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Quelques exemples de Cx. Le profil A, le meilleur, pose néanmoins quelques problèmes. A commencer par positionner un moteur, quatre roues, quatre sièges et un coffre à bagages. De plus, une fois posée sur la route, cette voiture-aile ne cherchera qu'à décoller sur la première bosse venue. Seule solution : lui trouver du Cz. Soit en lui ajoutant un aileron, soit en lui greffant des jupes ! L'aileron lui redonnera un Cx équivalent à celui du dessin D tandis que les jupes provoqueront une déportance pratiquement gratuite. |
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Pour la rédaction de cet article, que soient remerciés l'équipe de la S.E.R.A., Lucien Romani, auteur d'une étude sur l'aérodynamique des véhicules de série, et Robert Choulet pour son étude "Contribution de l'effet de sol à la sécurité active des véhicules de compétition" ainsi que Bernard Boyer de Matra.
Accusé de tous les maux de la terre durant sa vie, l'effet de sol vient de mourir de sa belle mort. Rendons-lui un dernier hommage, ne serait-ce que pour ceux qui furent à son origine. C'est bien connu, le plus mauvais des hommes devient un saint dès son dernier souffle ? Admiré à sa naissance, critiqué le jour où il s'est imposé, l'effet de sol, n'a pas survécu à la grogne des pilotes et au raz de marée de J.-M. Balestre le réformateur. A cause de lui, l'effet de sol pas Balestre, les temps au tour du circuit Paul Ricard ont chuté de 15 secondes en dix ans. A cause de lui, les F1 avaient gagné 28 km/h de moyenne sur un tour, alors que leur vitesse de pointe restait la même. La belle invention ! Adieu courbes rapides, virages et dérives... tout se passait pied au plancher en vertu d'une adhérence démoniaque. Par quel miracle en étions-nous arrivés là ? Nous sommes dans la première moitié des années 70 et il faut bien reconnaître que les ingénieurs automobiles se trouvent confrontés à un problème épineux : est-ce la peine d'augmenter la puissance d'un moteur dans la mesure où la voiture ne permet pas de l'exploiter ? Accélérations, freinages, dérive... les pneus n'en peuvent plus de glisser et de transformer les chevaux vapeur en fumée bleutée. La question resta posée longtemps, et les monoplaces continuèrent à évoluer dans le cadre d'un compromis à cette époque favorable à la puissance que les pilotes avaient de plus en plus de mal à maîtriser. Jusqu'au jour où... L'on savait qu'une automobile, à fortiori de course, était soumise à des forces verticales et transversales plus ou moins élevées, mais dont la plus néfaste était la "portance", cette force perpendiculaire au sens de la vitesse, dont la première conséquence était de délester la voiture. La direction devient légère, la stabilité en ligne droite fait défaut et la plus petite bosse fait figure de dangereux tremplin. Que faire pour gagner en adhérence ? Augmenter les appuis. Pour cela, deux solutions : augmenter le poids de masse (châssis, moteur, lest...), ce qui est très gênant pour les performances, notamment en virage, ou augmenter le poids adhérent. Cette notion fut introduite par les ailerons, puis par les carrosseries en coin. Le résultat escompté était bien là, mais à quel prix ! Les 120 kg d'appui d'un aileron se payant par une traînée (le Cx) limitant la vitesse de pointe à une valeur ridiculement basse. |
Influence de la déportance (Cz) sur les performances d'une F1, Le circuit de référence étant le Paul Ricard 5 800 mètres.
Deux constatations : l'effet de sol ne pénalise pas le Cx puisque la vitesse maxi demeure identique malgré la charge aérodynamique. Le gain sur un tour n'est donc dû qu'à la vitesse de passage en courbe. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Influence du poids sur les performances d'une F1.
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Influence de la puissance du moteur
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Influence du Cx sur les performances d'une F1.
Cx moyen d'une Fl 1982 : 0.624. La puissance d'un moteur turbo est donc un avantage énorme puisque les Ferrari et Renault franchissent les maxi. |
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maquette no | CzS | CxS | (CzS)ar | (CzS)av | Cx | maquette no | CzS | CxS | (CzS)ar | (CzS)av | Cx |
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116 | 8.84 | 6.26 | 14.96 | -6.12 | 0.34 | 113 | -12.14 | 11.54 | -4.25 | -7.88 | 0.50 |
216 | 8.26 | 6.50 | 14.71 | -6.45 | 0.36 | 213 | -12.52 | 11.61 | -4.39 | -8.13 | 0.50 |
316 | 7.87 | 6.44 | 13.65 | -5.78 | 0.35 | 313 | -12.47 | 11.85 | -4.65 | -7.82 | 0.51 |
416 | 7.98 | 6.78 | 13.95 | -5.96 | 0.37 | 413 | -12.58 | 12.00 | -4.74 | -7.84 | 0.52 |
516 | 7.51 | 7.05 | 13.18 | -5.67 | 0.39 | 513 | -12.96 | 12.40 | -5.03 | -7.73 | 0.53 |
616 | 6.80 | 7.07 | 11.69 | -4.89 | 0.39 | 613 | -12.79 | 12.94 | -5.34 | -7.44 | 0.56 |
115 | 3.38 | 6.06 | 10.51 | -7.13 | 0.33 | 112 | -20.29 | 17.66 | -14.50 | -5.79 | 0.65 |
215 | 3.02 | 6.29 | 10.26 | -7.24 | 0.34 | 212 | -20.38 | 17.77 | -14.42 | -5.96 | 0.66 |
315 | 3.01 | 6.59 | 9.79 | -6.78 | 0.36 | 312 | -20.62 | 17.97 | -15.05 | -5.56 | 0.66 |
415 | 2.88 | 6.78 | 9.46 | -6.58 | 0.37 | 412 | -20.69 | 18.24 | -15.26 | -5.43 | 0.67 |
515 | 2.52 | 6.89 | 8.80 | -6.28 | 0.37 | 512 | -20.96 | 18.54 | -15.94 | -5.02 | 0.69 |
615 | 2.60 | 7.23 | 8.01 | -5.41 | 0.39 | 612 | -20.81 | 19.11 | -16.65 | -4.16 | 0.70 |
114 | -3.98 | 7.02 | 3.41 | -7.39 | 0.38 | 111 | -27.60 | 25.30 | -24.06 | -3.54 | 0.79 |
214 | -4.37 | 7.41 | 3.34 | -7.71 | 0.40 | 211 | -27.98 | 25.44 | -24.39 | -3.59 | 0.80 |
314 | -4.21 | 7.64 | 2.70 | -6.91 | 0.41 | 311 | -28.21 | 25.70 | -25.22 | -2.99 | 0.80 |
414 | -4.31 | 7.84 | 2.51 | -6.82 | 0.42 | 411 | -28.77 | 26.14 | -25.47 | -3.30 | 0.82 |
514 | -4.51 | 8.06 | 2.08 | -6.59 | 0.44 | 511 | -28.91 | 26.12 | -25.71 | -3.19 | 0.82 |
614 | -4.17 | 8.38 | 1.50 | -5.67 | 0.45 | 611 | -28.62 | 26.41 | -26.36 | -2.25 | 0.83 |
Comme nous venons de le voir dans le paragraphe précédent, les formes de la voiture ont une influence essentielle sur la répartition et l'intensité des charges sur les essieux. Nous n'avons évoqué que les résultats obtenus avec la seule modification du profil supérieur du véhicule, le dessous restant sensiblement parallèle au sol. De nombreux constructeurs, toujours à la recherche des performances, ont cherché à utiliser le dessous du véhicule et à monter des systèmes complémentaires tels qu'ailerons, jupes etc.
Les ailerons, à l'avant, à l'arrière et sur les côtés, ne sont que des profils aérodynamiques qui, judicieusement inclinés, donnent un effort vertical, de haut en bas, important pour une composante horizontale relativement faible (voir figure 171). fig. 171. Efforts sur les ailerons Pratiquement, sous des formes diverses, toutes les voitures actuelles en sont équipées. Notons simplement, pour ceux qui voudraient mettre en place de tels systèmes, que les profils aérodynamiques du type NACA (voir figure 172 et voir UIUC Airfoil Data Site) sont très sensibles à l'inclinaison ou angle d'attaque d et surtout, comme le montre la figure 172, que l'effort vertical caractérisé par le Cz n'est pas linéairement proportionnel à l'inclinaison. Fig. 172 - Profils N.A.C.A. (National Advisory Commitee for Aeronautic) Il y a donc lieu de connaître parfaitement les caractéristiques aéronautiques du profil avant de le monter, puis d'effectuer les réglages pour obtenir l'effet désiré. Ne pas oublier que dés qu'un profil est prés d'une paroi, l'écoulement de l'air entre ce profil et la paroi n'est pas le même que lorsque ce profil est isolé dans le fluide. C'est le cas de l'écoulement de l'air entre le dessous du véhicule et le sol. Il est donc très important de tenir compte de cet effet dit de sol, car, bien exploité, il peut être très avantageux, comme c'est le cas lorsqu'on met le dessous en dépression en créant un venturi entre la paroi et la route (voir fig. 171). Généralement, les ailerons sont des profils courts si bien que les effets perturbateurs d'extrémité sont très importants par rapport à l'effet central. Il est donc nécessaire de limiter ces effets perturbateurs pour obtenir un écoulement bidimensionnel efficace, c'est-à-dire constitué par le mouvement de tranches d'air planes, perpendiculaires au plan défini par le bord d'attaque et la corde du profil. La technologie consiste à mettre, aux extrémités du profil une paroi plane verticale qui favorise l'écoulement sans turbulence des filets d'air. Notons que toute canalisation d'air interne, par exemple celle qui sert au refroidissement des radiateurs, peut, si le profil adopté est correct, donner naissance à un effort vertical de haut en bas non négligeable. Tous les efforts aérodynamiques que nous venons de citer dépendent de la vitesse d'écoulement de l'air sur les parois. Ils sont, par conséquent, variables avec la vitesse du véhicule c'est-à-dire très importants à grande vitesse et nuls à l'arrêt. C'est un inconvénient non négligeable auquel certains constructeurs ont voulu remédier en installant sur le véhicule des systèmes mécaniques indépendants de la vitesse tels que des dépresseurs. Les dépresseurs sont des turbines axiales ou ventilateurs qui aspirent l'air sous la voiture pour le rejeter à l'extérieur dans une zone où la suppression favorise l'écoulement des filets d'air. Quelle que soit la technologie adoptée pour créer un effort vertical améliorant l'adhérence du véhicule il faut veiller à ne pas détériorer par trop le Cx afin de garder à la traînée une valeur acceptable. |