LANIERE EXPERIMENTALE 2~ année 1" cycle

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1 LANIERE EXPERIMENTALE 2~ année 1" cycle I J.R BRQSSARD I si CAHIER ;t;;af f ^NlQME * I INTERACTION VEHICULE -ATMMOSPHERE Voir aussi cahiers 2-3 Mécaniquf : JP BROSSARD Voir aussi cahier 4 Construction ' G PANEL

2 J - FORME GENERALE DU TORSEUR AERODYNAMIQUE Les actions aêrodynamiques sur un solide en mouvement comme une automobile peuvent être représentées par le torseur (F., M.(G)). fj = [X, Y, Z] 1 5Ç(G) = [L, M, N] 1 X est appelé traînée aérodynamique Y force latérale Z portance M moment de roulis L moment de tangage N moment de lacet. Inexpérience et la théorie montrent que l! on peut écrire si p est la masse spécifique de l f air et S le maître couple,

3 2 S est une surface de référence En aérodynamique automobile n prend la plus grande esction obtenue en faisant des couples par des plans parallèles au plan (G, (en pratique S = 0,8.H,D X = - ~- Cx SV Y = + - Cy SV Cx coefficient de traînée Cy coefficient de force latérale Z = 4 &- Cz SV Cz coefficient de F portance 2 L = Cl SV M = r- Cm 1 SV N = ^ Cn 1 SV -> 2, V = [V-j I CE coefficient de moment de roulis Cm coefficient de moment de tangage Cn coefficient de moment de lacet (vitesse du véhicule par rapport à l f air) L f aérodynamique; théorique et expérimentale permet de déterminer les six coefficients et surtout de prévoir en fonction de quels paramètres ils varient. II - LE VEHICULE EN LIGNE DROITE. DIFFERENTES FORMULATIONS DU TORSEUR AERODYNAMIQUE Lorsque le mouvement du véhicule est en ligne droite (mouvement plan) le torseur aérodynamique prend alors la forme :

4 A - CENTRE DE POUSSEE On a immédiatement K "A (G) = Le torseur est spécial de somme non nulle. Il est donc réductible à un vecteur glissant unique passant par un point P, appelé centre de poussée* Posons : On peut facilement : 1 ) Déterminer x.et' z lorsque Cx, Xz,':. Cm-so-nt- conhii-s.,': p '. p ' ' ' -.'. -.. r,.;.-:. '.' L '.;-^- 7v;;;' On sait que : En remplaçant X? Y,. M- par leur expression Dans la pratique il est fait une large utilisation du centre

5 4 de poussée. 2 ) Connaissant xc f zc, Cx $ Cz déterminer Cn En effet les deux torseurs (P, F ) et (F., M.(G))doivent être équivalent GP A l - My 1 X zp - Z xp = My- En remplaçant X, Z, M par leur valeur r Xc Cz + ZG CX c M - B - PORTANCE AVANT, PORTANCE ARRIERE Il s'agit cette fois de représenter le torseur : (z t 1, -M ^) par deux vecteurs glissants passant : - l'un Z^z. par M- - 1? autre Z?& z par M~ Pour que ces deux torseurs soient équivalents il faut et il suffit que l f on ait Z 1 + Z 2 " Z GM"J" A ZT}" + GM^ A Z^ = Mj^ La dernière équation s'écrit : - a i z i yt + a 2 z z ~y\ " M >v

6 On a donc le système Z 1 + Z 2 = Z - &1 Z 1 H- a 2 Z 2 = M On peut exprimer Z- et Z~ sous la forme habituelle des actions aérodynamiques ' Z, * + Gai SV 2 - f 1 2 Z. - + Cz 9 SV : Z. et Z~ sont appelés portance avant et'.portance arrière. Cz- et Cz? coefficient de portance avant et -arrière III - QUELQUES DONNEES CHIFFREES SUR LES VEHICULES AUTOMOBILES A - RESULTATS CONCERNANT S ET Cx Nous avons vu que l! on avait avec une bonne approximation S = 0,8.H,D suivants* Les résultats pour quelques véhicules classiques' sont les

7 MARQUE MODELE IRONTME CX ALFA-ROMEO ALFA-ROMEO ASTON-MARTIN AUDI BMW BUICK CHRISLER CITROEN CITROEN DATSUN DATSUN FERRARI FIAT FORD FORD HONDA JAGUAR JEPP LANCIA LANCIA LOTUS MATRA MERCEDES OSMOBILE PEUGEOT PEUGEOT PEUGEOT PORSCHE RENAULT RENAULT RENAULT ROLLS-ROYCE VOLSWAGEN VOLSWAGEN VOLVO VOLVO ALFETTA GT ALFA-SUD V LS 530 i RIVIERA CORDOBA GS CX B GTB 131 COUPE FIESTA CAPRI ; civic.;': '. ' XJ Six CHERAKEE BETA HPE STRATOS ESPRIT BAGUERA 230 TORONADO ILVER-SHADOW BEETLE SIROCCO

8 7 B - RESULTAT CONCERNANT LA PORTANCE Les résultats sont extrêmement variables. Pour.une voiture de série on cherche à avoir une portance à peu près nulle. En effet une portance positive tend à faire décoller le véhicule* Une portance négative est souhaitable, mais elle augmente la résistance au roulements Pour les voitures de compétition très rapides on cherche à obtenir une portance négative avec une valeur absolue très importante (de l f ordre de grandeur du poids du véhicule). Le tableau suivant donne une indication sur la valeur des portances suivant le type de véhicule. IV - PUISSANCE Cz DEVELOPPEE PAR LE TÛRSEUR AERODYNAMIQUE Cz A^AR ^ = F A V (G) + M A CG).n 1 V (G) =ff X o = VX o ^ - -^Cx SV 3 2 La puissance est proportionnelle au cube de la vitesse. Ce résultat est d f une importance capitale. Nous verrons qu f à haute vitesse la quasi totalité de la puissance du.moteur est utilisée pour vaincre la résistance aérodynamique. Pour un moteur donné les performances maxi seront déterminées étroitement par le produit SCx ou encore pour une vitesse donnée la puissance du moteur donc la consommation dépendra étroitement de la qualité aérodynamique. Ceci est particulièrement mis en évidence sur les diagrammes de la figure 7» Les Chiffres sont particulièrement éloquents. Ainsi à 252 Km/h (70 m/s) il faut 187 KW (242 Ch) pour vaincre la résistance aérodynamique lorsuq! il.s 1 agit d f une OSMOBILE TORONAPO. Il en faut seulement

9 103 (139 Ch) lorsqu'il s'agit d'une CITROEN CX. Le rapport est de 1,82!

10 ] "^-^_ VITESSE V E HIC U LE""""*----^^^ (36) 10 (72) 20 (108) 30 (144) 40 (180) 50 (216) 60 (252) 70 CITROEN CX (0,49) j PEUGEOT 604 (0,76) OSMOBILE rf) Rcn i TORONADO ^U' ô -J LOTUS ESPRIT (0,46) V -r CARACTERISTIQUES COMPLETES D'UN VEHICULE VEHICULE PORSCHE MODELE LE MANS 1970 Empâtement 2,300 m Voie avant 1,564 m Voie arrière 1,533 m Longueur 4,140 m Largeur 1,975m Hauteur 0,920 m Carburant 0,120 m3 Masse à vide 800 Kg (40% - 60*) Maître couple 1,570 m2 Document communiqué Cx 0,361 par Mv R. METZGER Cz Av 0,043 Chef du Bureau ' CzAr -0,455 d'etudes PORSCHE COMPETITION.