TPE 2016
Il y a trois actions qui sont appliquées sur le véhicule en mouvement dans l’air :
1. Force de trainée :
L'action de l'air sur un véhicule en mouvement produit une force dont une des composantes est opposée à l'effort de traction.
Cette composante est appelée TRAINEE et sa valeur est fonction :
- De l'importance de l'aire du maître-couple : S
- De la vitesse du véhicule par rapport à l'air : V
- De la forme du véhicule (écoulement, turbulences) Cx : Coefficient de traînée
- De la masse volumique de l'air : µ
Formule :
Ft = µ . Cx . S . V²
Le coefficient de traînée caractérise la résistance à l'avancement et intervient sur :
- La consommation moyenne de carburant (près de 30% de plus en consommation),
- La puissance des moteurs.
2. Force de portance :
Le profil d'une automobile provoque une résistance de l'air dont la direction est inclinée par rapport à l'axe longitudinal du véhicule ; dans ce cas, la force composante suivant l'axe vertical s'appelle PORTANCE (Cz).
Ce coefficient de portance peut être :
- positif si l'action est dirigée vers le haut : elle diminue l'adhérence d'une auto. Il y a "délestage".
- négatif si l'action est dirigée vers le bas : elle augmente l'adhérence, il y a " déportance". Cela conditionne la tenue de route, et influe sur le Cx.
3. Force de dérive :
La force composante suivant l'axe horizontal, négligeable par temps calme, prend beaucoup d'importance par vent latéral. Elle influe alors sur la stabilité du véhicule et s'appelle DERIVE (Cy).
Ce coefficient de dérive dépend :
- De la vitesse maximum
- De l'excès ou l'économie de consommation
- De l'adhérence au sol et la stabilité de la trajectoire
- Des contraintes sur la carrosserie
Comment faire pour optimiser les actions appliquées sur le véhicule ?
Il s’agit de rechercher des formes de carrosseries permettant la meilleure pénétration dans l'air, en rendant le moins néfaste possible les forces complexes qui s'opposent à l'avancement sans sacrifier :
- Les impératifs d'habitabilité,
- La tenue de route,
- L'esthétique,
- Les éléments de sécurité.
Pour des raisons de coûts les carrosseries sont d'abord réalisées en maquette à échelle réduite pour effectuer des essais en soufflerie. Une fois les tests validés, le véhicule est réalisé grandeur nature. Les formes aérodynamiques des véhicules sont étudiées en soufflerie où l'on recherche le plus faible Cx. La forme qui offre la moindre résistance est le solide ovoïde.
Une expérience a été réalisée pour montrer l'écoulement de l'air autour de la voiture :
