'; doc += ' '; doc += '
'; doc += ''; doc += ''; winimg.document.writeln(doc); winimg.document.close(); } //]]>

Catégories

Calendrier

juillet 2006
L Ma Me J V S D
« juin   août »
 12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
31  

Articles les plus récents

Introduction à l’aérodynamique en Formule 1

17 juillet 2006

Aérodynamique : Phénomène qui prend en compte toutes les résistances offertes à l’air et l’étude des mouvements d’air induit par le déplacement d’une masse. Les déplacements d’une Formule 1 impliquent la prise en compte de la pénétration dans l’air mais aussi des turbulences qui se forment à l’arrière des monoplaces.

” L’aérodynamique est la partie où le plus gros gain en performance peut-être fait, mais essayer de l’anticiper dans le but d’être compétitif est très difficile. “
Mike Gascoyne, Directeur Technique Châssis, Renault. 2002.

En cinquante années de compétition, les caractéristiques techniques des Formule 1 ont évolués par phases. L’une des évolutions majeures reste l’aspect aérodynamique des monoplaces car les premiers constructeurs ne se souciaient guère de cet aspect. Au fil des saisons, et grâces à des investissements financiers colossaux, les constructeurs se lanceront dans une lutte acharnée afin de gagner en vitesse et en fiabilité, faisant de l’aérodynamique une caractéristique fondamentale des F1 modernes.

Ferrari 312 de la saison 1966 de Formule 1
Ferrari 312 de la saison 1966
La première monoplace étudiée en soufflerie.

Cependant, les évolutions apportées aux carrosseries on été tardives et l’évolution aérodynamique laborieuse. Les premières voitures qui ont sacré Juan Manuel Fangio ressemblaient à de petites fusées auxquelles on aurait apposé 4 roues ; ces voitures offraient une adhérence précaire et des vitesses de pointe relativement faible en regard des pointes atteintes par les monoplaces modernes. C’est à partir de la fin des années 1960 et du début des années 1970 que débute véritablement la course au Cx, le coefficient de pénétration dans l’air. La première monoplace étudiée en soufflerie fait ses premiers tours de roues en 1966 (Ferrari 312 de la saison 1966) et le premier aileron sur une Formule 1 à fait son apparition en 1968 (Ferrari 312 de la saison 1968).

Ferrari 312 de la saison 1968 de Formule 1
Ferrari 312 de la saison 1968
La première monoplace munie d’un aileron.

La part fait à l’aérodynamique a beaucoup évoluée au cours de l’histoire de la Formule 1. Avant 1968, les constructeurs ne voyait en l’air qu’un facteur néfaste et leur but était de réduire la résistance (traînée) de la monoplace à celui-ci au maximum. Les premières études en souffleries révèleront toute la puissance des flux d’air et leur faculté à créer une force verticale plaquant littéralement la voiture au sol (déportance ou appui aérodynamique). Dorénavant, le but des ingénieus aérodynamiciens est d’augmenter au maximum cet appui aérodynamique tout en limitant la résistance à l’air de la monoplace.

Cet article n’étant qu’une introduction à l’aérodynamique, je me contenterai ici de vous présenter brièvement les principales actions s’exerçant sur une Formule 1.
L’air se déplaçant autour d’un objet crée une force aérodynamique néfaste à des performances optimales. Cette force peut être décomposée en deux actions, la traînée, parallèle à l’écoulement, et la portance, perpendiculaire à l’écoulement. La portance est opposée à l’appui aérodynamique (c’est elle qui fait planer les avions) et doit absolument être évitée en Formule 1 en appliquant une charge à la monoplace afin de la plaquer au sol.

Schématisation des forces aérodynamiques sur un objet en mouvement
Schématisation des forces aérodynamiques sur un objet en mouvement.
V représente la vitesse du véhicule, P la portance, T la traînée et F la résultante des forces aérodynamiques.
Source : Comprendre la Formule 1.

On associe à chacune des forces aérodynamiques un coefficient sans dimension : Cz pour l’appui aérodynamique et Cx pour la traînée. L’appui aérodynamique est communément noté Fz et la traînée Fx.

Une petite remarque : la traînée aérodynamique est tellement importante en Formule 1 que le simple fait pour le pilote de lâcher l’accélérateur à 300 km/h provoque une décélération de l’ordre de 1G, soit l’équivalent d’un freinage d’urgence sur une voiture de série.

Tout des charges aérodynamiques réside dans le fait qu’il ne s’agit pas de charges réelles, c’est-à-dire de masses inertes, n’ayant ainsi aucune conséquence sur l’inertie de la voiture.

Une autre notion est essentielle pour comprendre aisément les phénomènes aérodynamiques rencontrés en Formule 1 : lorsque dans un écoulement d’air la vitesse augmente, la pression statique diminue. De cette loi se déduisent les formes que doivent adopter les ailerons pour fournir de l’appui aérodynamique à la monoplace. Il faut faire en sorte que la vitesse de l’air soit plus élevée en dessous de l’aileron qu’au dessus, afin de créer une dépression sous celui-ci, ce qui engendrera une force verticale dirigée vers le bas et aura pour effet de plaquer la voiture au sol. Enfin plutôt que de parler de la traînée ou de l’appui séparément, les ingénieurs aérodynamiciens préfèrent les associer à travers le rapport L/D, appelé aussi efficacité aérodynamique (L de l’anglais Lift représente l’appui aérodynamique et D, de l’anglais Drag, représente la traînée). En Formule 1, les rapports L/D tournent autour de 3.

Dans les circuits réputés rapides comme Monza en Italie, les forces aérodynamiques développées sont très fortes, puisque proportionnelles à la vitesse au carrée (nous reparlerons de ce fait dans un autre article). Un coefficient de déportance faible est suffisant pour retrouver une force d’appui importante, mais aussi pour minimiser la traînée. Dans les circuits réputés lents, comme Monaco, il faut rechercher des coefficients d’appui très fort, car, les vitesses étant faibles, c’est le seul moyen d’obtenir de la déportance. Cependant, la déportance maximale à Monaco reste plus faible que celle obtenue à Monza, car la vitesse de pointe des monoplaces en principauté est environ 40 km/h plus faible qu’à Monza (environ 290 km/h contre 330 km/h).

L’appui aérodynamique développé par une Formule 1 à pleine charge est si élevé (environ 2,5 fois la masse de la voiture suivant les réglages) que celle-ci pourrait rouler sur le plafond du tunnel de Monaco sans la moindre difficulté…

La comparaison avec une voiture de série concernant l’appui aérodynamique est délicate puisque même sur une Porsche 911 standard, voiture à caractère sportif, les ingénieurs ne cherchent pas à obtenir de l’appui aérodynamique qui aurait un effet dévastateur sur la consommation et les suspensions. Ils limitent tout juste l’effet inverse, c’est-à-dire la portance. En d’autres termes, la 911 fonctionne aérodynamiquement plus comme une aile d’avion que comme une Formule 1.

A titre indicatif, sur une voiture de série, le coefficient Cx est voisin de 0,3 alors que le coefficient de traînée d’une Formule 1 s’approche de l’unité.

Articles classé dans : Aérodynamique

1 Commentaire Ajoutez le votre.

  • 1. banban12  |  31 juillet 2006 à 20:23

    Pour revenir sur le fait qu’une F1 puisse rouler au plafond d’un tunnel, si le tunnel et la route était d’un bloc et tout rond, c’est possible !!!

    J’y crois pas.

Laisser un commentaire

Requis

Requis, masqué


Tags HTML autorisés :
<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <code> <em> <i> <strike> <strong>

Suivez cet article via RSS  |  Souscrivez aux commentaires via le Flux RSS


--> 'use strict';