Aéro
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Aprés une petite leçon d'histoire le temps est venu de définir ce qu'est l'aérodynamique
- L'aérodynamique fait donc partie intégrante de deux grands domaines étudiant les écoulements d'air sur un solide, que se soit un véhicule aérien, terrestre voire une éolienne ou encore un ouvrage de type pont. Ces deux grands domaines d'études sont l'aérodynamique incompressible et l'aérodynamique compressible. On les différencie tout simplement car ce sont des phénomènes qui se produisent à des vitesses différentes.
L’aérodynamique a pour principe d'octroyer une forme à un véhicule afin qu'il rencontre le moins de frottements face à l’air lors de son déplacement. Les constructeurs automobiles jouent donc entre une aérodynamique performante afin d’atteindre leurs objectifs (performances sur un tour chronométré par exemple ou simplement faible consommation) mais également une aérodynamique limitée afin que la tenue de route du véhicule n’en soit pas affectée.
Ainsi en aérodynamique (lors de l'étude de l'effet des fluides sur un véhicule) les ingénieurs font face aux différentes forces que la nature exerce sur un véhicule en mouvement. Il existe 4 principales contraintes qui sont :
-La traînée
-La portance
-La poussée
-Le poids
Qu'est ce que la traînée ?
Telle est la question...La traînée en automobile, est donc la force qui s'oppose à l'avancement du véhicule dans l'air, elle est ainsi à l'origine de l'augmentation de la consommation en carburant de votre véhicule mais aussi de la dégradation de sa vitesse de pointe. Cette force est en rapport direct avec l’aérodynamisme de ce véhicule.
Il est donc important pour les constructeurs automobile de diminuer cette traînée. Comme vous avez pu le comprendre cette force a donc une direction horizontale et son point d’application est le centre de gravité du véhicule (Point de concentration des différentes forces qui permettent à un corps de tenir en équilibre).
Ainsi la voiture parfaite (générant le moins de trainée devrait avoir la forme d'une goutte d'eau. Cependant celle-ci n’est pas réalisable, car trop de contraintes notamment en matière de réalisation du véhicule (sécurité, fonctionnement...) entrent en jeu.
Les voitures courantes, elles, sont dites "tronquées" à l'arrière, (elles sont coupées, écourtées) c'est à cet endroit du véhicule que l'écoulement d'air qui se détache de la trajectoire des flux d'airs dite « normale » (trajectoire engendrée par la forme du véhicule) provoque des turbulences qui sont responsables à 90 km/h par exemple, de 20% de la résistance de l'air au mouvement du véhicule.
Qu'est ce la Portance ?
La portance quand à elle est le fait qu'une patie des flux d’airs ont tendance à pouser le véhicule vers le haut.
En effet les flux d’airs qui passent sous le véhicule génèrent une poussée verticale vers le haut.
Son point d'application est le centre de gravité du véhicule. C’est cette même force qui permet l’envol des avions. De plus la plupart des voitures ayant une forme d'aile d'avion (dessus incurvé et un fond quasiment plat) l'air qui passe dessus doit parcourir plus de distance que celui qui passe au-dessous (car le dessus de la voiture est courbé tandis que le dessous est droit) engendrant une vitesse plus élevée de l'air du dessus que celui du dessous. Cette différence de vitesse crée une dépression qui soulève la voiture.
Exemples les plus connus et les plus démonstratifs de l'effet de la portance sur la Porsche n°26 en 1998 et la Mercedes en 1999
Cependant la portance ne doit pas forcément être évitée sur une voiture commune car elle permet de limiter l’usure des pneus et la consommation d’essence.
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Ainsi les constructeurs automobiles essayent donc de réduire cette portance, voir même de créer une déportance (effet inverse de la portance : appui aérodynamique) pour que votre véhicule, lorsque vous roulez sur l'autoroute en direction de Biarritz pour des petites vacances en famille ne s’envole pas comme la Posrche n°26 vu précédemment voir même Mark Webber durant les 24H du Mans en 1999. Cette déportance va ainsi avoir pour mission de garder la voiture au sol alors que celle-ci atteint des vitesses très élevées comme par exemple lors de compétitions automobiles.
Envol de la Porsche n°26 dû à la portance
Envol de Mark Webber durant les 24h du mans en 1999 dû à la portance
Cependant il existe aussi des forces qui elles ne sont pas liées à l'aérodynamique, ces forces se sont le poids et la poussée...
- Le poids est la force qui s'exerce de façon verticale dans le sens inverse de la portance, il s'exerce comme toutes forces sur le centre gravité du véhicule.
Ainsi pour réduire la portance on peut augmenter le poids du véhicule ce qui peu crée une déportance.
L’accélération et la vitesse de pointe sont alors réduitent, les vitesses de passages en courbes sont affectées,
et la tenue de route est diminuée. De nos jours, un véhicule de tourisme pèse en moyenne 1300kg, contre seulement 800kg dans les années 1960. Ceci s'explique par les exigences en matière de sécurité de plus en plus nombreuses mais aussi avec l'apparition des options techniques de plus en plus nombreuses elles aussi.
- La poussée quand à elle est la force produite par le moteur (puissance en cheval vapeur et couple en Newton mètre) permettant au véhicule d’avancer. Elle a une direction horizontale et pousse véhicule vers l'avant. Comme l'ensemble des forces exercées sur un véhicule son point d'application est le centre de gravité de ce véhicule.
Effet de la poussée sur l'être humain !
Dans cette partie nous avons vu l'importance et le définition de la traînée, de la portance, de la poussée et du poids qui nous serviront plus tard dans ces TPE