Année scolaire 201412015 I. S2 GR7 T. P. E :L’aérodynamisme d’une voiture de formule 1 or 8 Sni* to View Thème : Matière et Sous Thème : Mouvement de la mati re et orme. Sujet : Aérodynamisme. Introduction ‘aérodynamisme est l’étude des efforts exercés sur un solide en mouvement dans l’air, aussi bien sur de grands véhicules comme les avions, que sur de plus petits objets comme un ballon de rugby.
Ici, nous étudierons plus particulièrement le cas de la Formule 1, son but étant d’atteindre de très grandes vitesses, elle devra être le plus aérodynamique possible tout en subissant des forces qui itesses mais sans étude aérodynamique, cette puissance ne peut-être exploité au meilleur de son potentiel. C’est donc dans ce but que des ingénieure on fait les plus importantes découvertes aérodynamiques à ces deux derniers siècles.
Depuis 1889 avec la création de la « jamais contente » par le Belge Camille Jenatzy, qui lui donna la forme d’une torpille dans le but d’améliorer sa vitesse, l’aérodynamisme n’a jamais cessé de s’améliorer. En 1921 le chercheur Volkswagen crée la Rumpler Trapfenwagen en s’inspirant de Paérodynamisme d’une goutte d’eau (Cx de 0. 04). A la même époque Wolfgang Klemperer construit la Ley T2, une automobile profilée comme une aile d’avion avec tous les accessoires (Phares, Ailerons) intégrés à la carrosserie.
La crise des années 1930 plonge l’industrie automobile en crise. Face à l’augmentation du prix du pétrole, les ingénieurs se tournent vers l’aérodynamisme afin de réduire les consommations d’essence, c’est une véritable révolution de l’esthétique qui engendre la période du Streamline Moderne. En 1934, la Chrysler Airflow devient rapidement l’emblème de ce courant en marquant le début de l’ère du design aérodynamque.
C’est en 1966 que la première Formule 1 sera testée en soufflerie ; en 1968 la Ferrari 312 est la première voiture de FI à être munie d’ailerons arriérés, La Ferrari 312 est l’une des premières monoplaces à posséder un aileron arrière. Ferrari 312 : l’une de première monoplace possédant des monoplaces à posséder un aileron arrière. Ferrari 312 : l’une de première monoplace possédant des aileron arriere. Plus tard vont apparaître les premières voitures de Formule 1, les Wing-car intégralement conçues et étudiées aérodynamique- ment.
Lotus 79 : l’une des premières Wing-car. Beaucoup d’autres éléments aérodynamiques ont fait leur apparltlon mais ils demeurent spécifiques au domaine de la formule 1. Les découvertes dans le domaine de l’aérodynamisme ne font que commencer, c’est une guerre acharnée entre les constructeurs. B) Bilan des forces exercées sur un véhicule en mouvement. orsque qu’il est à l’arrêt, un véhicule subit seulement son propre poids (la force de pesanteur), elle est dirigée vers le centre de la terre, et s’applique au centre de gravité du véhicule le clouant ainsi au sol.
Mais en mouvement, trois autres efforts vont s’ajoutés aux éhicule – La poussé : est la force motrice provenant de Faction du moteur transmettant un mouvement aux roues qui permet au véhicule de se mouvoir. – La trainée : elle est dirigée horizontalement, elle provient du mouvement de Vair allant dans le sens opposé à celui du véhicule. a portance : c’est l’effet d’élévation du véhicule lorsqu’il va ? grande vitesse, elle s’exerce er endiculairement à la vitesse du dernières forces. C) La portance et la trainée.
Lorsque qu’un véhicule comme la FI est à grande vitesse ces deux forces ne sont plus négligeables et deviennent défavorable ? a bonne tenue de route de notre Fl. La force de traînee va produire lors du déplacement du véhicule des turbulences dont la forme va engendré une dépression ? l’arrière du véhicule ce qui va donc le freiner. La force de trainée Fx = 1/2p x V2 x S x Cx Avec p la masse volumique de l’air (en kg/rn3), V la vitesse (en m/ s), S la surface (en m2) et Cx le coefficient de traînée (sans unité).
La force de portance quant à elle, va posé des problèmes d’adhérences au sol car elle engendre une force qui va tirer vers le haut le véhicule lorsque qu’il est à grande vitesse. La force de portance Fz= 1/2p x v2 x S x Cz Avec p la masse volumique de l’air (en kg/m3), V la vitesse (en m/ s), S la surface (en rn2) et Cx le coefficient de trainée (sans unité). Plus la vitesse sera importante, plus les effets de la portance et de la traînée affecteront le comportement du véhicule et le rendront moins maniable.
Notre problématique traitant le sujet du maintien au sol de la FI, nous devions comprendre comment les ingénieurs ont fait pour contrer le problème causé par la force de portance donc pour cela nous avons fais une analyse des différentes parties du éhicule de course annihilant cette effet. Il. Analyse des parties aérodynamiques du véhicule. Pour éviter que la fo PAGF annihilant cette effet. pour éviter que la formule 1 ne décolle et garantir son appuis sur la piste, lés écuries ont placé des ailerons à Pavant et ? l’arrière de celle-ci.
Ce sont en substance de véritables ailes montées à l’envers dont le fonctionnement repose sur le principe de Bernoulli. La pression qui passe sous l’aileron est plus basse que celle qui passe au dessus, ce qui crée un effet de déportance opposé à celui de la portance, plaquant ainsi la monoplace au sol. A) L’aileron avant. Plus raileron avant sera proche du sol et plus il sera efficace car l’espace étant plus petit, l’air aura une vitesse de passage plus élevée ce qui procureras plus de pression et un appui plus important.
Mais une trop petite épaisseur d’air finira par perturber l’écoulement du flux d’air c’est pour cela que la FIA (Fédération International de l’Auto) à limité sa hauteur à 15cm. La partie du museau permet elle aussi de générer un fort appui aérodynamique car plus son espacement avec l’aileron avant est grand et plus le flux d’air entrant sera important. L’espace entre es deux parties va aussi permettre de réduire l’effet de traînée. plus de puissance, et surtout augmente son maintien au sol et sa maniabilité lors des virages.
La FIA a avancé raileron arrière approchant des roues arriérés et à limité le nombre de lames à deux dans la partie haute et une dans la partie bas toutes ces modifications ont été effectuées dans le but de réduire l’efficacité de l’aileron arrière. L’inconvénient de l’aileron arrière est qu’il crée une forte traînée lors des vitesses de pointes. Les deux lames du haut sont réglables dans le but de faire varier les rapports appui ‘traînée n fonction des caractéristiques des circuits.
Elles seront plus braquées lors des circuits exigeants en appuis et moins braquées lorsqu’il faudra privilégiées les vitesses de pointes. Ce qui nous amene à nous questionner sur l’influence que va avoir Pinclinaison des ailerons sur cette tenue de route que nous étudions. C) L’influence de l’angle d’inclinaison. L’angle d’inclinaison des ailerons à un rôle important dans le parcours de la formule 1 . La force de déportance qui joue sur l’appui et la vitesse de la voiture à la piste va varier selon l’angle de ses ailerons.
Plus l’aileron sera braqué plus la traînée et la déportance du véhicule seront importantes. Cependant l’appui ralentira considérablement l’accélération et la vitesse de la volture si l’angle d’incidence de l’aileron est trop important et rendra la conduite du véhicule difficile si cet angle est trop faible. Il faut donc réussir à trou la conduite du véhicule difficile si cet angle est trop faible. Il faut donc réussir à trouver l’angle apportant un équilibre entre précision et rapidité et entre de la force d’appui et de vitesse qui ne seront ni trop faible ni trop importante.
Notre TPE consiste à comprendre de quelle maniéré l’aérodynamisme est utilisé pour procurer une bonne tenue de route à une formule 1 allant à grande vitesse. Notre hypothèse de départ était que cette tenue de route est améliorée grâce à des ailerons conçues et adaptés dans le but d’augment le poids de la monoplace en créant un effet de déportance. Nous avons donc réalisé des testes en soufflerie, afin de comprendre et de vérifier cette hypothèse sur la tenue de route d’une formule 1. III. Testes en soufflerie.
Une soufflerie est une installation d’essai habituellement utilisée n aérodynamique pour étudier et visualiser les effets d’un écoulement d’air sur un corps. L’essai en soufflerie automobile va nous permettre de vérifier l’influence qu’à l’angle d’inclinaison de l’aileron sur la tenue de route de la formule 1. A) Protocole de l’expérience. Nous avons fait une reproduction du profil d’un aileron dont on pouvait changer l’angle d’inclinaison. Angle variable Puis, nous avons fais une première mise en soufflerie pour mesurer la vitesse de l’air à l’aide d’un anémomètre puis nous avons mesuré le poids du balance p
