La voiture volante
L'air
L'air a une très influence sur le vol ou encore sur la vitesse d'une voiture. Bien comprendre les différents écoulements de l'air, sa résistance ou encore les différents théorèmes qui ont été admis permettent de créer un profil aérodynamisme très performant. Nous allons donc étudier l'air et ses lois pour mieux comprendre son influence sur l'aérodynamisme.
Les différents écoulements de l'air
On appelle Écoulement le déplacement de l'air par rapport à un objet.
On distingue trois grands types d'écoulement :
Écoulement laminaire
Écoulement turbulent
Ecoulement tourbillonaire
Écoulement laminaire : L’air se déplace sans rencontrer d’obstacles ou de forces de déviation.
Écoulement turbulent : Le courant d’air rencontre un obstacle à son déplacement.
Écoulement tourbillonaire : Cas particulier de l’écoulement turbulent dépassé.
La résistance de l'air et la trainée
Le coefficient de traînée, noté C(x), permet de quantifier la force de résistance d'une surface.
C'est le rapport entre la force de traînée et le produit de la pression dynamique par la surface de référence du mobile :
Cx = Fx / q . S
où la pression dynamique est donnée par q = ½ . ρ . V²
avec ρ masse volumique du fluide (en kg/m³) et V la vitesse du mobile par rapport au fluide (m/s),
S la surface de référence ayant été choisie lors de la détermination du Cx (en m²), et Fx la force de la traînée (voir en dessous)
Voici différentes expériences sur 4 différentes formes de profils :
Sur un profil plat perpendiculaire au flux d’air, l'écoulement de l'air peine à contourner l'obstacle et il se forme une surpression à l'avant et une dépression à l'arrière avec effet tourbillonnaire.
C(x)=1.05
Sur une demi-sphère, l'air contourne mieux l'objet, la surpression diminue mais il subsiste toujours une dépression et une zone tourbillonnaire à l'arrière.
C(x)=0.42
Sur un profil en forme de sphère, l'écoulement est amélioré, le zone tourbillonnaire arrière est réduite, mais pas complètement résorbée.
C(x)=0.47
Un corps fuselé pointu à l'arrière crée une circulation.
C(x)=0.04
Le profil de l’aile présentant une certaine surface au vent relatif est freiné, on appelle ce freinage :
la traînée.
La traînée dépend de plusieurs facteurs:
- de la forme du profil;
- de la vitesse (plus la vitesse est importante et plus la traînée augmente);
- de l'incidence (la trainée augmente avec l'incidence. Contrairement à la portance, elle augmente sans cesse).
On peut calculer la traînée à l'aide de l'expression suivante
Fx = ½. ρ . S . Cx . V²
avec Fx la force de la traînée; ρ la masse volumique de l'air; S la surface de référence de l'aile; V la vitesse de l'avion dans l'air; Cx le coefficient de traînée de l'aile.
