Comment déterminer la vitesse de la force de traînée?

[invitefdb46e35]

Bonjour,

Je cherche à savoir la vitesse du vent qui s'exerce sur une voiture selon la vitesse à laquelle le véhicule roule.



La formule suivante tirée de wikipedia détermine la force de traînée qui s'exerce sur la voiture.

Supposons que:
V = 50 km/h (13,89 m/s)
Rho de l'air = 1,25
S (surface frontale véhicule) = 2,00 m²
C_x = 0,4

La force induite serait donc de 96,47 N.

À partir de cette force (94,47 N) je veux connaître la Vitesse du vent (en m/s) qui ralentit mon véhicule en s'opposant à son mouvement.

Je sais que la force de traînée ralentit la voiture principalement par 2 moyens. L'un est la force résistante de l'air qui s'oppose directement au mouvement de l'auto (force opposée à l'avancement) et l'autre est le vortex créé par le vide qui se forme après le passage du véhicule en un endroit.

C'est la première division de la force de traînée qui m'intéresse. En d'autres mots, quel pourcentage de la force de traînée (94,47 Newtons dans notre cas) est attribuable à la résistance directe de l'air qui s'oppose au mouvement?

Le résultat que je cherche est donc 94,47 N multiplié par le % de la force de traînée qui est la force résistante directe (supposons 60 %) = 56,68 N.

À partir de ce nouveau chiffre, je veux connaître la vitesse en m/s du vent (de l'air) qui entre en contact avec le véhicule et qui s'oppose directement à son mouvement.

Merci de m'aider et j'espère avoir été assez clair.

Sam
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[chwebij]

Bonjour

Je sais que la force de traînée ralentit la voiture principalement par 2 moyens. L'un est la force résistante de l'air qui s'oppose directement au mouvement de l'auto (force opposée à l'avancement) et l'autre est le vortex créé par le vide qui se forme après le passage du véhicule en un endroit.

la deuxième raison est fausse: il n'y a aucun vide derrière la voiture. Ce n'est pas parce qu'il y a une dépression qu'il y a du vide. Cette dépression est crée par le décrochage des tourbillons derrière la voiture.

En fait, tu recherches le mauvais responsable dans ta formule. Ce n'est pas une partie de la vitesse du vent qui est responsable de la force de frottement et l'autre de la dépression. La vitesse est responsable des deux. Dans ta formule, c'est plutôt sur le Cx qu'on décompose chaque composante de la force. Par exemple 70% du Cx est lié au frottement et 30 à l'autre.

[Jeanpaul]

Pour dire les choses autrement : tout autour du véhicule, l'air a une pression qui change d'un endroit à l'autre. Par exemple, on observe une assez forte surpression en bas du pare-brise et les constructeurs en profitent pour mettre une entrée d'air pour aérer la voiture : ça marche même sans ventilateur : économie !
Derrière, il y a une dépression (pas le vide, évidemment).
On peut s'amuser à faire le bilan des forces qu'engendrent ces pressions. C'est ce qui a été fait dans ce travail :
http://www.ingveh.ulg.ac.be/fr/cours...PERFO_2010.pdf
On voit les contributions des diverses parties (faut traduire). Evidemment, on en peut séparer les parties, c'est théorique, mais ça dit où on peut travailler pour réduire le Cx.

[Jaunin]

Bonjour, Jeanpaul,
Merci pour ce lien très intéressant et beau travail de Pierre Duysinx.
Cordialement.
Jaunin__

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitefdb46e35]

Ok merci à vous,

Je vais lire le document que vous m'avez envoyé.

S'il y a une forte pression en divers endroits, cette pression doit bien amener un déplacement d'air n'est-ce pas? La pression ne pourrait s'exercer sans l'air qui se déplace.

Peut-être que je devrais me rabattre sur des ouvrages concernant les systèmes d'aération et de refroidissement de moteur afin de connaître et quantifier le flux d'air puisque c'est vraiment crucial que je le fasse.

S'il est possible de quantifier une pression (une force) en Newton, que peut-on connaître de sa vitesse, de son énergie, de son mouvement, de son flux sachant que cette force s'exerce au moyen de l'air?

[Jeanpaul]

La vitesse, le mouvement d'une force, ça ne veut rien dire. Ce qui se passe, c'est que l'air repart par les côtés ; s'il s'évacue facilement, la pression baisse, si l'air s'accumule, la pression monte. C'est le théorème de Bernoulli.
Je n'ai pas encore trouvé ce fameux diagramme des pressions sur le web, mais ça existe, ça se fait avec une maquette où on a percé des trous qu'on relie à des manomètres.

[chwebij]

La vitesse, le mouvement d'une force, ça ne veut rien dire. Ce qui se passe, c'est que l'air repart par les côtés ; s'il s'évacue facilement, la pression baisse, si l'air s'accumule, la pression monte. C'est le théorème de Bernoulli.

petite précision: cette formule ne s'applique que pour les écoulements irrationnels, c'est à dire qu'elle n'est pas applicable dans la couche limite. Cette explication ne vaut donc que pour une partie de la traînée dit "trainé de forme". Ce qui se passe dans la couche limite, c'est la trainé de viscosité (les forces de frottements)

petit hors sujet:
D'ailleurs le fameux paradoxe en méca flu veut que tout écoulement (complètement) irrotationnel ne produit pas de trainée (paradoxe d'Alemberg ) , il faut que la viscosité apparaisse pour qu'il y ait une force de trainé.

Je n'ai pas encore trouvé ce fameux diagramme des pressions sur le web, mais ça existe, ça se fait avec une maquette où on a percé des trous qu'on relie à des manomètres.

Quel diagramme cherches-tu?

[Jeanpaul]

Le diagramme que je cherche (pour l'avoir déjà vu), c'est la pression en divers points d'un véhicule en mouvement, surpression à l'avant, dépression à l'arrière.

[invitefdb46e35]

Merci pour les réponses.

La réelle question cachée derrière cette question est:

Une éolienne qui serait positionnée d'une telle manière qu'elle serait en mouvement (translation vers l'avant) sans parler de la rotation du rotor mais bien d'un mouvement de tout le mécanisme vers l'avant, la pression engendrée par la résistance aérodynamique pourrait-elle faire tourner le rotor?

En d'autres mots, si je prends une éolienne et que je fais avancer tout le mécanisme vers l'avant (supposons 50 km/h ou 13,89 m/s) la résistance aérodynamique (dans ce cas la force de traînée) serait-elle suffisante pour faire tourner le rotor?

Si oui, comment dresser une relation entre la vitesse de l'éolienne, la force aérodynamique (force de traînée) et la vitesse du vent afin de calculer la puissance récupérable?

Voilà une colle, j'espère que quelqu'un a la réponse.

Merci,

Sam

[Jeanpaul]

Evidemment que ça marche, c'est comme cela que fonctionnent les anémomètres à moulin (aujourd'hui détrônés par les appareils à fil chaud). Tout se passe comme si l'éolienne voyait un vent dont la vitesse est la vitesse du véhicule.
Bien entendu, ça produira un freinage du véhicule-support, pas de miracle !
Pour les connaisseurs : il y a un excellent gag de Gaston Lagaffe sur ce thème.