TPE Aerodynamisme

Problématique: Comment l'aérodynamisme a-t-elle été exploité par l'homme afin de l'aider dans les différents transports ?

April 25, 2017

Automobile

Quelle importance a l’aérodynamisme dans l’automobile ?

Introduction:

L’aérodynamisme est présent partout dans notre quotidien, notamment lorsque nous utilisons une voiture. En effet, quand nous roulons, nous pouvons ressentir, deviner certains faits dus à l’aérodynamisme de notre voiture. Tout d’abord, l’aérodynamisme d’un véhicule c’est la science qui étudie les phénomènes accompagnant tout mouvement entre un corps et l’air qui le baigne. Tout corps qui se déplace dans l’air engendre dans ce dernier des mouvements complexes, qu’on appelle turbulences, et qui provoque des actions sur le solide. Nous allons donc voir forces qui s’exercent sur un véhicule en mouvement dans l’air. Nous verrons ensuite comment réduire l’impact de certaines de ces forces sur un véhicule.

Les trois forces exercées sur une voiture:

a) La portance et la déportance

Les voitures ont un profil qui provoque une résistance à l’air dont la direction est inclinée par rapport à l’axe longitudinal du véhicule. Ici, la force de l’axe vertical est la portance qui a pour coefficient Cz. On parle de portance lorsque la force est dirigée vers le haut. Cette force diminue l’adhérence au sol d’une voiture. On parle de « délestage ». Dans ce cas le coefficient Cz est positif. Dans le cas contraire, on parle de déportance ou d’appui aérodynamique lorsque la force est dirigée vers le bas. Elle augmente l’adhérence au sol. (La déportance est très utilisée dans le sport automobile notamment en Formule 1). Ici, le coefficient Cz est négatif.

b) La trainée

La force de l’air sur un véhicule en mouvement créer une force dont une des composantes est opposée à l’effort de traction. On l’appelle la trainée.

La valeur de cette trainée dépend de plusieurs éléments :

Cette valeur varie en fonction de l’aire du maître couple S, de la vitesse du véhicule par rapport à l’air V, de la masse volumique de l’air μ, et évidemment de la forme du véhicule (turbulences aérodynamiques, écoulements des flux d’air) Cx coefficient de traînée.

Cela donne donc une formule :Ft = μ . Cx . S . V2

Le coefficient de traînée Cx, correspond à la résistance à l’avancement avec un véhicule. Par exemple, plus la voiture va vite, plus la force de l’air exercée sur le véhicule est important et donc le freine. Par conséquent, le Cx joue un rôle capital sur la consommation de carburant (près de 30% de plus en consommation) et donc aussi la puissance moteur, car pour faire face à cette résistance, pour atteindre une vitesse de plus en plus élevée, le moteur doit générer beaucoup plus d’énergie.

c) La dérive

On néglige souvent une force suivant l’axe horizontal mais celle-ci peut parfois être importante lorsque que des vents soufflent latéralement à un véhicule. Cette force a un impact sur la stabilité d’un véhicule. On appelle cette force la dérive (Cy).

Ce coefficient varie en fonction :

  • de la vitesse maximal
  • de l’adhérence au sol et la stabilité de la trajectoire
  • de l’aérodynamisme de la carrosserie
  • du poids (notamment le carburant)

Étude de cas de la Lamborghini Huracan Performante :

La Lamborghini Huracan Performante est une voiture de sport de très haute qualité. En effet, cette voiture dispose d’un aérodynamisme très développé qui lui permet d’atteindre un haut niveau de performance.

Ce système de haute technologie est appelé ALA (Aerodinamica Lamborghini Attiva). Le fonctionnement est simple. Pour adapter la vitesse maximale en virages ou en lignes droites, des volets ont été installé dans le diffuseur avant, le capot moteur et dans l’aileron arrière. Ces volets s’ouvrent et se ferment selon la trajectoire de la voiture (virages ou lignes droites).

Pour atteindre une vitesse maximale en ligne droite, ces volets s’ouvrent afin de laisser passer une partie du flux d’air, et donc réduire l’appui au sol et la traînée.

À l’inverse, pour avoir une stabilité et une vitesse maximale en virages, ces volets se referment afin d’augmenter l’appui aérodynamique au sol et donc permettre un passage rapide en courbes.

Pour améliorer cette stabilité, les volets du côté intérieur du virage se referment pour augmenter l’appui et faire face au principe de la force centrifuge qui fait s’incliner la voiture du côté extérieur du virage et donc réduire l’adhérence du côté intérieur du virage

Ce système est aussi utilisé lors des freinages. Pour ralentir la voiture de manière plus efficace, les volets ferment les conduits d’air des ailerons pour augmenter le contact avec le flux d’air et donc augmenter l’appui pour plus de stabilité et la trainée.

Conclusion :

Ce système révolutionnaire sur le plan aérodynamique et technologique permet un véritable gain de performance. Des systèmes, comme celui-ci, sont en développements et certains sont utilisés plus dans un but écologique, c’est à dire réduire la consommation énergie.