Aérodynamique automobile pour l'environnement, le design et la sécurité

Auteur(s) :

Gilliéron, Patrick Découvrir l'auteur

Résumé

Cet ouvrage aborde les notions indispensables à la compréhension de l'aérodynamique des automobiles et leur impact sur l'environnement et la sécurité. Les influences de la géométrie, du sillage, du soubassement, de la cinématique tourbillonnaire de sillage, etc., sont explicitées ainsi que l'amélioration des performances aérodynamiques.

Autre(s) auteur(s)
- Kourta, Azeddine (1956-....)
Contributeur(s)
- Tavares, Carlos (1953-....). Préfacier, etc.
- Chassaing, Patrick. Préfacier, etc.
Éditeur(s)
- Cépaduès-Editions
Date
- DL 2021
Notes
- Bibliogr. Glossaire
Langues
- Français
Description matérielle
- 1 vol. (II-358 p.) : ill. en noir et en coul., couv. ill. en coul. ; 24 cm
Sujet(s)
- Automobiles -- Conception et construction
- Automobiles -- Aérodynamique
ISBN
- 978-2-36493-898-4
Indice
- 629.34 Mécanique et équipement des véhicules
Quatrième de couverture
- Cet ouvrage aborde les notions nécessaires pour appréhender de manière pertinente l'aérodynamique des automobiles et objectiver son impact sur l'environnement et la sécurité.
  Les origines de la traînée aérodynamique sont examinées et leurs contributions à la dégradation des performances aérodynamiques analysées.
  Les influences de la géométrie, du sillage, du soubassement, de la cinématique tourbillonnaire de sillage, des écoulements autour des roues et dans les passages de roues sont successivement abordées.
  Une part importante est réservée à l'amélioration des performances aérodynamiques à partir de solutions de contrôle passif et actif des écoulements et des décollements.
  Les principales solutions sont présentées et leurs efficacités à réduire la traînée analysées sur des géométries simplifiées.
  Les résultats sont traduits en termes de réductions de puissances aérodynamiques et d'émissions des gaz à effet de serre.
  L'intérêt de l'aérodynamique pour le développement des véhicules électriques est également abordé. Une analyse des phénomènes transitoires associés au coup de vent latéral, au dépassement puis au croisement est ensuite présentée à partir d'approches analytique, expérimentale et numérique.
  Un rappel actualisé sur les moyens d'essais, les techniques de visualisation, de mesure et de calcul est enfin présenté.
  Les résultats et les informations sont utilisés pour évoquer l'aérodynamique des véhicules à l'horizon 2030-2040.
  Public visé :
  Étudiants (DUT, BTS, élèves ingénieurs, universitaires), ingénieurs & chercheurs de l'industrie, enseignants chercheurs universités et écoles ingénieurs, toute personne s'intéressant à l'automobile, à l'impact de l'automobile sur l'environnement et à la sécurité routière.
Tables des matières
- - Aérodynamique automobile pour l'environnement, le design et la sécurité
  - 3e édition
  - Patrick Gilliéron
  - Azeddine Kourta
  - Cépaduès-éditions
  - Préface
  - Introduction 13
  - Plan du document 19
  - Partie 1 : La traînée aérodynamique - Paramètres d'influence
  - Ch.1 : Origines de la traînée aérodynamique
  - 1. Historique25
  - 2. Expression théorique de la traînée globale26
  - 2.1. Analyse à partir des actions aérodynamiques de contact28
  - 2.1.1. Action aérodynamique d'origines visqueuse et turbulente
  - 2.1.2. Action aérodynamique de pression
  - 2.2. Analyse à partir des informations contenues dans le sillage28
  - 2.3. Des différentes appellations de la traînée aérodynamique30
  - 2.4. Coefficients aérodynamiques30
  - 2.5. Traînée aérodynamique et traînée induite32
  - 2.6. De l'influence de la distribution de pression sur la traînée de culot33
  - 3. Contribution des circuits fonctionnels sur la traînée aérodynamique33
  - 3.1. Approche analytique34
  - 3.1.1. Influence de l'angle ? (entrée d'air du compartiment moteur).
  - 3.1.2. Influence de l'angle ? (sortie d'air du compartiment moteur).
  - 3.1.3. Influence du rapport des sections ? (entrée et sortie d'air)
  - 3.1.4. Influence du coefficient de pression statique Cpe
  - 3.1.5. Influence du coefficient de pression statique CPs
  - 4. Conclusion39
  - Ch.2 : Du contrôle de la couche limite et des décollements
  - 1. Influence du rotationnel de la vitesse41
  - 2. Contrôle de la couche limite41
  - 2.1. Tourbillons transportés par la couche limite42
  - 2.2. Perte de pression d'arrêt dans la couche limite42
  - 2.3. Instabilités43
  - 3. Contrôle des décollements43
  - 3.1. Origine des décollements45
  - 3.1.1. Décollement sur une arête
  - 3.1.2. Décollement sur une surface courbe
  - 3.2. Fréquence d'émission45
  - 3.3. Paramètres d'influence45
  - 3.3.1. Influence de la courbure de paroi
  - 3.3.2. Influence du gradient de pression
  - 3.3.3. Influence de la turbulence
  - 3.3.4. Influence de la rugosité
  - 3.4. Typologie des décollements47
  - 3.4.1. Décollements fondamentaux
  - 3.4.2. Décollements fonctionnels
  - 3.5. Suivi de l'évolution des décollements47
  - 4. Conclusion47
  - Ch.3 : Influences de la cinématique tourbillonnaire de sillage
  - 1. Introduction51
  - 2. Cas d'un tourbillon52
  - 2.1. Effort instantané52
  - 2.2. Effort moyenné54
  - 2.3. Circulation54
  - 2.4. Équations horaires pour la trajectoire du tourbillon55
  - 2.5. Influence des équations horaires sur la traînée de culot56
  - 2.5.1. Effort instantané
  - 2.5.2. Effort moyenné
  - 2.6. Influence de la position en z58
  - 2.7. Influence de la fréquence d'émission des structures tourbillonnaires58
  - 3. Cas de deux tourbillons59
  - 4. Vers de nouvelles stratégies de contrôle61
  - 4.1. Accroissement des dimensions verticales62
  - 4.2. Report vers l'aval des positions moyennes des structures tourbillonnaires62
  - 4.3. Effet sur la circulation des structures émises dans le sillage63
  - 5. Conclusion64
  - Ch.4 : Influences de la géométrie sur la typologie et la topologie des sillages
  - 1. Introduction67
  - 2. Bases théoriques67
  - 3. Typologie des structures tourbillonnaires de sillage autour des véhicules automobiles68
  - 3.1. Fréquences caractéristiques69
  - 3.2. L'écoulement de type culot droit70
  - 3.3. L'écoulement de type bicorps71
  - 3.3.1. Véhicule de forme anguleuse
  - 3.3.2. Véhicule de forme arrondie
  - 4. La traînée aérodynamique72
  - 4.1. Influence de l'inclinaison de la lunette arrière73
  - 5. Les structures tourbillonnaires longitudinales73
  - 5.1. Domaine d'analyse74
  - 5.2. Influence des gradients de pression radial et transversal75
  - 5.3. Influence des discontinuités géométriques77
  - 5.3.1. Lunette arrière
  - 5.3.2. Montant de baie
  - 5.4. Influence de l'inclinaison du plan de confinement80
  - 5.5. Influence de l'orientation de la ligne d'attachement sur la nature du tourbillon81
  - 6. Conclusion82
  - Partie 2 : Modélisations pour la compréhension, l'analyse & le contrôle
  - Ch.5 : Modélisation et analyse des écoulements autour des véhicules
  - 1. Bases théoriques87
  - 1.1. Bilan intégral87
  - 1.2. Concept de section capturée par un véhicule89
  - 1.3. Modèle à zéro-dimension90
  - 1.4. Ouverture du circuit de part et d'autre du véhicule91
  - 2. Méthode d'analyse91
  - 2.1. Véhicule de référence91
  - 2.2. Véhicule modifié93
  - 3. Résultats94
  - 3.1. Influence du circuit de refroidissement95
  - 3.2. Influence du circuit de soubassement amont95
  - 3.3. Influence du circuit de soubassement en aval du tablier96
  - 3.4. Influence des circuits de fuites latérales97
  - 4. Sortie du compartiment moteur au culot98
  - 5. Conclusion99
  - Ch.6 : Contribution au contrôle des écoulements aérodynamiques autour des roues
  - 1. Introduction103
  - 2. La roue transmetteur d'énergie volumique104
  - 3. Écoulement autour d'une roue dans un passage de roue105
  - 3.1. Influence des espacements radial et transversal106
  - 3.2. Influence de la déviation de l'écoulement de soubassement107
  - 3.3. De l'efficacité aérodynamique des profils de jantes107
  - 3.3.1. Sens identiques
  - 3.3.2. Sens opposés
  - 3.4. De l'alimentation du disque de jante109
  - 3.5. De l'influence d'un gradient transversal de vitesse111
  - 3.6. Domaine de plus grande efficacité aérodynamique113
  - 4. Conclusion113
  - Partie 3 : Amélioration des performances aérodynamiques - Voies de progrès
  - Ch.7 : Contrôle des écoulements aérodynamiques
  - 1. Introduction117
  - 2. Attentes du secteur automobile117
  - 3. Les principales techniques de contrôle117
  - 3.1. Les techniques de contrôle passif118
  - 3.1.1. Modification de la distribution locale des pressions pariétales
  - 3.1.2. Éléments séparateurs
  - 3.1.3. Obstacles
  - 3.1.4. Surfaces auto adaptables
  - 3.1.5. Modification de l'état de surface
  - 3.1.6. Milieux poreux
  - 3.2. Les solutions de contrôle actif en boucle ouverte127
  - 3.2.1. Parois mobiles
  - 3.2.2. Soufflage et aspiration continus
  - 3.2.3. Soufflage et aspiration alternés
  - 3.2.4. Plasma froid
  - 3.2.5. Excitation acoustique
  - 3.3. Les solutions de contrôle actif en boucle fermé141
  - 3.4. Les effets d'échelles141
  - 4. Conclusion142
  - Ch.8 Aides à la décision pour solutions aérodynamiques innovantes
  - 1. Expressions analytiques des différentes grandeurs149
  - 2. Impact de la réduction de traînée sur la puissance151
  - 3. Impact sur les véhicules à moteur thermique - Estimations des économies de carburants et des réductions des émissions de CO2152
  - 4. Impact sur les véhicules à moteur électrique - Influence sur la masse de batterie embarquée et l'autonomie152
  - 5. Impact sur la valeur client et les prix de revient153
  - 6. Diagramme de décision153
  - Partie 4 : Phénomènes transitoires
  - Ch.9 : De la sortie de tunnel avec vent traversier au coup de vent latéral et processus de dépassement et de croisement de deux véhicules
  - 1. Introduction157
  - 2. Bibliographie158
  - 3. Bases théoriques159
  - 3.1. Équation générale du mouvement159
  - 3.1.1. De la position du centre de gravité / plan médian longitudinal
  - 3.1.2. De la position du centre de poussée / centre de gravité
  - 3.1.3. De la position du point d'application de la réaction du sol
  - 3.1.4. Moments aérodynamique
  - 3.1.5. Et de frottement latéral opposés
  - 4. Apport des résultats expérimentaux165
  - 4.1. Équations horaires pour les phases d'entrée et de sortie du mur de vent166
  - 4.2. Équations horaires lorsque le véhicule est contenu dans le mur de vent168
  - 5. Analyse fréquentielle168
  - 5.1. Coup de vent latéral169
  - 5.2. Dépassement170
  - 5.3. Croisement170
  - 5.4. Ordres de grandeur171
  - 6. Résultats expérimentaux et numériques171
  - 6.1. Coup de vent latéral171
  - 6.2. Processus de dépassement175
  - 6.2.1. Simulation numérique
  - 6.2.2. Banc expérimental d'analyse du processus transitoire de dépassement
  - 6.3. Processus de dépassement avec déboitement et rabattement182
  - 6.3.1. Coefficients de traînée aérodynamique
  - 6.3.2. Coefficients de moment de lacet.
  - 7. Conclusion184
  - Ch.10 : Distances de sécurité et simulations
  - 1. Introduction189
  - 2. Les hypothèses189
  - 3. Les équations189
  - 3.1. Influence du temps de réaction191
  - 3.2. Influence de la décélération191
  - 4. Distances de sécurité191
  - 4.1. Condition de non-collision192
  - 4.1.1. Influence du temps de réaction du conducteur du véhicule de rang i+1
  - 4.1.2. Influence de la vitesse initiale V°
  - 4.1.3. Influence de la décélération du véhicule de rang i+1
  - 4.2. Évolution de la distance entre deux véhicules consécutifs194
  - 5. Ralentissement195
  - 6. Collision197
  - 7. Rabattement198
  - 8. Conclusion199
  - Partie 5 : Moyens d'essais, techniques de mesure, de visualisation et de calcul
  - Préambule 205
  - Les moyens d'essais 209
  - Ch.11 : Généralités sur la notion de similitude
  - 1. Introduction211
  - 2. Bases théoriques211
  - 2.1. Notions générales de similitude211
  - 2.1.1. Similitude géométrique
  - 2.1.2. Similitude matérielle
  - 2.1.3. Similitude cinématique
  - 2.1.4. Similitude dynamique
  - 2.2. Critères de similitude en mécanique des fluides212
  - 2.2.1. Écoulement stationnaire
  - 2.2.2. Écoulement stationnaire d'un fluide non pesant et particulièrement visqueux
  - 2.2.3. Écoulement d'un fluide non pesant à viscosité évanescente associé à un écoulement stationnaire de nature laminaire.
  - 3. Résultats fondamentaux214
  - 3.1. Écoulements en similitude dynamique214
  - 3.1.1. Coefficients d'efforts aérodynamiques
  - 3.1.2. Coefficients de moments aérodynamiques
  - 3.1.3. Coefficients de pression
  - 3.1.4. Coefficients de pertes de charge
  - 3.2. Écoulements pas en similitude dynamique218
  - 3.2.1. Utilisation de fluide à forte viscosité
  - 3.2.2. Augmentation du taux de turbulence
  - 4. Conclusion219
  - Ch.12 : Souffleries Caractéristiques
  - 1. Introduction221
  - 2. Les installations caractéristiques221
  - 2.1. Les souffleries de l'Université d'Orléans222
  - 2.1.1. La soufflerie de type Eiffel
  - 2.1.2. La soufflerie Lucien Malavard
  - 2.2. Les souffleries de l'Institut Aérotechnique de Saint Cyr L'École223
  - 2.2.1. La soufflerie S4
  - 2.2.2. La soufflerie S6
  - 2.2.3. La soufflerie S10
  - 2.2.4. La soufflerie veine longue (SVL)
  - 2.2.5. Les souffleries S1 et S2
  - 2.3. Les souffleries du GIE S2A (Aérodynamique & Aéroacoustique)226
  - 2.3.1. La soufflerie échelle 1
  - 2.3.2. La soufflerie « échelle 2/5 »
  - 2.4. La soufflerie de la société ACE (Aéro-Concept-Engineering)228
  - 2.5. Le CNRT « Aérodynamique & Aéroacoustique des Véhicules Terrestres »228
  - Techniques de visualisation 231
  - Ch. 13 : La technique de visualisations pariétales
  - 1. Introduction233
  - 2. Bases théoriques233
  - 2.1. Lignes de frottement233
  - 2.2. Points singuliers234
  - 2.3. Lignes singulières234
  - 2.4. Analyse du processus de décollement234
  - 2.5. Influence de la vitesse de glissement de l'enduit235
  - 2.6. Influence de l'enduit sur le tracé des lignes de frottement237
  - 3. Mode opératoire et résultats238
  - 3.1. Procédés d'obtention et d'application de l'enduit238
  - 3.2. Influence de l'échelle sur le rendu des visualisations239
  - 3.3. Validation de l'analyse visuelle239
  - 4. Conclusion239
  - Ch.14 : Analyse et reconstitution des visualisations pariétales
  - 1. Modélisation des lignes de frottement241
  - 2. Modélisation des champs de vecteurs capables de reproduire la géométrie des lignes de frottement
  - 2.1. Modélisation du champ de vecteurs centrés sur un noud242
  - 2.1.1. Recherche du point singulier
  - 2.1.2. Système linéarisé
  - 2.2. Modélisation du champ de vecteurs centré sur un foyer244
  - 2.2.1. Recherche du point singulier
  - 2.2.2. Système linéarisé
  - 2.3. Modélisation du champ de vecteurs centré sur un point selle245
  - 3. Lignes de séparation ou d'attachement245
  - 3.1. Ligne de nouds246
  - 3.2. Ligne de foyers248
  - 4. Reconstitution numérique des visualisations pariétales251
  - 4.1. Méthodologie251
  - 4.2. Résultats251
  - 4.2.1. Application à un véhicule de type bicorps
  - 5. Conclusion252
  - Techniques de mesure 255
  - Ch.15 : Rappels sur les moyens de mesure
  - 1. Introduction257
  - 2. Mesures globales257
  - 2.1. Balance aérodynamique257
  - 3. Mesures locales258
  - 3.1. Mesures de pression259
  - 3.2. Mesures de vitesse259
  - 3.2.1. Mesure par fil chaud
  - 3.2.2. Mesure par vélocimétrie laser à effet Doppler
  - 3.2.3. Mesure par images de particules
  - 4. Conclusion267
  - Ch.16 : La technique des tomographies de pertes de pression d'arrêt
  - 1. La tomographie de pression d'arrêt269
  - 2. Bases théoriques269
  - 2.1. À l'extérieur de la couche limite270
  - 2.2. À l'intérieur de la couche limite, et à la paroi270
  - 2.3. Zone décollée, cas particulier d'un décollement de culot271
  - 2.4. Coefficient de perte de pression d'arrêt associé à un tourbillon visqueux271
  - 3. Technique de mesure272
  - 4. Aide à l'analyse des structures tourbillonnaires décollées274
  - 4.1. Identification des contours des domaines isobares274
  - 4.2. Recherche des zones d'émission274
  - 4.3. Reconstitution tridimensionnelle des structures tourbillonnaires277
  - 5. Conclusion279
  - Ch.17 : Reconstitution du champ pariétal des pertes de pression d'arrêt à partir de la mesure des pertes de pression d'arrêt relevées dans le sillage
  - 1. Introduction281
  - 2. Bases théoriques282
  - 3. Approche numérique283
  - 4. Application en soufflerie283
  - 4.1. Pression d'arrêt dans le sillage283
  - 4.2. Calcul des gradients284
  - 4.2.1. Cas des surfaces isobares de type noyau
  - 4.2.2. Cas des surfaces isobares de type anneau
  - 5. Résultats286
  - 5.1. Formulation des résultats287
  - 5.2. Comparaison avec les visualisations pariétales288
  - 5.3. Apports de la technique289
  - 6. Conclusion et perspectives290
  - Techniques de calcul 291
  - Ch.18 : Modélisation de la couche limite
  - 1. Introduction293
  - 2. Bases théoriques293
  - 2.1. Couche limite turbulente294
  - 2.2. Contrainte turbulente294
  - 2.3. Vitesse de frottement294
  - 2.4. Vitesse de frottement à la paroi295
  - 2.5. Estimation de la vitesse de frottement dans le cas d'un écoulement non décollé295
  - 2.6. Nombre de Reynolds associé à la vitesse de frottement u+, notation y+296
  - 2.7. Détermination de la hauteur de première maille296
  - 3. Application à un écoulement non décollé sur plaque plane296
  - 3.1. Hauteur de la première maille297
  - 3.1.1. Épaisseur de la couche limite
  - 3.1.2. Coefficient de frottement local à la paroi
  - 3.1.3. Vitesse de frottement locale
  - 3.1.4. Hauteur
  - 3.2. Hauteur des mailles adjacentes situées dans la couche limite d'épaisseur ?297
  - 4. Conclusion297
  - Ch.19 : Éléments de simulation numérique
  - 1. Introduction299
  - 2. Bases théoriques299
  - 3. Les modèles physiques300
  - 3.1. La simulation numérique directe301
  - 3.2. La simulation de grandes échelles301
  - 3.3. Le traitement statistique301
  - 4. Les codes utilisés en aérodynamique automobile301
  - 4.1. Boltzmann sur réseau301
  - 4.2. Codes classiques302
  - Conclusion & perspectives305
  - Bibliographie313
  - Annexes
  - 1. Annexe 1 - Cycles WLTP324
  - 2. Annexe 2 - Relation entre les réductions de CO2 et la traînée aérodynamique324
  - 3. Annexe 3 - Émissions de CO2 des véhicules essence et Diesel à 130 km.h-1325
  - 4. Annexe 4 - Influence de la cinématique tourbillonnaire de sillage sur la traînée de culot, approche non visqueuse, complément326
  - 5. Annexe 5 - Éléments de traitement d'images.330
  - 6. Annexe 6 - Les pré-requis en mécanique des fluides - Équations & idées fondamentales.333
  - Nomenclature349
  - Glossaire357
Origine de la notice:
- Abes ;
- Electre