Projet de Kenza Essoulami, Imane Louzi & Othmane Agouzal

Les forces

LES FORCES AUTOMOBILE

Le principe de l’aérodynamique est de donner à un véhicule, une forme afin que les frottements avec l’air qu’il rencontre lors de son déplacement soient réduis le plus possible. Les constructeurs jouent donc entre une aérodynamique performante afin d’atteindre leurs objectifs (performances et faible consommation) mais également limité afin que la tenue de route du véhicule n’en sois pas affectée.

Les forces s’exerçant sur une voiture sont :

–          La trainée

–          La portance

–          La poussée

–          Le poids

Nous pouvons classe ses forces en deux catégories distinctes : les forces aérodynamiques et les forces non aérodynamiques.

LES FORCES NON AÉRODYNAMIQUE : LE POIDS ET LA POUSSÉE

Le poids est une force qui a la même direction que la portance, mais un sens opposé, le point d’application de cette force est le centre de gravité du véhicule. Le poids est la force exercée par la Terre sur le véhicule Le poids p se calcule par : p = m × g avec m : la masse de l’objet en kg et g : attraction de la Terre en N/kg (environ égal à 9.81). Aujourd’hui, un véhicule de tourisme pèse en moyenne 1300kg, alors qu’il n’était que de 800kg dans les années 60. Le poids des voitures a augmenté pour faire face aux exigences de sécurité et en raison des options techniques de plus en plus nombreuses.

La poussée est la force produite par le moteur et qui permet au véhicule d’avancer. Elle a une direction horizontale et un sens vers l’avant du véhicule. Le point d’application est le centre de gravité du véhicule.

LES FORCES AÉRODYNAMIQUES : LA TRAINEE ET LA PORTANCE

LA PORTANCE

La portance est le fait que des flux d’air ont tendances à tirer le véhicule vers le haut. Les flux d’air passent sous le véhicule et ont une direction verticale, a un sens vers le haut et son point d’application est le centre de gravité du véhicule, c’est d’ailleurs cette force qui permet l’envol des avions. Cependant la portance ne doit pas forcément être évitée sur une voiture commune car elle permet de limiter l’usure des pneus, la consommation d’essence. La portance Fz se calcule:

Fz = 1/2 × p × V² × S × Cz

– p masse volumique de l’air en kg/m3 (environ 1.2 kg/m3 sa masse volumique varie en fonction de la pression, de la température et du taux d’humidité)

V vitesse du véhicule par rapport à l’air en m/s (si le vent souffle de face, on additionne la vitesse de la voiture à celle du vent et s’il souffle de dos on soustrait la vitesse du vent a la vitesse du véhicule).

S surface de référence en m2 (dessous du véhicule)

Cz coefficient de portance

Les constructeurs automobiles essayent donc de réduire cette portance, voir même de créer une déportance ou appui aérodynamique (augmenter l’adhérence du véhicule) pour que le véhicule ne s’envole pas. Cette déportance vas avoir pour objectif de garder la voiture au sol alors que celle-ci atteint des vitesses très élevées surtout dans les compétitions de vitesse ainsi que sur les modèles très puissant que peuvent proposer certains constructeurs.

LA TRAINEE

La trainée est en automobile, la force qui s’oppose à l’avancement du véhicule dans l’air. Cette force est donc en rapport direct avec l’aérodynamisme. Il est donc dans l’intérêt des constructeurs de diminuer la traînée, force à l’origine d’une augmentation de la consommation en carburant et d’une dégradation de la vitesse de pointe en ligne. Cette force a une direction horizontale, un sens vers l’arrière et le point d’application est le centre de gravité du véhicule.

Cette traînée Fx s’exprime:

Fx = 1/2 × p × V² × S × Cx

– p masse volumique de l’air en kg/m3 (environ 1.2 kg/m3 sa masse volumique varie en fonction de la pression, de la température et du taux d’humidité)

V vitesse du véhicule par rapport à l’air en m/s (si le vent souffle de face, on additionne la vitesse de la voiture à celle du vent et s’il souffle de dos on soustrait la vitesse du vent a la vitesse du véhicule).

S section  transversale maximale du véhicule en m² pour approximer cette surface, on utilise la formule suivante : S = 0,9 * l * h, avec l la largeur du véhicule à l’avant, et h la hauteur totale du véhicule.

Cx coefficient de trainée (Le Cx des voitures varie entre 0,04 et 0,7) Le coefficient de trainée Cx dépend de la forme du véhicule

Pour réduire cette force les constructeurs automobiles peuvent seulement réduire la section transversale, mais c’est souvent difficile pour des questions de confort et de sécurité. Donc ils essayent essentiellement de réduire le Cx. Le Cx est étudié en soufflerie par les constructeurs automobiles