Définition de la traînée

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Camille Lajoie
il y a 7 ans
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1 1 Définition de la traînée Fx=1/2 ρv² SCx (traînée aérodynamique) Lorsque le véhicule se déplace, l air environnant exerce sur lui une force horizontale qui s oppose à l avancement du véhicule. On parle de résistance à l avancement La composante horizontale de cette force est appelée traînée aérodynamique. Elle augmente avec le carré de la vitesse La traînée aérodynamique impacte directement la consommation et les performances du véhicule (vitesse max, accélération) La traîné aérodynamique dépend des paramètres suivants: silhouette extérieure, équipements extérieurs, motorisation, base roulante

2 2 Contexte et enjeux CO2 en gr / km Evolution émissions C0 2 en Europe depuis 1995 France Moyenne U.E Normes U.E Cycle MVEG Source ADEME 2009

3 Evolution du Cx au fil du temps (tous constructeurs) 3 Enjeux environnementaux forts : Cx CO2

4 4 Evolution du Cx au fil du temps (ex. PSA) Parachute Cx = 1,35 Plaque plane verticale Cx = 1,1 Goutte d eau Cx = 0,05 Formule 1 Cx > 1 Années 30 : CITROEN Rosalie Cx = 0,70 Années 50 : CITROEN Traction Cx = 0,50 Années 60 : CITROEN DS Cx = 0,40 Aujourd hui : CITROEN C5 Cx = 0,30 Ford Probe V Cx=0.137

5 La traînée : en fonction de la version et des conditions de vie Exemple sur une BMW série 5 : Augmentation de la taille des pneus, de la traînée de refroidissement Modèle Cx Cz avant Cz arrière 520i 0,26 0,07 0,13 523i 0,28 0,1 0,13 528i 0,29 0,12 0, tds 0,29 0,12 0,13 5 : Encombrement moteur plus important débit sous plancher plus faible / Garde au sol / assiette? Source : Aerodynamikentwicklung am Beispiel der neuen 5er-Baureihe von BMW, Von Raymond Freyman und Hans Kerschbaum, ATZ 57 (1996) Interprétation personnelle des variations Ordre de grandeur de Cx (%) Ouverture des fenêtres latérales 10 à 15% Toit ouvrant ouvert 10% Cabriolet découvert 10 à 35% Galerie (vide) 10% Porte ski + ski 15 à 30% Déflecteur pour caravane >30% Bicyclette 60% Petit bateau 60%

6 Agrément de conduite : vitesse maximale (1/4) 6 FM α R1 P T Forces en présence en dynamique longitudinale R2 M e dv dt x (sur axe x) ( R1 + R ) + T FM = P + 2 Masse effective : M e = M + Ir 4 r 2 Poids du véhicule : Traînée aérodynamique : Résistance au roulement : P = Mg sinα 1 T = ρ 2 V SCx R 1 + R2 = R = ( Mg cosα ρv SCz) 2 C R

7 7 Agrément de conduite : vitesse maximale (2/4) Puissances mises en jeu sur route horizontale 1 Puissance utile (moteur -> sol) : P utile =η*p moteur η rendement BV et éléments tournants (déterminé au banc, env. 0.85) 2 Puissance de roulement : P pneu = CR*9.81*masse V CR : Résistance au Roulement (fournie par le manufacturier et dépend de V) CR (Kg/tonne) V (Km/h) Puissance aérodynamique : P aéro = F aéro *V = 0.5 ρscx V 3 P (KW) V (Km/h)

8 Agrément de conduite : vitesse maximale (3/4) 8 A une vitesse constante et sur route horizontale, on a : Puissance utile (moteur -> sol) = Puissance de roulement + Puissance aérodynamique : Puissance dissipée (kw) Ppneu Paéro P utile Vitesse (km/h) = η P = mgc V +1/ 2ρV moteur Cx=0,32 R % de puissance dissipée 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 3 SCx Vitesse (km/h) À 50 km/h, 50% des pertes sont dues à la traînée aérodynamique À 130 km/h, 85% des pertes sont dues à la traînée aérodynamique Ppneu Paéro

9 Agrément de conduite : vitesse maximale (4/4) Véhicule de 100 kw utiles (160 Cv), S=2m 2 Véhicule de recherche 9 Vitesse maximale (km/h) Peugeot 403 (1955) Plaque carrée 140 Peugeot Coupé 406 (1997) Peugeot 301 (1932) Cx 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2

10 La traînée : comment l améliorer? 10 Traînée de frottement : - réduire l épaisseur de couche limite - retarder la transition Ferroviaire et Aéronautique mais très peu d intérêt pour l automobile Traînée de pression : - Réduire les recirculation et les tourbillons longitudinaux - réduire les zones de surpression - fabrication (affleurement) Le Le premier dessin fixe le le potentiel, mais il il est est possible d améliorer le le SCx par des artifices Cx=0,15

11 Les principales contributions au SCx 11 Répartition des contributions SCx sur un véhicule Roues (Base Roulante) 15% Volume supérieur (Style, Architecture) 40% Sous-plancher (Base Roulante) 30% Circuits aérauliques (GMP, Freins) 8% Accessoires (Rétroviseurs, Enjoliveurs ) 7%

12 12 Traînée et écoulements Ahmed et al. (SAE paper ) β Cx Régime d'écoulement II Régime d'écoulement I Variation angle de lunette Existence d un angle critique Modification de la structure de l écoulement

13 Traînée et écoulements 13 Variation angle de lunette Ahmed et al. (SAE paper ) β Existence d un angle critique Modification de la structure de l écoulement Cx Régime d'écoulement II Régime d'écoulement I

14 La traînée : notion d angle critique 14 0,385 0,38 0,375 0,37 0,365 0,36 0,355 0,35 0,

15 15 La traînée : quelques véhicules extrêmes (non commercialisés) Ford Probe IV (Cx=0.152) GM AERO 2000 (Cx=0.192) GM Ultralite (Cx=0.192) GM Precept (Cx=0.163)

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