Aérodynamique automobile - Définition et Explications

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L' aérodynamique automobile concerne tous les phénomènes induits par l'écoulement de l'air lors du déplacement du véhicule :

  • effets aérodynamiques :
    • résistance à l'avancement (en x), effets du vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus ont lieu sur Neptune et sur...) latéral (en y) , portance, déportance et effet de sol (en z).
  • effets sonores.

Concernant la résistance à l'avancement, le paramètre (Un paramètre est au sens large un élément d'information à prendre en compte pour prendre une décision ou pour effectuer un calcul.) essentiel est le Cx, coefficient (En mathématiques un coefficient est un facteur multiplicatif qui dépend d'un certain objet, comme une variable (par exemple, les coefficients d'un...) de pénétration dans l’air. Ce coefficient de traînée (En mécanique des fluides, la traînée est la force qui s'oppose au mouvement d'un corps dans un liquide ou un gaz. Mathématiquement c'est la composante des efforts...) est le rapport de la traînée de cet objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une...) par rapport à celle d'un objet de même surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa...) de référence qui aurait un coefficient de 1. Le Cx seul n’est pas significatif, il est nécessaire de connaître aussi la surface projetée orthogonalement à la trajectoire : elle est appelée " surface frontale " ou " maître-couple ".

Un véhicule (Un véhicule est un engin mobile, qui permet de déplacer des personnes ou des charges d'un point à un autre.) qui s'oppose à l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il...) fait, à son tour, subir une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale »...) à cet air ; l'équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement pour poser le problème de leur identité. Résoudre l'équation consiste à déterminer toutes les façons de donner à certaines des...) fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) F = m.a permet de calculer cette force, avec

ρair : masse volumique (La masse volumique est une grandeur physique qui caractérise la masse d'un matériau par unité de volume.) de l’air (1,205 kg/m3 à 0°C au niveau de la mer)
S  : maître-couple du véhicule
Cx  : coefficient de pénétration dans l’air
V  : vitesse (On distingue :) de déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense...) (en m/s)
  • la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la...) d'air concernée est (à un coefficient caractéristique près) : m = \rho_{air}\times S \times V \times T
  • l'accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique, plus précisément en cinématique, l'accélération est une grandeur vectorielle qui indique la modification...) est (à un autre coefficient caractéristique près) : a =  \frac{1}{2} \times \frac{V}{T}
  • la force est Fx = q . S . Cx avec q = 1/2 . rho . V2

F = \frac{1}{2} \times \rho_{air}\times S \times C_x \times V^2

Dans la littérature anglo-saxonne le coefficient Cx est désigné par Cd (drag).

La surface frontale du véhicule peut être obtenue par calcul sur plan et l'étude aérodynamique (L'aérodynamique est une branche de la dynamique des fluides qui porte principalement sur la compréhension et l'analyse des écoulements d'air, ainsi qu'éventuellement sur leurs effets sur des éléments...) d'un prototype se fait conjointement par modélisation et mesures dans une soufflerie adaptée.

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

  • Citroën (Citroën est un constructeur automobile français fondé en 1919 par André Citroën.) 2CV : 0,52 - 1,65
  • Ford (Ford Motor Company, généralement appelée simplement Ford, est un constructeur automobile américain.) Fiesta : 0,4 - 1,74
  • VW Beetle : 0,48 - 1,80
  • Peugeot (Peugeot est une marque de constructeur automobile français fondée par Armand Peugeot de la famille Peugeot en 1896. Le siège est à Paris et les bureaux d'étude et de...) 205 : 0,36 - 1,74
  • Alfa Romeo (Alfa Romeo est une marque automobile italienne fondée à Milan le 24 juin 1910, propriété de Fiat depuis 1986 ; et qui fut auparavant propriété de l'État...) 33 : 0,38 - 1,82
  • BMW (Bayerische Motoren Werke AG Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft.ogg  ou BMW (en français : manufacture bavaroise de moteurs) est une société industrielle allemande constructrice d'automobiles et de motos après avoir été un grand...) 320i : 0,39 - 1,86
  • Citroën CX : 0,37 - 1,99
  • Mercedes 450SEL 6.9 : 0,36 - 2,16

Le Cx désigne le coefficient en x (dans le sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution...) de l'avancement du véhicule) mais il existe aussi le Cy (dans le sens latéral) dont dépend la sensibilité au vent latéral et le Cz, coefficient de portance dans le sens vertical (Le vertical (rare), ou style vertical, est un style d’écriture musicale consistant en accords plaqués.), dont dépend la stabilité à très haute vitesse. C'est sur ce coefficient que travaillent les concepteurs de voitures (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport terrestre de personnes ou de marchandises, elle est équipée en conséquence....) de course (Course : Ce mot a plusieurs sens, ayant tous un rapport avec le mouvement.) pour augmenter l'adhérence nécessaire en évolutions (accélérations, freinages, virages).

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