Aérodynamique - Qu'est-ce que la traînée aérodynamique ?

 

En bref, la traînée est la force du vent ou de la résistance de l'air qui pousse dans la direction opposée au mouvement de l'objet. Lorsqu'un objet se déplace dans un milieu, comme l'air, il génère une traînée, qui peut être plus ou moins importante selon la forme de l'objet.

Le niveau de traînée spécifique d'un objet est appelé coefficient de traînée Cd. Lorsqu'elle est multipliée par la surface projetée de l'objet se déplaçant dans le milieu Ap, la force totale de traînée Fd peut être calculée. C'est la force qui pousse le véhicule dans la direction opposée à celle où il se dirige. Cela est causé par la différence de pression que l'objet génère en se déplaçant dans le milieu, de manière similaire à l'aile d'un avion qui crée une portance vers le haut en raison de la pression plus basse sur le dessus de l'aile. Dans une voiture, cette pression plus basse est généralement créée derrière le véhicule où un sillage se forme et l'air atteint presque une vitesse nulle comme montré sur l'image 1. 

 

Les simulations ont été réalisées à l'aide d'un modèle de référence numérique appelé DrivAer Notchback, qui a un Cd de 0,254 et est conceptuellement un mélange d'un véhicule berline Audi, BMW, Mercedes, Volvo.
Avec la surface projetée, Ap de ce véhicule de référence étant de 2,106 m2, la force totale de traînée créée Fd est de 0,536. En calculant avec la CFD pour les deux coffres de toit et les six variantes d'IXTAbox, les résultats suivants ont été obtenus. 

Après la conclusion du mémoire de master, nous avons ajouté un aileron diffuseur à tous les modèles IXTAbox, ce qui a permis d'améliorer encore l'aérodynamisme. Nous n'avons pas de statistiques formelles, mais l'impact estimé est une amélioration supplémentaire de -2 % à -4 %. 

Modèle	Cd	Surface (m2)	CdA = Fd	% Diff
DrivAer seul	0.254	2.106	0.536	0%
Coffre de toit profilé	0.307	2.407	0.740	38%
Volume du coffre de toit	0.310	2.472	0.769	43%
150-40 IXTAbox	0.263	2.106	0.554	3%
150-60 IXTAbox	0.281	2.106	0.592	10%
170-40 IXTAbox	0.263	2.106	0.555	4%
170-60 IXTAbox	0.281	2.108	0.596	11%
190-40 IXTAbox	0.282	2.152	0.603	13%
190-60 IXTAbox	0.283	2.183	0.618	15%

 

Les deux coffres de toit augmentent naturellement la surface projetée (augmentée de 0,301 à 0,366 m2), tandis que seulement la moitié des modèles IXTAbox perçoivent une augmentation (augmentée de 0,002 à 0,077 m2). De plus, le coefficient de traînée Cd a un effet négatif sur les coffres de toit, car Cd n'a augmenté que légèrement pour les modèles IXTAbox.
Les résultats concluent que la force totale de traînée créée avec n’importe quelle variante de l’IXTAbox n’augmentera que de 3 % à un maximum de 15 %, tandis que les coffres de toit génèrent une force de traînée supplémentaire de 38 % à 43 %. Cela fait de l’IXTAbox une amélioration des propriétés aérodynamiques des véhicules avec une moyenne de 300 % par rapport à un coffre de toit. 

L’impact de la différence de traînée est bien illustré dans les images comparables suivantes, où l’on peut voir la taille du sillage généré par les deux boîtes, ainsi que les zones de basse pression et la vitesse du vent derrière le véhicule.

 

 

*Image 2.2* L’IXTAbox occupe une partie du sillage, affinant ainsi le profil aérodynamique. 

Cette étude a montré que la position verticale de l’IXTAbox peut également avoir un impact sur la traînée aérodynamique. Une IXTAbox est de préférence positionnée au niveau ou au-dessus de la surface inférieure de la voiture. Dans les cas où l’IXTAbox est positionnée plus bas, le vent peut s’écouler entre la voiture et la boîte, augmentant ainsi la traînée aérodynamique dans une certaine mesure (Image 4). Cependant, dans certaines conditions, une IXTAbox sur un véhicule peut créer une force de traînée inférieure à celle du véhicule seul.

 

* Image 3.* IXTAbox 190x60 positionnée de manière optimale. Même une grande IXTAbox peut être positionnée de façon optimale.

* Image 4. IXTAbox 190x40 trop bas positionnée montre l’air circulant entre la voiture et la boîte, augmentant ainsi considérablement la traînée *

 

Cela est possible car une IXTAbox peut remplacer une grande partie du sillage naturel de la voiture et ainsi modifier la forme totale du véhicule et de la boîte. Comme on le voit sur les images 2 et 3, la forme de la boîte constitue une prolongation « naturelle » de la forme inclinée de la voiture, améliorant ainsi l’aérodynamisme global. Lorsqu’une boîte ajoute une surface projetée minimale et est bien positionnée pour minimiser le flux d’air provenant du passage entre la voiture et la boîte, des résultats intéressants peuvent être obtenus. Dans les simulations où un diffuseur est prolongé depuis le bas de l’IXTAbox vers la voiture, empêchant ainsi le flux d’air entre la voiture et la boîte, la traînée aérodynamique est environ 5 % plus faible que celle du véhicule seul. Ce scénario ouvre la possibilité d’utiliser une IXTAbox pour réduire la traînée aérodynamique et ainsi parcourir de plus longues distances.