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 © [JP. Brossard],[1980], INSA de Lyon, tous droits réservés : ' 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, © [JP. Brossard],[1980], INSA de Lyon, tous droits réservés 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 : © [JP. Brossard],[1980], INSA de Lyon, tous droits réservés 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 © [JP. Brossard],[1980], INSA de Lyon, tous droits réservés 4 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 © [JP. Brossard],[1980], INSA de Lyon, tous droits réservés 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* © [JP. Brossard],[1980], INSA de Lyon, tous droits réservés 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 © [JP. Brossard],[1980], INSA de Lyon, tous droits réservés 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 © [JP. Brossard],[1980], INSA de Lyon, tous droits réservés 103 (139 Ch) lorsqu'il s'agit d'une CITROEN CX. Le rapport est de 1,82 ! © [JP. Brossard],[1980], INSA de Lyon, tous droits réservés ] (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. © [JP. Brossard],[1980], INSA de Lyon, tous droits réservés '