Introduction à l'aérodynamique d'une voiture de course

Résumé du document

L'aérodynamique est une branche de la dynamique des fluides qui porte principalement sur l'analyse et la compréhension des écoulements d'air, ainsi que leurs effets sur les éléments solides qu'ils environnent. Cette science est apparue au cours du premier tiers du siècle dernier parallèlement au développement de l'aviation. Petit à petit, d'autres domaines, et l'automobile en particulier grâce à son développement, sont venus fournir de nouvelles possibilités d'application de l'aérodynamique. De ce fait, l'aérodynamique s'est scindée en deux champs d'études : l'aérodynamique incompressible qui concerne les écoulements dont le nombre de Mach est inférieur à 0.3, ce qui permet de faire quelques hypothèses simplificatrices.

Extraits

[...] Une surpression apparait donc sous l'aile tandis qu'une dépression se forme au-dessus de l'aile. La résultante de cette différence de pression est la portance qui porte l'aile et fait voler l'avion. A l'inverse, sur un aileron de voiture de course qui est un peu une aile retournée, la portance se fait vers le bas, elle plaque donc la voiture au sol, l'empêchant ainsi de décoller malgré la vitesse et l'air qui s'écoule sous la voiture. Et c'est bien là l'effet escompté puisqu'il faut à tout prix que les roues restent le plus possible en contact avec le sol afin que le pilote ne perde pas le contrôle de sa voiture. [...]

[...] Les multiples évolutions dans ce domaine ont permis d'obtenir toujours un meilleur compromis entre tenue de route, rapidité en courbe et vitesse de pointe. Au cours de cet exposé, nous mènerons une étude théorique basée sur une description des principes aérodynamiques, suivie d'une présentation de l'évolution des voitures de courses grâce à l'aérodynamique et d'une analyse détaillée de l'aile d'avion (considérée similaire à un aileron de voiture inversé). Il est à noter que certains termes techniques employés ici seront explicités clairement dans ce qui va suivre. [...]

[...] Il s'agit en fait du tracé du en fonction du .Pour une valeur d'incidence donnée, on relève le et le de manière à obtenir la polaire de l'aile. Cette courbe permet de rechercher le couple ( forme générale d'une polaire : ; ) optimal. Voici la : portance maximale : décrochage : finesse maximale : portance nulle Au-delà de l'incidence de , la portance diminue tandis que la traînée continue à augmenter. Or, la traînée s'opposant au déplacement de l'avion, il y a tout intérêt à ce qu'elle soit la plus faible possible pour une valeur donnée de la portance. [...]

[...] Il a été très brièvement question il y a quelques lignes de l'hypersustentation pour les ailes d'avion. Ceci peut aussi être appliqué aux ailerons de F1. Ainsi sont apparus des volets à incidence variable placés derrière l'aileron et légèrement au-dessus. Ces volets jouent le même rôle que les volets de bords de fuite d'une aile d'avion, à la différence près qu'ils donnent une déportance supplémentaire au lieu d'un surcroît de portance. Pour clore cette partie théorique, voici deux photos de Formule 1 sur lesquelles on distingue de manière détaillée les ailerons arrière et avant. [...]

[...] Pour cela, nous introduisons le coefficient de pression défini comme suit : Avec , et la pression, la masse volumique et la vitesse de l'air loin de l'aile. L'évolution de ce coefficient de pression en fonction de la position sur l'aile est présentée ci-dessous : La portance est en fait le résultat de l'intégration de la pression sur le profil de l'aile. Il s'agit ici de relier la portance d'une aile à la circulation de l'écoulement dans le cas d'une aile 2D. [...]