TPE

Définition

 

 

L'aérodynamique vient du grec « aeros » (l’air) et « dunamikos » (la force).

L’aérodynamique est la branche de la physique qui étudie l’influence de l’air sur la vitesse des véhicules. C’est l'étude des forces exercées par l'air sur un objet. L’air qui nous entoure est un fluide incolore, inodore et d’une densité relativement faible (environ 800 fois inférieure à celle de l’eau). L’air, comme n’importe quel gaz ou liquide, freine le mouvement des véhicules en circulation. Trois critères permettent de définir l’aérodynamisme : La masse volumique (exprimée en kilogrammes par mètre cube), la pression (exprimée en pascal), et la température (exprimée en kelvins). Il est important de tenir compte de ces trois paramètres car l’air s’écoule différemment sur une surface selon leurs valeurs.

Plus précisément, l’atmosphère terrestre génère une force physique qu’on appelle résistance de l’air ou traînée.

Le Cx désigne le coefficient de traînée d'un corps en aérodynamique. Il permet de quantifier la force de résistance d'une surface. C’est le rapport entre la force de traînée Fx et le produit de la pression dynamique q (1/2pV²) par la surface de référence S du mobile :

 

 

 

 

 

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Cx :  Coefficient de traînée, grandeur sans dimension

F : Force exercée par le flux d’air (exprimée en Newton)

S : Surface frontale (exprimée en m²)

p : Masse volumique de l’air (exprimée en kg/m3)

V : Vitesse dans l’air (exprimée en m/s)

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Diverses expériences ont permis de dégager une loi universelle et immuable:

"La résistance de l’air augmente comme le carré de la vitesse". Cette résistance prime très vite sur la résistance au roulement, devenant ainsi le principal obstacle au mouvement des véhicules terrestres.

L'aérodynamique s'applique aux véhicules en mouvement dans l'air (aérodynes, automobiles, trains), aux systèmes de propulsion (hélices, rotors, turbines, turboréacteurs), aux installations fixes dans un air en mouvement subissant les effets du vent (bâtiments, tours, ponts) ou destinés à la production d'énergie (éoliennes), aux systèmes mécaniques transformant une énergie aérodynamique en énergie mécanique et vice-versa (turbines, compresseurs).

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La Soufflerie

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La soufflerie est une installation d'essais

utilisée dans le domaine de l’aérodynamisme

afin d’étudier les effets d'un écoulement d'air

sur un corps. C’est un tunnel dans lequel on

envoie un jet d’air à une certaine vitesse, afin

d’observer par exemple comment l’air va se

déplacer autour d’une maquette de voiture

immobile. Le test est le même s’il était effectué

avec une vraie voiture. Parfois certaines pièces

d’automobile sont testées seules dans la

soufflerie; elles sont alors équipées de capteurs

afin de mieux analyser leurs réactions dans l’air.

La soufflerie est principalement utilisée pour

des mesures de pression locale, des forces

aérodynamiques de portance ou encore de

trainée.

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Nous allons à présent nous intéresser à l’aérodynamisme s’appliquant sur différents types de véhicules et comparer les forces exercées.