grandes et plus la portance et la trainée affecteront le comportement du véhicule. Afin de concevoir des véhicules performants, on réalise des maquettes de prototypes que l'on testera en soufflerie à des vitesses allant jusqu'à 1200 km/h afin de valider ou modifier le profil du véhicule (automobiles ou aéronautiques). Les filets d'air glissent le long de la carrosserie, et bien que l'air soit invisible et d'une masse faible (1 litre d'air = 1,3g), il peut grandement impacter les performances du véhicule si celui ne pénètre pas dans l'air avec efficacité, autrement dit, s'il n'est pas aérodynamique.

Pour des raisons techniques et financières évidentes, nous utiliserons un logiciel de simulation "Wind Tunnel" (tunnel de vent) afin de valider nos profils de mini-F1. Toutefois, il faut garder à l'esprit que même la meilleure qualité de calcul ne peut remplacer un essai réel en soufflerie.

Merci à Fred et Jamy pour avoir apporter leurs lumières.


enfaire_mon_metier.pngFais-en ton métier ! La fiche-métier d'aérodynamicien est disponible sur le site de l'onisep (clique ci-dessous)

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Falcon Project : Wind Tunnel simulation

Nous allons utiliser un logiciel de "wind tunnel simulation" afin de simuler le comportement aérodynamique de notre voiture dans une soufflerie. C'est évidemment dans l'aéronautique-aéroespace que cette technologie a dabord été développé.
Voici ci-dessous le "Car body" de la Monster, voiture d'élèves de la session 2011-2012 de notre collège en tests aérodynamiques.

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L'Aérodynamique Automobile

Spoiler, bas de caisse, ailerons, lames DTM, … de nos jours les éléments aérodynamiques se sont évadés des circuits pour être le plus souvent greffés sur nos véhicules. Les jackyologues seront unanimes quant à l'utilité sur une 205 diesel d'un aileron de 2 mètres d'envergure. Mais pour les autres qu'en est-il ? On peut aussi se poser des questions, lorsque l'on constate que la Ferrari Enzo se passe de beaucoup de ces artifices tout en gardant des appuis aérodynamiques dignes d'une formule 1. Le tuning automobile change-t-il réellement les caractéristiques des véhicules ? Quelle est donc la réelle utilité de ces attributs et comment l'air qui nous entoure permet-il d'améliorer l'adhérence de beaucoup de sportives ?

Texte : Jérôme TORDJMAN

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Le principe de base de l'aérodynamique est l'aile d'avion. Notre professeur de première pourrait nous la donner de cette façon : " Un corps solide (voiture), en mouvement de translation (qui roule) dans un fluide (air), est soumis à des forces (résistance de l'air, poids, frottements, …), réparties en surface (sCx), dont les valeurs et distributions dépendent du fluide, de son état physique (gazeux), de la vitesse relative, et bien sûr de la forme du corps (Cx) et de la rugosité de sa surface. La somme de ces forces peut être décomposée en une composante dirigée en sens inverse de la vitesse, appelée résistance ou traînée, et une composante perpendiculaire appelée portance en aérodynamique". On comprend alors que les deux éléments aérodynamiques essentiels pour une automobile sont la traînée et la portance. On connaît déjà le rôle de la traînée (cf. schéma). Qui n'a jamais sorti la main de la voiture en roulant pour sentir l'air la pousser en sens inverse ? Mais on peut se demander pourquoi la portance est si prépondérante. La raison est simple ; la voiture possède un profil proche de celui d'une aile d'avion. En effet, elle a un dessus incurvé et un fond quasiment plat. Donc l'air qui passe dessus (courbe) doit parcourir plus de distance que celui qui est au-dessous (ligne droite) ; résultat l'air du dessus est plus rapide que celui du dessous. Cette différence de vitesse crée une dépression qui soulève la voiture, c'est la portance (cette force est proportionnelle à la vitesse). L'objectif de nos chères sportives est de diminuer la portance pour éviter un allégement des trains roulants et donc une diminution d'adhérence. Pour cela plusieurs solutions existent.


LES AILERONS

porshe_aileron.jpgL'aileron propose une alternative à la portance en y opposant une force de compensation. Son design est spécialement étudié pour rajouter du poids sur une partie de la carrosserie (arrière en général). En effet sa coupe semi-circulaire dirigée vers le haut récupère l'air. Plus la vitesse est élevée plus la pression est forte et le poids conséquent. Seul défaut son dessin ne favorise pas la pénétration dans l'air et freine le véhicule qui en est équipé. La forme des ailerons est spécialement étudiée pour être efficace à partir d'une certaine vitesse et au-delà. Les véhicules dont la puissance sera trop faible ne profiteront pas des qualités mais seulement des défauts. Conseils : au niveau de l'aileron arrière le réglage portera sur l'inclinaison. Plus il sera incliné plus il y aura de poids sur l'arrière et plus la voiture sera stable (mais aussi freinée).

LES SPOILERS ET JUPES LATERALES

Le rôle des spoilers est double, ils profilent la voiture pour améliorer son Cx (coefficient de pénétration) ce qui a pour effet de réduire la traînée. Ils permettent aussi de diminuer la portance en abaissant la face avant du véhicule. Ainsi moins d'air s'engouffre en dessous et donc il y a décroissance de la force de soulèvement. Enfin les différentes nervures qui se dirigent souvent vers le haut jouent le rôle (à haute vitesse) d'autant de petits ailerons pour asseoir le train avant. Cependant, les spoilers doivent être très bien étudiés pour ne pas créer de turbulences aérodynamiques sous peine de générer un déséquilibre à haute vitesse et/ou une augmentation de la traînée. Les jupes latérales jouent un rôle similaire mais de façon moins importante. Elles permettent de diminuer la portance et la traînée en améliorant le Cx et en abaissant les cotés du véhicule. De plus, elles canalisent l'air en provenance des roues avants et en direction des roues arrières. Conseils : Il faut savoir que plus un véhicule est bas plus il sera aérodynamique ; mais à part si vous habitez à Magny-Cours l'utilisation de spoilers et jupes trop proches du sol ne pourra que dégrader la tenue de route de votre sportive. En effet la baisse de l'amplitude de variation de hauteur provoquera des frottements parasites avec le sol (sur routes dégradées) et pourra à haute vitesse être initiateur d'un accident.


LES LAMES DTM

lame.jpgAu ras du sol, pourfendant l'air, la lame DTM (Deustche Tourenwagen Masters) tire son nom du trophée Grand Tourisme allemand. Son rôle est une fois de plus de diminuer la portance. Son dessin horizontal permet de canaliser sur les cotés l'air qui arrive de la face avant : le pare-chocs, la calandre, … Il y a donc moins d'air dessous, donc … moins de portance. Conseils : Les lames DTM sont souvent utilisées sur des voitures tunées. Leur réelle utilité est contestable, car elles permettent de dépasser les limites de certains bolides. Mais peu de voitures ou de pilotes peuvent se targuer d'utiliser leur automobile aux limites, tout du moins sur routes ouvertes.

LA NOUVELLE AERODYNAMIQUE…

ferrari_enzo.pngDécouvert sur la Enzo, les nouveaux appendices aérodynamiques de cette supercar sont pilotés par l'électronique. En fonction de toutes les informations récupérées par les capteurs : vitesse, angle de braquage, … L'électronique va se charger de définir une inclinaison pour les mini-ailerons placés dans le spoiler avant et à l'arrière. Ces nouveaux éléments sont réactifs et permettent à l'auto d'avoir une assise de 70% plus efficace qu'en standard. Elle peut alors faire l'impasse sur les envahissantes protubérances "tuninguesques" et offrir une ligne tendue, agressive et épurée.


CONCLUSION
L'avenir sera sûrement de combiner les deux valeurs que sont, efficacité et look. Alors que les supercars ouvrent une nouvelle voie dans les schémas aérodynamiques (cf. Enzo et Murcielago), les tuners gavent toujours leurs réalisations d'artifices esthétiques exubérants. Les lignes s'épurent d'un coté pour se surcharger de l'autre. Mais outre le goût pour l'un ou l'autre qui sera question de chacun, demandons-nous pourquoi greffer sur de simples berlines des appendices démesurés ? Une Lamborghini utilise pleinement son aileron au-delà des 220 Km/h, à cette vitesse beaucoup de sportives n'en auront que faire. Au contraire la voiture au bord de ses limites sera freinée et perdra en vitesse de pointe ce qu'elle n'aura pas gagné en assise. Aujourd'hui les véritables sportives sont celles qui utilisent au mieux l'aérodynamique comme un moyen d'améliorer leurs performances et non comme une fin stylistique. On ne peut remettre en cause l'aileron d'une Subaru ou les bas de caisse d'une Civic TypeR, mais dépassé un certain stade le gain n'est plus là et le danger n'est pas loin.

source : www.automobile-sportive.com

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