Aérodynamique automobile

L'aérodynamique automobile concerne l'ensemble des phénomènes induits par l'écoulement de l'air sur un véhicule en mouvement ...

La résistance à l'avancement

Le paramètre essentiel est le C_x, cœfficient de pénétration dans l'air. Ce cœfficient de traînée est le rapport de la traînée de cet objet comparé à celle d'un objet de même surface de référence qui aurait un cœfficient de 1. Le C_x est indicatif de la qualité aérodynamique mais n'est pas suffisant, il est indispensable de connaître aussi la surface projetée orthogonalement à la trajectoire : c'est la «surface frontale». Le «maître-couple» est la plus grande section transversale du véhicule. Occasionnellemen (par exemples véhicules à trois roues type Mathis 333) le maître-couple peut être plus petit que la surface frontale.

Un véhicule qui s'oppose à l'air fait, à son tour, subir une force à cet air ; l'équation principale F = m. a sert à calculer cette force :

la masse d'air concernée est (à un cœfficient caractéristique près) : $m = \rho_{air}\times S \times V \times T$
l'accélération est (à un autre cœfficient caractéristique près) : $a = \frac{V}{T}$
la force est $Fx = q \times S \times Cx$ avec $q = 1/2 \times \rho_{air} \times Vˆ2$

$Fx = \frac{1}{2} \times \rho_{air} \times Vˆ2 \times S \times C_x$

ρ_air : masse volumique de l'air (1, 225 kg/m³ à 15°C au niveau de la mer)

V : vitesse de déplacement (en m/s)

S : surface frontale du véhicule (en m²)

C_x : cœfficient de pénétration dans l'air

Dans la littérature anglo-saxonne le cœfficient C_x est désigné par C_d (drag).

La surface frontale du véhicule peut être obtenue par calcul sur plan.
L'étude aérodynamique d'un prototype peut se faire par le calcul avec modèles semi-empiriques (basés sur des résultats d'essais de véhicules identiques et en particulier expérimentalement par des mesures en soufflerie.

Cx et S connus

Quelques valeurs pour des véhicules européens (C_x et S en m²) :

GM Hummer (4x4) : 0.56
Citroën 2CV : 0, 52 - 1, 65
VW Beetle : 0, 48 - 1, 80
Ford Fiesta : 0, 40 - 1, 74
BMW 320i : 0, 39 - 1, 86
Alfa Romeo 33 : 0, 38 - 1, 82

Citroën CX : 0, 37 - 1, 99
Citroën C4 Coupé VTS : 0, 36 - 1, 97
Peugeot 205 : 0, 36 - 1, 74
Audi 100 : 0.30
Renault 25 : 0.28
Opel calibra : 0.26
Audi A2 : 0.25

Cœfficients aérodynamiques

Le C_x sert à désigner le cœfficient en x (dans le sens de l'avancement du véhicule)
le C_y (en transversal) qualifie la sensibilité au vent latéral
le C_z est le cœfficient de portance (positif ou négatif) dans le sens vertical, qui détermine la charge sur les roues à particulièrement haute vitesse.

Déportance

C'est sur le cœfficient de portance négative que travaillent les concepteurs de voitures de course pour augmenter l'appui et par conséquent l'adhérence indispensable en évolutions (accélérations, freinages, virages). La déportance est obtenue par une application spécifique de l'effet de sol et/ou par des surfaces profilées (ailerons) présentant le plus fréquemment des fentes pour augmenter la déflexion aérodynamique et le cœfficient de portance maximal (hypersustentation).

Liens externes

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