GRIZZLY222
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 |  Sujet: F1 TECHNIQUE - L'AERODYNAMIQUE D'UNE FORMULE 1 Dim 21 Mar 2010 - 11:43 | |
| L'AÉRODYNAMIQUE D'UNE F1: PRINCIPE DE BASE
Tout d’abord, pourquoi l’aérodynamique est-elle si importante dans la recherche de
performances toujours plus extrêmes en sport auto ?Simplement parce qu’aller vite dans une ligne
droite est relativement simple : regardez les dragsters, rien de
bien compliqué là-dedans.
Un moteur d’avion de chasse solidement attaché à un châssis qui se veut
le plus rigide possible, on démarre le moteur, on pousse les gaz à fond
et roulez jeunesse ! L’engin vous avale les 400 mètres
départ arrêté avec la vélocité de la fusée Ariane au décollage, un
parachute pour arrêter le tout avant d’arriver sur la lune et le tour
est joué. Certes c’est très impressionnant et surtout très
dangereux mais nul besoin, pour réaliser cette performance, de
disposer d’un budget astronomique ou de développer la voiture chaque
jour que Dieu fait pour espérer rester aux avant-postes
de la discipline.En F1, tout le problème réside dans le fait qu’un circuit… ça tourne. Et comme le but
avoué de cette discipline est de
boucler toute la longueur du circuit dans le laps de temps le plus
réduit possible, il n’y a qu’une solution : ralentir le moins possible
pour passer les virages et offrir une résistance minimale
à l’air dans les lignes droites. En plus de cela, vient se greffer
un troisième paramètre : le refroidissement de l’ensemble des éléments
mécaniques de la monoplace qui comprennent en tout
premier lieu le moteur, mais aussi les freins qui dégagent une
chaleur incroyable tout au long de la course.L'APPUI AÉRODYNAMIQUE
Tout le monde sait que le rôle des ailerons est d’appliquer une charge aérodynamique, que se soit sur le train avant ou arrière de la monoplace (bien qu’ils possèdent d’autres propriétés).
Mais que sont ces fameuses forces aérodynamiques et
comment fonctionne un aileron ?Tout objet se déplaçant dans l’air avec une certaine vitesse est soumis à
plusieurs forces crées par l’air déplacé par le mouvement de
cet objet.
-La portance est
une force perpendiculaire à l’aileron et dirigée
vers le haut. C’est-à-dire qu’elle a tendance à faire s’élever
l’objet. Cette force est proscrite en F1, où le but est de rester sur le
sol, la géométrie des appendices aérodynamiques est étudiée
pour l’éliminer totalement. -Le déplacement de l’air crée aussi la traînée, force parallèle au
sol, qui s’oppose à la progression de l’objet dans l’air. Elle
représente, en quelque, sorte les forces de frottement sur l‘objet. En
F1, on cherche bien sur à limiter au maximum cette
force bien qu’il soit impossible de l’éliminer complètement. -Et puis bien sur il y a l’appui aérodynamique.Force perpendiculaire à l’aileron et dirigée vers le bas. C’est le Saint
Graal des aérodynamiciens, celle qui retient la voiture au sol en ligne
droite et permet d’impressionnantes vitesses de passage
en courbe.
Dans la conception d’aileron on cherche toujours à trouver le meilleur rapport entre
l’appui et la traînée.
C’est le rapport L/D, où L est l’appui (lift
en anglais) et où D est la traînée (Drag en anglais). Le rapport L/D
représente l’efficacité aérodynamique. En effet, plus un aileron
génère d’appui et moins il crée de traînée, plus le rapport sera élevé.
En F1 le rapport L/D a une valeur proche de trois. Ceci
définit la déportance d’un aileron, c’est-à-dire sa propriété a
créer ces forces. Les forces aérodynamiques varient en fonction du carré de la vitesse donc la
variation de la déportance ne se fait pas de
façon linéaire. Ainsi, une faible augmentation de la vitesse fait
varier de façon considérable la valeur de l’appui aérodynamique. Ceci
crée un paradoxe assez surprenant, un virage que la voiture
ne peut pas passer à vitesse moyenne à cause du manque d’appui
pourra tout à fait être abordé à vitesse beaucoup plus élevée car
l’appui supplémentaire crée par la vitesse préservera l’adhérence
de la voiture dans la courbe. En gros, si ça ne marche pas à 150
Km/h, essayons à 200 et ça a toutes les chances de passer. Donc, plus
l’appui est élevé plus la voiture « pèse lourd »
sur ses pneumatiques et plus ceux-ci ont la capacité de rester
collés au sol dans un virage, et ce, malgré la force centrifuge qui a
tendance à les faire patiner. Pour générer ces forces aérodynamiques, les ingénieurs ont trouvé la solution
de fixer des ailerons sur les monoplaces et
d’utiliser un diffuseur à l’arrière. De nos jours, l’ensemble de la
voiture est étudiée en soufflerie et par simulation sur ordinateur pour
diriger au mieux le flux d’air autour de celle-ci et
« faire travailler » de façon optimale tous les appendices
aérodynamiques. Mais avant d’envisager la voiture dans son intégralité,
intéressons-nous d’abord au principe de base de
fonctionnement des ailerons.
PRINCIPE DE BASE DU FONCTIONNEMENT D'UN AILERONEn substance, un aileron de formule 1 est à peu de choses près, une aile
d’avion montée à l’envers. Sur un avion, l’aile sert à le
faire décoller, alors que sur une F1,
l’aileron maintient
la voiture collée à la piste. Le fonctionnement de ces appendices aérodynamiques repose sur un principe
physique assez simple : le principe de Bernoulli.L’appui aérodynamique dépend de la différence de
vitesse entre le flux d’air qui passe sous l’aileron et celui qui passe
au dessus.
Au niveau du bord d’attaque de l’aileron le flux d’air est scindé en deux et il
se reconstitue au niveau du bord de fuite. Toute l’astuce réside dans le
fait que le chemin parcouru par l’air sous
l’aileron est plus long que celui parcouru
par l’air au dessus de l’aileron. Ceci a pour
conséquence que
l’air circule plus vite sous l’aileron (extrados)
que sur l’aileron (intrados), il en résulte
une différence de pression entre les
deux faces de l’aileron : La pression est plus basse en dessous qu’au dessus ce qui a
pour effet de plaquer la monoplace au sol.
Sur un avion, c’est l’inverse : la pression est plus importante sous l’aile que dessus, la
carlingue est donc maintenue en altitude.Les effets spectaculaires
d’une différence de pression de part et d’autre d’un élément sont assez
facile à observer, même
chez vous. Il suffit pour démontrer sa puissance, dans ce cas celle
de la pression atmosphérique, de disposer d’un verre, d’une feuille de
papier et d’eau. Remplissez le verre d’eau à ras
bord et glissez la feuille de papier par-dessus. Celle-ci doit être
collée au bord du verre sur tout le tour. Retournez le verre tout en
maintenant la feuille puis enlevez votre main. La feuille
reste collée au verre et l’eau ne s’écoule pas! (Je l’ai fait, ça marche). C’est la
pression atmosphérique qui maintient le papier collé et empêche le sol
de votre cuisine de ressembler à une piscine. Explication: dans le
verre il n’y a pas d’air la seule force qui existe est donc celle due
poids de l'eau hors pour un verre de 10cm de haut, celle
force est environ 100 fois plus faible que la pression extérieure
qui maintient la feuille de papier plaquée contre le verre. Si la
pression atmosphérique, dont la valeur est pourtant minime
(environ 1Kg/cm²), peut faire ça alors imaginez la force créée par
l’air sur un aileron de F1 … Pour exemple : à 300Km/h l’ensemble de
l’aileron arrière reçoit une charge d’environ
500Kg. Sur une F1, l’air appuie sur la face
supérieure de l’aileron, mais dans ce cas, c’est le flux
d’air sous l’aileron qui se charge de créer la dépression.
POURQUOI UTILISER L'AÉRODYNAMIQUE EN F1?C’est vrai, pourquoi
utiliser cette technique plutôt qu’une autre ? Finalement, si tout ce
qu’il faut c’est maintenir la
voiture au sol, alors autant la lester, la monoplace pèsera deux
tonnes et là pour la faire décoller bonne chance! Pour qu’elle aille
aussi vite qu’avant il suffit de lui mettre un moteur plus
puissant, ça, on sait faire et en plus ils sera plus lourd, c’est
justement ce qu’on veut. Mais voilà, quand on augmente le poids de la
voiture on maximise au passage son inertie. La
voiture mettrait beaucoup plus de temps à freiner et à accélérer et
au final on perd énormément de
temps. Ce qu’il faut bien comprendre c’est que l’appui
aérodynamique représente une charge
fictive appliquée sur la
voiture. Elle n’influence en aucune façon son inertie En effet,
sa valeur dépend de la vitesse à laquelle se déplace la
voiture. A haute vitesse l'inertie est très élevée mais elle diminue
considérablement quand on ralentit, la voiture freinera et accélérera
mieux, c’est exactement ce dont
on a besoin pour boucler un tour à une vitesse optimum.
Source: femin-f1.com
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