Principes de base Aérodynamique voiture, How-To - Design Conseils ~ GRATUIT!

Aérodynamique est la science de la façon dont l'air circule autour et à l'intérieur des objets. De manière plus générale, il peut être étiqueté « dynamique des fluides » parce que l'air est vraiment juste un type très mince de fluide. Au-dessus des vitesses lentes, l'écoulement d'air autour et à travers un véhicule commence à avoir un effet plus prononcé sur l'accélération, la vitesse de pointe, l'efficacité énergétique et de manutention.

Par conséquent, pour construire la meilleure voiture possible, nous devons comprendre et optimiser la façon dont l'air circule autour et à travers le corps, ses ouvertures et ses dispositifs aérodynamiques.

Principes aérodynamique

Peu importe la lenteur d'une voiture va, il faut un peu d'énergie pour déplacer la voiture dans l'air. Cette énergie est utilisée pour surmonter une force appelée glisser.

1. pression frontale, ou l'effet créé par un corps de véhicule poussant l'air hors de la voie.
2. vide dos, ou l'effet créé par l'air de ne pas être en mesure de remplir le trou laissé par la carrosserie du véhicule.
3. la couche limite, ou l'effet du frottement créé par l'air en mouvement lent à la surface de la carrosserie du véhicule.

Entre ces trois forces, nous pouvons décrire la plupart des interactions du flux d'air avec un corps de véhicule.

Pression frontal

Frontal pression est provoquée par l'air de tenter de couler autour de l'avant du véhicule, comme indiqué dans le diagramme ci-dessous D1.

Le diagramme D1. La pression Frontal est une forme de glisser où le véhicule doit pousser les molécules d'air de la façon qu'il se déplace dans l'air.

Comme des millions de molécules d'air approchent de l'avant de la voiture, ils commencent à comprimer et à faire augmenter si la pression d'air devant la voiture. Dans le même temps, les molécules d'air se déplaçant le long des côtés de la voiture sont à la pression atmosphérique, une pression plus faible par rapport aux molécules à l'avant de la voiture.

Tout comme un réservoir d'air, si la vanne à l'atmosphère de pression inférieure à l'extérieur du réservoir est ouverte, les molécules d'air iront naturellement vers la zone de basse pression, égalisant finalement la pression à l'intérieur et à l'extérieur du réservoir. Les mêmes règles sont applicables à tout véhicule. Les molécules de l'air comprimé cherchent naturellement un moyen de sortir de la zone à haute pression à l'avant du véhicule, et ils trouvent sur les côtés, en haut et en bas du véhicule, comme montré dans le diagramme D1.

vide arrière

vide arrière est provoqué par le « trou » à gauche dans l'air en tant que véhicule passe à travers elle. Pour visualiser cela, nous allons jeter un oeil à notre voiture de démonstration dans le diagramme ci-dessous D2. Comme il conduit sur une route, la forme polyédrique berline de la voiture crée un trou dans l'air. L'air se précipite autour du corps comme décrit ci-dessus.

Schéma D2. Aspirateur arrière (également connu sous le détachement de l'écoulement) est une autre forme de traînée où l'air du véhicule passe ne peut pas remplir l'espace du trou laissé par le véhicule, ce qui conduit à ce qui équivaut à un vide.

Cette incapacité à combler le trou laissé par la voiture est techniquement appelé détachement de flux.

détachement de flux applique uniquement à la partie « arrière à vide » des forces de traînée et a un effet de plus en plus négatif que des augmentations de vitesse du véhicule. En fait, l'augmentation de la traînée avec le carré de la vitesse du véhicule, de sorte que de plus en plus de puissance est nécessaire pour pousser un véhicule dans l'air que sa vitesse augmente.

Par conséquent, lorsqu'un véhicule atteint une vitesse élevée, il devient important de concevoir la voiture pour limiter les zones de détachement de flux. Idéalement, nous donnons les molécules d'air le temps de suivre les contours de la carrosserie d'une voiture. et pour remplir le trou laissé par le véhicule, les pneus, sa suspension et de ses saillies (à savoir, des miroirs, des barres de roulis).

Si vous avez été témoin des voitures de course Le Mans, vous avez vu comment les queues de ces voitures ont tendance à se prolonger bien en arrière des roues arrière et étroit, vu du côté ou le dessus. Cette carrosserie supplémentaire permet aux molécules d'air convergent à nouveau dans le vide en douceur le long du corps dans le trou laissé par l'habitacle de la voiture, et la surface avant, au lieu d'avoir à remplir soudainement un grand espace vide.

La force créée par le vide arrière est supérieure à celle créée par la pression frontale, il n'y a donc de très bonnes raisons pour minimiser l'ampleur de la dépression créée à l'arrière du véhicule.

Schéma D3. La turbulence est créée par le détachement d'un flux d'air du véhicule. Le détachement inévitable final à l'arrière même du véhicule laisse un sillage turbulent.

Lorsque le débit se détache, le flux d'air devient très turbulente et chaotique par rapport à l'écoulement lisse à l'avant d'un objet.

Si l'on regarde une saillie de la voiture, comme le miroir dans le diagramme ci-dessus D3, nous voyons le détachement de l'écoulement et la turbulence dans l'action. Le flux d'air se détache de la face plate du miroir, ce qui bien sûr est tournée vers l'arrière de la voiture.

La turbulence créée par ce détachement peut alors affecter le flux d'air à des parties de la voiture qui se trouvent derrière le miroir. conduits d'admission, par exemple, la fonction mieux lorsque les flux de l'air y entrer sans à-coup. Les ailes génèrent beaucoup plus d'appuis avec des flux lisses sur eux. Par conséquent, toute la longueur de la voiture a vraiment besoin d'être optimisé (avec raison) de fournir la moindre quantité de turbulence à grande vitesse.

Coefficient de traînée

Pour permettre la comparaison de la traînée produite par un véhicule par rapport à une autre, une valeur appelée adimensionnel le coefficient de traînée ou Cd a été créé. Chaque véhicule a un Cd qui peut être mesurée à l'aide des données en soufflerie. Le Cd peut être utilisé dans les équations de glisser pour déterminer la force de traînée à différentes vitesses. Dans son livre complet « Course Aérodynamique voiture: Conception for Speed ​​», Joseph Katz fournit une table de véhicules communs et leurs Cds et les zones Frontal. Voici un extrait de cette table:

Coefficients Drag Car (Extrait de « Race Car Aérodynamique » par Joseph Katz. © Bentley Publishers)

A partir de cette table et notre connaissance de la forme du corps de certains de ces véhicules, nous pouvons conclure que le meilleur Cd est réalisé lorsqu'un véhicule a ces caractéristiques:

S'il semble que nous venons de décrire une voiture de sport, vous avez raison. En vérité cependant, d'être idéal, une carrosserie de voiture serait la forme d'une goutte de larme, car même les meilleures voitures de sport expérience détachement de flux. Cependant, les formes de larme ne sont pas propices à la zone où une voiture fonctionne, et qui est proche du sol. Les avions ne sont pas cette limitation, et par conséquent forme ovoïde travail.

Les meilleures voitures de la route aujourd'hui gérer un Cd d'environ 0,28. les voitures de Formule 1, avec leurs ailes et les roues libres (une composante de traînée massive) gèrent un minimum d'environ 0,75.

Si l'on considère qu'une plaque plane a un Cd d'environ 1,0, une voiture de F1 semble vraiment inefficace, mais quelle voiture F1 manque d'efficacité de la traînée aérodynamique, il compense en appui aérodynamique et la puissance.

Aérodynamique How-To Conseils (1/4)

Capot ouvert roues

roues ouvertes créent beaucoup de turbulence de traînée et de flux d'air, semblable au schéma du miroir dans la section « Turbulence » ci-dessus. La pleine carrosserie de couverture est probablement la meilleure solution, si légale par la réglementation, mais si la carrosserie partielle est autorisée, en plaçant un carénage convergeant derrière la roue fournit un bénéfice maximal.

Réduire au minimum Zone Frontal

Plus le trou de vos coups de poing de voiture à travers l'air, plus il va accélérer, plus la vitesse de pointe, et plus la consommation de carburant, il aura. Il est généralement beaucoup plus facile de réduire FA (zone frontale) que le Cd (coefficient de traînée).

Converge Carrosserie lentement

Qui converge rapidement Bodywork ou est simplement tronquée, force le flux d'air dans la turbulence, et génère beaucoup de traînée. Comme mentionné ci-dessus, elle peut aussi affecter les dispositifs aérodynamiques et la carrosserie plus en arrière sur la carrosserie du véhicule.