Pourquoi ne pas "alvéoler" les carrosseries des voitures ?

[invite786f944b]

Bonjour à tous !

Je suis actuellement en deuxième année de prépa scientifique et je dois donc préparer un TIPE, j'ai choisi comme sujet "L'aérodynamique automobile" (oui c'est vaste !) et j'aimerais me concentrer sur le Cx et comment l'améliorer.

J'ai cependant un problème pour traiter ce sujet comme je le souhaiterais. Je sais que les balles de golf possèdent un meilleur cx que les balles lisses, grâce à leurs alvéoles, mais alors dans ce cas, pourquoi ne fabrique-t-on pas de voiture avec des alvéoles similaires à celles des balles de golf ?

J'espère que certaines personnes ici se sont déjà penché sur le sujet et sauront me donner quelques éléments de réponse.

Merci d'avance !
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[invitee0b658bd]

Bonjour,
les turbulateurs sont deja largement utilisés en automobile.
tu peux aller faire un tour sur le site
http://inter.action.free.fr/
ou en fouillant un peu tu trouveras pas mal de pistes
fred

[invitea3eb043e]

pourquoi ne fabrique-t-on pas de voiture avec des alvéoles similaires à celles des balles de golf ?

Une des raisons tient au processus de fabrication, notamment d'emboutissage des tôles de carrosserie. Il ne faut pas croire qu'on emboutit une tôle perpendiculairement, il existe un fort mouvement de glissement sous l'outil de presse, chose qui serait impossible avec des alvéoles, ou alors il faudrait fabriquer les alvéoles une à une après mise en forme : bonjour le temps de cycle !

Mais il y a aussi d'autres raisons plus évidentes, du genre sensibilité à la crasse ou perte de raideur au crash (ça plie plus facilement).

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Les Mythbusters on testé le mythe et ont trouvé que, effectivement, ça améliorait la consommation.
Mais je crois que les raisons pour ne pas produire des carrosseries de de ce type sont purement commerciales. Il est peu probable que ce type de voiture trouve beaucoup d'acheteurs, malgré l'amélioration de la consommation.
Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite6f25a1fe]

bizarement, je suis assez circonspect sur l'utilisation d'alvéoles en automobile.
Ces alvéoles permettent essentiellement (enfin il me semble) d'établir une transition laminaire/turbulent de la couche limite. Celle-ci est alors plus énergisée et aura un décollement retardé. Dans le cas d'une voiture, objet assez peu profilé (surtout sur la partie arrière), on ne pourra en aucun cas retarder ce décollement. Je doute même que l'écoulement, dès le début, soit propre et laminaire pour une voiture. Du coup, je ne vois pas trop l'intéret de telles alévéoles ???

Dans tous les cas, je pense que la réduction par alvéoles devrait être négligeable par rapport à la perte colossale qu'on a sur tous les ergots d'une voiture (antenne, rétro, etc.). Autant essayer de s'attaquer à profiler ces derniers avant de vouloir mettre des alvéoles, non ?

[invitee0b658bd]

Bonjour,
il ne faut pas oublier que ce qui est interessant dans le cas d'une automobile, c'est le SCx et que de chercher à diminuer le maitre couple est tout aussi efficace que de travailler sur le Cx.
Gagner quelques cm sur la largeur et sur la hauteur à une grosse influence.
fred

[invite786f944b]

Merci beaucoup pour vos réponses !
J'ai un peu avancé et je peine vraiment à trouver des infos concrètes, des chiffres, etc.

Une des raisons tient au processus de fabrication, notamment d'emboutissage des tôles de carrosserie. Il ne faut pas croire qu'on emboutit une tôle perpendiculairement, il existe un fort mouvement de glissement sous l'outil de presse, chose qui serait impossible avec des alvéoles, ou alors il faudrait fabriquer les alvéoles une à une après mise en forme : bonjour le temps de cycle !

Mais il y a aussi d'autres raisons plus évidentes, du genre sensibilité à la crasse ou perte de raideur au crash (ça plie plus facilement).

Le temps de cycle peut évident être beaucoup plus long mais, dans ce cas, cela n'explique pas pourquoi on n'utilise pas ce principe en F1 car, dans ce domaine, le coût de fabrication n'est pas vraiment important. Est-ce parce qu'en formule 1 on se concentre plus sur la portance que la traînée ?

bizarement, je suis assez circonspect sur l'utilisation d'alvéoles en automobile.
Ces alvéoles permettent essentiellement (enfin il me semble) d'établir une transition laminaire/turbulent de la couche limite. Celle-ci est alors plus énergisée et aura un décollement retardé. Dans le cas d'une voiture, objet assez peu profilé (surtout sur la partie arrière), on ne pourra en aucun cas retarder ce décollement. Je doute même que l'écoulement, dès le début, soit propre et laminaire pour une voiture. Du coup, je ne vois pas trop l'intéret de telles alévéoles ???

Dans tous les cas, je pense que la réduction par alvéoles devrait être négligeable par rapport à la perte colossale qu'on a sur tous les ergots d'une voiture (antenne, rétro, etc.). Autant essayer de s'attaquer à profiler ces derniers avant de vouloir mettre des alvéoles, non ?

Justement, on peut retarder le décollement entre le par-brise et le toit, et entre l'arrière du toit et la vitre arrière non ?


Je regarde aussi du côté de la finesse, un peu comme pour une aile, peut-on trouver quel est le rapport Cz/Cx utilisé en général pour les voitures de série ?

En tout cas merci pour votre aide !

[invite5e264d93]

Une des raisons tient au processus de fabrication, notamment d'emboutissage des tôles de carrosserie. Il ne faut pas croire qu'on emboutit une tôle perpendiculairement, il existe un fort mouvement de glissement sous l'outil de presse, chose qui serait impossible avec des alvéoles, ou alors il faudrait fabriquer les alvéoles une à une après mise en forme : bonjour le temps de cycle !

Mais il y a aussi d'autres raisons plus évidentes, du genre sensibilité à la crasse ou perte de raideur au crash (ça plie plus facilement).

Certes mais en crash, la carrosserie est pour peu dans l'absorption d'énergie. D'autre part, pour des raisons de conso, je pense qu'il y a plus a gagner sur le poids que sur l'aérodynamique, dans la mesure ou la majorité de l'utilisation d'une voiture n'est généralement pas l'autoroute... Or on évolue guère dans ce sens!

[invitea3eb043e]

Le temps de cycle peut évident être beaucoup plus long mais, dans ce cas, cela n'explique pas pourquoi on n'utilise pas ce principe en F1 car, dans ce domaine, le coût de fabrication n'est pas vraiment important. Est-ce parce qu'en formule 1 on se concentre plus sur la portance que la traînée ?

Le Cx d'une formule 1 est incroyablement mauvais, voisin de 1, au lieu de 0,3 pour un véhicule ordinaire :
http://www.f1-technologies.fr/aerody...formule-1.html
Alors, ce n'est pas vraiment le problème, sûr que l'esthétique, les appuis au sol; sont bien plus importants.

[invitef771a9e4]

Les alvéoles des balles de golf ne sont pas vraiment là pour le Cx. Leur intérêt est surtout de pouvoir donner de l'importance à l'Effet Magnus pour permettre de changer la trajectoire de la balle lorsqu'elle est en rotation.

[invite5e264d93]

Le Cx d'une formule 1 est incroyablement mauvais, voisin de 1, au lieu de 0,3 pour un véhicule ordinaire :
http://www.f1-technologies.fr/aerody...formule-1.html
Alors, ce n'est pas vraiment le problème, sûr que l'esthétique, les appuis au sol; sont bien plus importants.

Mais les formules 1 ne sont pas non plus conçues pour consommer peu, mais bien pour aller le plus vite possible sur un circuit. Certes un mauvais Cx grève la vitesse de pointe, mais ce ne sera pas grave sur un circuit ou il y a peu de longues lignes droites. Il sera bien plus important de privilégier les appuis justement pour pourvoir aller vite en virage. Sur une voiture de tourisme "normale", on ne cherche pas a privilégier la performance au détriment de tout le reste. Comme je disais plus haut je pense qu'il est plus important de gagner sur le poids pour diminuer la conso.
Le véhicule qui a le plus besoin de peaufiner son Cx est le planeur évidemment, pour pouvoir rester en l'air longtemps (dans l'aéro on parle alors de finesse, rapport entre le Cx el le Cz) mais je n'ai pas connaissance de planeur a peau alvéolée, il est donc probable que ce soit peu efficace. Du reste en construction aéronautique civile, on accorde une grande importance au niveau du fuselage aux "steps and gaps", c'est a dire espace entre 2 tôles et la discontinuité de surface engendrée. Et ce pour une question de réduction de trainée. Dans un autre domaine, une façon simple d'augmenter la performance d'un voilier est de lui faire une belle carène bien propre (grattage des mousses, coquillages etc), encore un exemple donc ou on cherche une surface le plus lisse possible.

[invite5e264d93]

Je regarde aussi du côté de la finesse, un peu comme pour une aile, peut-on trouver quel est le rapport Cz/Cx utilisé en général pour les voitures de série ?

Je n'ai aucune idée là-dessus (pour une voiture de série) mais si la voiture est performante on va plutôt chercher des Cz négatifs (de l'appui), d'ou les spoiler a l'avant qui empêchent l'air de s'engouffrer sous la voiture. En 56, a une époque ou l'aérodynamique automobile en était encore a ses balbutiements, Mercedes-Benz l'a bien appris a ses dépens avec une voiture qui s'est envolée lors des 24H du Mans pour atterrir dans la foule! c'est là qu'on a commencé a réfléchir "appui aérodynamique". Maintenant sur mon Kangoo, je ne pense pas que Renault aie fait d'études très poussées sur ce point!

[invitea3eb043e]

Intéressante contribution sur le planeur. Je me demande ce que donnerait une peau alvéolée quand il pleut !

[invitee0b658bd]

Bonsoir,
sur un planeur moderne, l'ecoulement est laminaire quasiment partout, une peau alvéolée serait catastrophique. déja les moustiques qui s'ecrasent sur le bord d'attaque de l'aile sont réellement gênants....
Sur une voiture , un ecoulement laminaire est peu probable une peau alvéolée ne serait pas genante. Aprés, l'etude d'une "bonne " forme est quand même primordiale afin d'eviter les gros decolements.
La gestion des gros decollements au niveau du culot est souvent confiée à un petit becquet afin d'obtenir une transition franche.
fred

[invite111cf9ee]

Bonjour,

Je pense que l'analogie balle de golf / voiture est source d'erreur. Une couche limite turbulente à un coefficient de frottement plus élevé il me semble que son équivalent laminaire.
Sur la balle de golf, du fait de sa forme sphérique, provoquer une couche limite turbulente sur toute la surface est bénéfique mais sur une voiture, j'en doute. Je crois qu'au contraire on cherche une couche limite laminaire sur l'avant, et on provoque le décollement sur l'arrière, pour diminuer la trainée sur l'effet de culot. Les petites surface qu'on voit en haut du pare brise arrière, genre 206 sont la pour ca.
Je me trompe peut etre...
Sur les avions oui en revanche il y a un contentieux. Une CL turbulente retarderai le décollement mais augmente le coef de frottement. C'est un choix à faire.

Bon courage


Plug

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Comme je l'ai signalé plus haut, les Mythbusters ont fait la manip avec une voiture et trouvé qu'il avait une diminution de 11% dans la consommation de carburant.
On peut voir la manip ici.
Au revoir.

[obi76]

Bonjour LPFR,

je comprend bien leur manip, mais quel est le phénomène qui pourrait expliquer la baisse de consommation, vu qu'une couche limite turbulente va dissiper d'avantage d'énergie ?

Cordialement,

[invite6dffde4c]

Bonjour Obi
Je n'ai jamais rien compris à l'aérodynamique.
Mais l'histoire de décoller la couche de frottement, a l'air de fonctionner aussi bien sur les balles de golf que sur les voitures (bequet).
Peut-être qu'en décollant la couche de frottement, vous placez des "roulements à rouleaux" entre l'objet et l'air en mouvement.
Cordialement,

[obi76]

Re,

justement, l'intérêt des couches limites turbulentes est qu'elles se décrochent plus difficilement. C'est pour ça (comme l'a fait remarquer plug) que l'avant des becs d'attaque des avions est rugueux, pour créer une couche limite turbulente et ainsi avoir une plus grande tolérance de l'aile au décrochage. Peut être que le fait que la couche limite soit collée à l'arrière de la voiture va diminuer l'aspiration du à la dépression derrière. Il faudra que je creuse ça, quand j'aurai le temps...

Cordialement,

[invite111cf9ee]

Re-Bonjour !

Je continue à penser que la balle et la voiture sont deux cas bien différents. La balle est une sphère et donc l'intégrale des forces de pression sera nulle (paradoxe de d'Alembert je crois). D'ou l'intêret d'une couche limite turbulente.

Mais dans le cas de la voiture, pour limiter le coef de frottement on veut une CL laminaire. En revanche, l'arrière de la voiture est le lieux de phénomènes perturbateurs.
Justement, comme tu le dis Obi, cette zone arrière a toute son importance. Je me rappelle avoir fait des calculs sur une voiture simplifiée, entre un cas ou le haillon est verticale, et un cas ou il est bicorps, type R5. On avait retrouvé les resultats qui montrait qu'il fallait encourager le décollement à l'arrière. Mais je ne sais plus exactement pourquoi.
Je dirais que dans le cas laminaire, les zones de recirculations bien "propres" augement le cisaillement avec l'écoulement incident et augementent la trainée. En revanche une zone turbulente à cette endroit dissipe l'énergie, la zone de recirculation est plus faible.

Tenez, regardez ca:http://inter.action.free.fr/images/a...ent-sphere.jpg
Source: ONERA.
Il me semblait que ca venait de Van Dycke, et son album of fluid motion.



Plug

[invite786f944b]

Merci pour votre aide !

Je continue toujours mes recherches et, à moins que quelque chose m'échappe, j'ai deux explications contradictoires au sujet de cette fameuse couche limite, j'ai vu à plusieurs endroits que le fait de retarder son décollement permettait de réduire la traînée, le sillage étant moins important derrière le véhicule. Pour cela, les constructeur utilisent des hayons pas trop inclinés par rapport au toit de la voiture, la couche limite restant alors collée.

Et d'un autre côté je vois des informations qui affirment que pour réduire la traînée derrière la voiture il vaut mieux un arrière abrupt comme sur ce lien : http://www.renault.com/fr/Lists/Arch...odynamique.pdf
(voir "2) Le saviez-vous ?").

Alors, quelle est la meilleure solution ?

D'autre part, pour ces fameux TIPE, il nous faut non seulement du concret, mais aussi des calculs, des théorèmes, etc.
J'ai trouvé du concret, de bonnes explications plutôt simples à comprendre, ainsi que quelques théorèmes comme celui de Bernoulli ou encore l'effet Coanda mais impossible, pour l'instant, de trouver une quelconque application numérique ou une application à l'automobile :S et on sait bien que les profs raffolent de ça ...

Merci encore pour votre précieuse aide

[invitee0b658bd]

bonjour,

Alors, quelle est la meilleure solution ?

il n'y a pas de meilleure solution globale
au niveau aerodynamique on sait que la meilleure solution est de résté collé sur toute la carosserie
On sait aussi que cela menne à des carosseries encombrantes et pas trés pratiques.
On arrive donc trés souvent pour des considerations autres que l'aerodynamisme à des carosseries qui generent des decolements. Dans le cas ou il y a des decolements, il vaut mieux que ceux ci soient francs
(voir par exemple la L1 de WW)
http://www.google.fr/imgres?imgurl=h...Disch:1&itbs=1
fred

[invite111cf9ee]

Bonjour,

Sylvain, j'ai travaillé dessus, si tu veux une simulation numérique de ce probleme, n'hésite pas, contacte moi par mp.

Sinon, tu peux aussi mettre l'exemple d'un calcul du coefficient de frottement en laminaire, et en turbulent, pour montrer la différence, et pourquoi préférer un écoulement laminaire ou turbulent.

Bonne journée

Peace