Cahier 1 - Doc`INSA

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
Voir aussi cahier
Construction
4
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:
'
JP BROSSARD
G
PANEL
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
X
Y
Z
M
L
N
est appelé
5Ç(G) = [L, M, N ] 1
traînée aérodynamique
force latérale
portance
moment de roulis
moment de tangage
moment de lacet.
Inexpérience et la théorie montrent que l!on peut écrire
si p est la masse spécifique de lfair et S le maître couple,
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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
Cx coefficient de traînée
Y = + - Cy SV
Cy coefficient de force latérale
Z = 4 &- Cz SV
2
•
Cz coefficient de Fportance
L = — Cl SV
CE coefficient de moment de roulis
M = r- Cm 1 SV
Cm coefficient de moment de tangage
N = ^ Cn 1 SV
Cn coefficient de moment de lacet
-> 2 ,
V = [V-j I
(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 :
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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
p
'
.. p
lorsque Cx, Xz,':. Cm-so-nt- conHii-s.,':
'
' '
-.'.
- .. 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
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de poussée.
2°) Connaissant xcf zc, Cx $ Cz déterminer Cn
En effet les deux torseurs (P, F ) et (F., M.(G))doivent
être équivalent
GP A ¥l - My1
X zp - Z xp = MyEn remplaçant X, Z, M par leur valeur
Xc Cz +
r
ZG C X
-
cM
B - PORTANCE AVANT, PORTANCE ARRIERE
Il s'agit cette fois de représenter le torseur :
(z t1 , -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 lfon ait
Z
1
+ Z
2 "
GM"J" A
Z
ZT}" + GM^ A Z^ = M j ^
La dernière équation s'écrit :
- ai
z
i y T + a 2 z z ~y\ " M >v
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On a donc le système
1 + Z2 = Z
- & 1 Z1 H- a 2 Z 2 = M
Z
On peut exprimer Z- et Z~ sous la forme habituelle des
actions aérodynamiques '
Z,• * + £ Gai SV21
2 f
Z. - + • £ Cz 9 SV2
2
2
2 : •
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
Les résultats pour quelques véhicules classiques' sont les
suivants*
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MARQUE
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
MODELE
IRONTME
ALFETTA GT
ALFA-SUD
V 8
100 LS
530 i
RIVIERA
CORDOBA
GS
CX
2 8 02
B 210
3 08 GTB
131 COUPE
FIESTA
CAPRI
;
civic
.;':•'.••'
XJ Six
CHERAKEE
BETA HPE
STRATOS
ESPRIT
BAGUERA
230
TORONADO
3 04
504
604
911
5
15
30
3ILVER-SHADOW
BEETLE
SIROCCO
242
24 6
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CX
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 lfordre
de grandeur du poids du véhicule).
Le tableau suivant donne une indication sur la valeur des
portances suivant le type de véhicule.
Cz
IV - PUISSANCE
Cz A ^ AR
DEVELOPPEE PAR LE TÛRSEUR AERODYNAMIQUE
^
= F A V°(G) + M A CG).n 1
V (G) = f f
^ °
- -^Cx
Xo = V X o
SV 3
2
La puissance est proportionnelle au cube de la vitesse. Ce
résultat est dfune importance capitale. Nous verrons qufà 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 .s1agit dfune OSMOBILE TORONAPO. Il en faut seulement
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103 (139 Ch) lorsqu'il s'agit d'une CITROEN CX. Le rapport est de 1,82 !
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]
(180)
(72)
10
20
30
40
50
60
j 300
2401
8103
19208
37515
64827
102942
PEUGEOT 604 (0,76) | 465
3724
12568
29792
58187
100548
159666
OSMOBILE
TORONADO
i 545
4361
14718
34888
68140
1 17747 186977
281
2254
7607
18032
35218
CITROEN CX
(0,49)
rf)U Rôc n
^ ' -J
(108)
(144)
(36)
"^-^_ VITESSE
V E HIC U LE""""*----^^^
(216)
(252)
70
60858
96640
LOTUS ESPRIT (0,46) |
V -r CARACTERISTIQUES
COMPLETES
D'UN
VEHICULE
VEHICULE PORSCHE 917 - MODELE LE MANS 1970
Empâtement
Voie avant
Voie arrière
Longueur
Largeur
Hauteur
Carburant
Masse à vide
2,300 m
1,564 m
1,533 m
4,140 m
1,975m
0,920 m
0,120 m3
800 Kg (40% - 60*)
Maître couple
1,570 m2
Document communiqué
Cx
0,361
par
Cz Av
0,043
Chef
CzAr
-0,455
Mv R.
du
d'Etudes
METZGER
Bureau
PORSCHE
COMPETITION.
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