Pedeorelha | Comment fonctionne l'aérodynamique des voitures de stock

Cameron Merritt
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Voiture en cours de test en soufflerie pour les performances aérodynamiques. Andy Sacks / Stone / -Getty Images

-La flotte de voitures d'aujourd'hui est une amélioration considérable par rapport aux dérives ornementales et aux structures carrées d'antan. Les conceptions modernes et courbes minimisent la force que l'air crée contre le mouvement de la voiture, et le résultat est une voiture plus élégante et plus rapide. Parce que la vitesse est, évidemment, le principal facteur dans les courses NASCAR, l'aérodynamique est un élément crucial dans la conception des voitures de stock.

L'aérodynamique est l'étude de la façon dont l'air se déplace - en particulier comment il interagit avec des objets solides et mobiles. Tout comme un hors-bord laisse la ligne tranchante d'un sillage traînant derrière lui sur l'eau, une automobile crée un impact aérodynamique en fendant l'air..

Les concepteurs automobiles et les équipes NASCAR s'appuient sur des principes aérodynamiques pour améliorer la puissance et la maniabilité des véhicules à grande vitesse. Les voitures particulières sont devenues plus galbées au fil des ans, car les fabricants ont découvert comment la rationalisation peut augmenter le rendement énergétique, permettant à une voiture de voyager à la même vitesse en utilisant moins de puissance. Ces conceptions réduisent la résistance à l'air ou la traînée aérodynamique.

-Dans le monde de la course automobile, il pourrait être plus important d'augmenter la force vers le bas que l'air exerce sur les roues de la voiture. Ce appui est la clé du maintien de la traction dans les virages serrés et constants d'une course sur courte piste.

La découverte des mystérieux pouvoirs de l'appui aérodynamique au cours des dernières décennies a plongé le monde de la course automobile dans une frénésie d'essais en soufflerie et de subtils ajustements de carrosseries de voitures de série. Cela a changé la culture et la pratique de la course automobile d'une manière que certains fans trouvent exaspérante. NASCAR a dû intervenir et réglementer soigneusement les caractéristiques aérodynamiques de chaque véhicule en compétition pour maintenir des règles du jeu équitables.

-Même les amateurs occasionnels sont constamment exposés à la terminologie de l'aérodynamique automobile. Cet article démystifiera le jargon NASCAR, en commençant par le phénomène de poussée aérodynamique.

Contenu

Stock Car Aero Push
Appuis de stock-car
Ascenseur de stock de voiture
Glisser la voiture de stock

Une voiture de stock excès de vitesse perce l'air pendant qu'elle se déplace. L'air souffle sur le toit de la voiture et est dévié par le becquet fixé au pont arrière. Si une autre voiture traîne immédiatement derrière, nez à queue, elle pénètre continuellement dans l'espace aérien affecté par la voiture qui précède.

-Le véhicule traînant, s'il se trouve à une certaine proximité, peut profiter de la force aérodynamique de la voiture de tête. L'air se comporte comme si les deux voitures ne faisaient qu'une. L'air déplacé derrière la voiture de tête crée un vide partiel qui aspire la voiture qui suit à une vitesse accrue, ou à la même vitesse avec un effort moteur réduit et une consommation de carburant moindre. C'est appelé rédaction. Les deux voitures peuvent voyager plus vite que l'une ou l'autre des voitures seules [source: Turner].

Le dessin peut être une technique de course très puissante, mais elle a un sérieux handicap. La voiture qui suit souffre d'une réduction de l'appui sur ses pneus avant, ce qui entraîne une perte de stabilité et de maniabilité à la sortie des virages. C'est poussée aérodynamique, également appelée condition "serrée", obligeant le conducteur qui suit à relâcher l'accélérateur pour retrouver de la traction [source: ESPN].

Aero push oblige les conducteurs à faire des calculs minutieux. D'une part, de nombreux pilotes peuvent rester compétitifs dans une course serrée en s'appuyant sur le véhicule de tête, profitant de l'augmentation de la force et de la diminution de la tension du moteur. Les effets sont particulièrement bénéfiques sur les lignes droites. Dans les virages, cependant, les dangers entrent en jeu dans une maniabilité réduite et une plus grande probabilité de perdre le contrôle.

La poussée aérodynamique est devenue presque la caractéristique dominante des courses NASCAR. Les fans se sont plaints que la course a perdu une partie de son attrait, car les coureurs restent dans des positions fixes pendant de longues périodes à la fois. Les conducteurs se défient moins, conduisant en file indienne serrée plutôt que côte à côte. Du côté positif, un plus grand nombre de véhicules peut rester près du leader du peloton.

La poussée aérodynamique - et toute l'aérodynamique de course, d'ailleurs - est une question d'appui.

Air on the Air

Dans la couverture NASCAR d'ESPN, un gadget à effets spéciaux appelé Draft Track montre aux téléspectateurs comment fonctionne l'aéro push en temps réel, représentant les courants d'air via des bouffées vertes animées sur l'écran [source: Hiestand].

Appui est une force descendante produite par la pression de l'air, qui crée une pression plus forte entre le pneu et la surface de la route. Le principe en jeu est le même que celui qui donne de la portance aux avions, mais en sens inverse.

La force aérodynamique résulte de différences de pression sur les côtés de l'objet en mouvement. Les méthodes les plus courantes pour augmenter la force d'appui d'un véhicule consistent à réduire la pression d'air sous le véhicule.

Pour la plupart, toute augmentation de la force d'appui entraînera également une augmentation de la traînée aérodynamique. Pour le démon de la vitesse, plus de traînée signifie des vitesses plus faibles en ligne droite Mais plus d'appui signifie une meilleure maniabilité dans les virages car les pneus adhèrent plus solidement à la piste.

-Les ingénieurs automobiles et les équipes au stand s'efforcent de maintenir les deux forces en équilibre. Sur une piste comme Daytona, avec ses longues lignes droites et ses virages relevés et inclinés, les conceptions ont tendance à réduire la traînée au minimum. Pour les courses sur courte piste, la stratégie est inversée - parce que le pilote passe plus de temps à négocier les courbes de course, l'accent mis sur l'appui apportera une plus grande vitesse globale ainsi qu'une sécurité accrue [source: Tierney].

Obtenir plus d'appui en manipulant les carrosseries de voitures de course est une tâche obsessionnelle dans le secteur des voitures de stock. Le meilleur endroit pour commencer est peut-être le nez du véhicule. Un nez correctement incliné, placé au ras du sol, dirige la majorité de l'air vers le haut au-dessus du toit de la voiture. L'objectif est de créer une zone de basse pression, ou vide partiel, sous le nez [source: Circle 304].

Les puits de roue sont un autre domaine à façonner. Une ouverture évasée du passage de roue, devant le pneu, éloignera l'air qui se propage des côtés et du bas de la voiture, diminuant encore la pression d'air [source: Boone, "Race Car Aerodynamics"].

Pour toutes les prouesses technologiques consacrées à la construction d'appuis derrière les roues avant du stock car, il est essentiel de considérer l'équilibre. L'arrière de la voiture doit avoir sa part d'appui pour bien manœuvrer.

-Étudier la force d'appui signifie faire attention à sa force opposée, soulever.

Jupes latérales Barre latérale

Jupes latérales -- de longues pièces horizontales descendant bas le long du côté d'un véhicule - ont été développées dans la course automobile comme un moyen de réduire la pression d'air en dessous et de gagner en appui. Mais cette caractéristique extérieure pourrait être renversée du véhicule, entraînant une perte soudaine d'appuis et une forte probabilité d'accident [Source: Cislunar Aerospace]. De nombreuses autorités de course ont interdit les jupes latérales, mais elles restent une caractéristique flashy de certaines voitures particulières [Source: BMW].

-Les ailes d'un oiseau ou d'un avion sont les producteurs les plus évidents de ascenseur. Mais la portance ne signifie pas nécessairement une force ascendante contre la gravité. En fait, la force d'appui est une forme de portance - portance négative.

La portance est la force aérodynamique perpendiculaire à la direction du corps en mouvement. inversement, traîne est une force de résistance parallèle à, mais venant à l'opposé de, l'objet en mouvement. Ascenseur - familièrement appelé un force vers le ciel -- est généralement présent à un degré ou à un autre dans un objet en mouvement. Parce que la portance et la force d'appui sont des forces opposées, une partie de l'effort pour construire un stock car avec une forte force d'appui consiste à surmonter la portance..

-Les objectifs de l'ingénierie sont de réduire la quantité d'air circulant sous le châssis pour assurer une attraction plus étroite entre les pneus et le sol et pour permettre une évacuation facile de l'air qui passe en dessous..

Les stock-cars sont conçus avec râteau -- ce qui signifie que l'arrière de la voiture est plus haut du sol que l'extrémité avant du châssis. Il maintient la pression sous la voiture vers le bas, empêchant le levage.

Les spoilers, les barrages d'air avant et les ailes produisent cet effet. Une barrage d'air est monté sous le pare-chocs avant pour bloquer le flux d'air sous le corps. Les appendices d'aile, utilisés sur les voitures de Formule 1 et Indy, sont retournés pour fournir une force d'appui au lieu de la portance.

Les voitures de course prennent parfois l'air malgré ces dispositifs. Le danger est surtout présent lorsqu'une voiture tourne, ce qui modifie radicalement les forces aérodynamiques en jeu. Lors d'un essorage à grande vitesse, l'air peut se déplacer assez rapidement sur le toit et le capot pour produire une force de levage puissante.

Plusieurs innovations en matière de sécurité sont installées sur les véhicules NASCAR pour de telles urgences, comme une vitre latérale droite encastrée. Les stock cars encerclant des pistes ovales vers la gauche sont plus susceptibles de montrer leur visage droit lors d'une rotation. Le bord tranchant de la fenêtre droite dévie l'air au lieu de le laisser circuler librement sur le toit. Les volets encastrés dans le toit de la voiture, un autre dispositif de sécurité, commencent à monter si la pression de l'air chute soudainement au-dessus de la voiture, bloquant le flux d'air [Source: Leslie-Pelecky].

Science rapide

Si vous êtes intéressé par l'aérodynamique, faites des recherches supplémentaires sur Internet ou dans votre bibliothèque locale. Un livre de 2008 intitulé "The Physics of NASCAR: How to Make Steel + Gas + Rubber = Speed", par Diandra Leslie-Pelecky, explique l'aérodynamique et d'autres principes scientifiques de la course automobile.

La traînée aérodynamique est la force de l'air sur toute la longueur de la voiture qui roule, s'opposant à la force de la voiture. Alors que la voiture se fraye un chemin dans l'air, certaines molécules d'air entrent en collision avec le pare-chocs avant, produisant une résistance.

-D'autres molécules coulent le long du capot, pour se heurter au pare-brise - une autre source de traînée. L'air qui glisse doucement sur le toit devient turbulent au-dessus de la lunette arrière et derrière la voiture, exerçant une force vers l'arrière sur le véhicule.

La vitesse, la densité de l'air et la taille, la forme et le design de la voiture déterminent tous l'ampleur de la force de traînée d'une voiture.

«Une voiture plus rapide subit plus de traînée car elle doit pousser plus rapidement les molécules d'air hors du chemin», explique Diandra Leslie-Pelecky dans son livre «The Physics of NASCAR». «L'air dense augmente la traînée car il y a plus de molécules d'air frappant chaque zone de la voiture. Une plus grande section transversale augmente la traînée parce que plus de molécules d'air doivent être déplacées» [source: Leslie-Pelecky].

La traînée est le principal obstacle à l'accélération et à la vitesse de course. Une voiture particulière qui roule sur l'autoroute dépense environ 60% de son énergie à surmonter la traînée d'air, un pourcentage beaucoup plus élevé que le frottement des pneus et les besoins énergétiques de la chaîne cinématique elle-même [source: Beauchamp].

Vaincre la traînée a été le premier objectif majeur de l'aérodynamique automobile, à partir des années 1960. C'est toujours la variable la plus importante dans les conditions de course qui placent une prime plus faible sur l'appui, comme des pistes plus longues avec plus de lignes droites.

Les lignes épurées, les pare-brise inclinés et les coins arrondis des voitures de course modernes - et des voitures particulières d'ailleurs - sont conçus pour minimiser la traînée. Mais la quête pour concevoir des voitures de course avec une force d'appui nette élevée conduit parfois à une traînée supplémentaire. Le becquet arrière trouvé sur les véhicules NASCAR en est un bon exemple: il augmente la traînée en répartissant le poids de l'avant vers l'arrière de la voiture [source: Circle Track]. L'aérodynamique reste un domaine d'ingénierie dynamique et jeune, avec de nombreuses innovations à venir.

Pour vous tenir au courant des dernières innovations en aérodynamique, visitez les liens sur la page suivante.

Aérodynamique et efficacité énergétique

Les conducteurs ordinaires n'ont pas à s'inquiéter de la force d'appui de leurs véhicules, mais les voitures particulières peuvent réduire la traînée en abaissant le châssis, en ajoutant un barrage d'air, un passage de roue et des carénages de capot [source: Beauchamp].

Comment fonctionne l'aérodynamique des voitures de stock

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