Aérodynamique du carénage

Vos théories me sortent par les oreilles ...

Quand on ne sait pas on se tait ...

Alors, dorénavant et comme je ne suis pas Docteur en aérodynamique, je vais me la coincer sur ce fil ...

Un ex aéromodéliste avec 20 ans d'expérience.

amidesign a écrit:

Vos théories me sortent par les oreilles ...

Quand on ne sait pas on se tait ...

Alors, dorénavant et comme je ne suis pas Docteur en aérodynamique, je vais me la coincer sur ce fil ...

Un ex aéromodéliste avec 20 ans d'expérience.

Ben non, explique nous plutôt ce qui ne va pas ! Moi j'y connais rien, je lis tout ça en essayant de comprendre, alors si tu as des objections par rapport à ce qui a été dit, je serais content de pouvoir les lire !

claude.plaimert a écrit:

@ amidesign
Voici précisément la surface frontale actuelle de l'Ov'Bike 1 : 0,64 m²

Enfin des amateurs qui font des mesures ! Pour info, ce doit être à peut prés la surface frontale de l'Alleweder A4.

[quote="claude.plaimert"]
Question : si, tous paramètres inchangés par ailleurs, je réduis la surface frontale à 0,50 m², soit une réduction de 28 %, est-ce que je peux espérer augmenter de 25 % ma vitesse de croisière habituelle sur le plat (sans moteur). Soit une vitesse de croisière passant de 35 km/h à 43 km/h ?
Et ma vitesse de descente de croisière de 65 à ... 81 km/h (65 x 1,25) ?
Les pros de l'aéro en disent quoi de ce genre de question pragmatique et basique pour mes petits mollets ? C'est oui, ou c'est non ?
[quote]

Une petite précision : 0,14 m² de moins en partant d'une surface de 0,64 m², celà fait 0,14/0,64 = 22 % de réduction.

Pour répondre à ta question :
Sur sol horizontal et sans vent, la puissance consommée par ton vélomobile est la somme de la puissance de roulement et de la puissance aéro.
Soit :

P = (1/rt)x[Crr.m.g.V + 1/2.Rho.V^3.Sf.Cxp]

Ou :
rt : rendement de transmission rt = 0,95
Crr.m.g.V : est la puissance consommée par la traînée de roulement
Crr : Coeff de résistance au roulement [-] (en gal 0,005 < Crr < 0,008)
m : masse du velomobile [kg]
g : constante de gravité g=9,81 [m/s-2] ou [N/kg]
V : vitesse [m/s]

1/2.Rho.V^3.Sf.Cxp : est la puissance consommée par la traînée aero
Rho : masse volumique de l'air [kg/m^3]
V : vitesse [m/s]
Sf : Surface frontale [m²]
Cxp : Coef de traînée de pression référencé à Sf [-]


Comme tu peux le constater, la puisance de roulement est proportionnelle à la vitesse alors que la puissance aéro est proportionnelle au cube de la vitesse.


Pour répondre à ta question, il faut donc faire une petite simulation (par exemple avec Excel).

en prennant les valeurs suivantes :
rt = 0,95
Crr : 0,006
m : 120 kg
g : constante de gravité g=9,81 [m/s-2] ou [N/kg]
V : 9,72 m/s (35 km/h)
Rho : 1,225 kg/m^3
Sf : 0,64 m²
Cxp : 0,25 (ton Cx tourne sans doute autour de cette valeur, peut être moins - à expérimenter pour avoir une valeur précise)


on trouve une puissance consommée (au pédalier donc):
P = 167 Watt (avec 43 % de Puissance de roulement et 57% de puissance aéro)

En réduisant la SUTRA de 22%
SUTRA = Surface de trainée = Sf.Cxp = 0,5 x 0,25 = 0,125 m²
tu va réduire de 22% le terme de puissance aero qui représente 57 % de la puissance consommée. Donc tu va réduire de 0,22 x 0,57 = 12,5 % la puissance totale consommée et ta vitesse de croisière va passer à 37,3 km/h soit 6% plus vite.

Mais si simultanément à ta réduction de surface frontale (Sf = 0,5 m²), tu améliore l'aérodynamisme de ton carénnage pour passer par exemple à un Cxp = 0,2 alors ta vitesse sur le plat va passer à 40 km/h.

Pour le calcul des puissance et la détermination expérimentale des coef de trainée de roulement et aéro, j'avais rédigé une petite planche dans l'article suivant :
http://inter.action.free.fr/publications/auto-eco.pdf

La page consacrée aux essais est ici:
http://inter.action.free.fr/publications/essais.pdf
A noter que la trainée de roulement peut également se mesurer avec un dynamometre.

Enfin, comme AERODYNE ne recule devant aucuns sacrifices, vous trouverez à l'adresse suivante ma feuille de calcul:
http://inter.action.free.fr/tmp/puissances.xls


Si avec tout ça vous ne me faites pas de mesures expérimentales sur vous engins, c'est à désépérer de l'enseignement (je suis prof à l'IUT de Cachan).


Cordialement.

ami-design a écrit:

Vos théories me sortent par les oreilles ...
Quand on ne sait pas on se tait ...
Alors, dorénavant et comme je ne suis pas Docteur en aérodynamique, je vais me la coincer sur ce fil ...
Un ex aéromodéliste avec 20 ans d'expérience

je plussoie!
stop au crêpage de chignon sur un VM qui évolue forcément en turbulent (au vu de l'état de la masse d'air à altitude zéro), et vive le prototypage et les essais au fil de laine!


un ingé aéro ET modéliste avec 15 ans d'expérience...

Je répond juste à Guilhem :

Un tronquage de 4 cm de large et 80 cm de haut amène une perte de 27 Watts à 36 km.

P = m g u v + 1/2 r S1 Cx1 v3 + 1/2 r S2 Cx2 v3

v = 10 m/s
Cx1 = 0.1
Cx2 = 1.32
S1 = 0.5 m2
S2 = 0.032 m2
r = 1.293 kg/m3
m = 120 kg
g = 9.81 m/s2
u = 0.005

Non tronqué :
P1 = 120 x 9.81 x 0.005 x 10 + 0.5 x 1.293 x 0.5 x 0.1 x 10E3 = 58.9 + 32.3 = 91.2 W

Tronqué :
P2 = 120 x 9.81 x 0.005 x 10 + 0.5 x 1.293 x 0.5 x 0.1 x 10E3 + 0.5 x 1.293 x 0.032 x 1.32 x 10E3 = 58.9 + 32.3 + 27.3 = 118.5 W

Raport = P2 / P1 = 118.5 / 91.2= 1.3

Conclusion 1 :
Pour un Cx initial de 0.1 , avec un cul tronqué il faut 30% de puissance en plus pour rouler à 36 km/h.

Conclusion 2 : Vitesse limite sur une pente.

Pente 8%
Masse 120 kg
Cx 0.1

Tronqué : v = 48 km/h

Non tronqué : v = 65 km/h

Gain en vitesse : 36%

Remarque :
J'ai tiré (manipulé) les chiffres au maximum en ma faveur pour obtenir des conclusions exagérées. J'ai appliqué le principe de superposition !
Dans la réalité, ces poucentages peuvent fluctuer de moitier de leur valeur.

J'ai calculé la surface frontale sur mon A4, et je tombe sur 0,54 m2 (sans la tête, mais avec le "turtle deck")



Méthode : Gimp compte les pixels dans la surface en vert, et je ramène ça à l'échelle par une règle de 3.

Guilhem a écrit:

Gimp compte les pixels dans la surface en vert, et je ramène ça à l'échelle par une règle de 3.

Bonsoir !

Cette méthode est à la fois rapide et précise, à une exception près : si vous photographiez avec un objectif grand angle (position "W" sur les zooms des appareils compacts), les sections avant apparaîtront plus grosses que les sections arrière de votre vélomobile.
Par exemple, les rétroviseurs et la tête du pilote apparaîtront plus petits que s'ils étaient à l'avant.

Pour minimiser les déformations photographiques, utilisez un téléobjectif (position "T" sur les zooms des appareils compacts), et ELOIGNEZ-VOUS du sujet pris en photo.

Bonne soirée !

Cobus.

Cobus a écrit:

Cette méthode est à la fois rapide et précise, à une exception près : si vous photographiez avec un objectif grand angle (position "W" sur les zooms des appareils compacts), les sections avant apparaîtront plus grosses que les sections arrière de votre vélomobile.
Par exemple, les rétroviseurs et la tête du pilote apparaîtront plus petits que s'ils étaient à l'avant.

Pour minimiser les déformations photographiques, utilisez un téléobjectif (position "T" sur les zooms des appareils compacts), et ELOIGNEZ-VOUS du sujet pris en photo.

Oui exact, il est utile de le préciser. Pour la photo ci-dessus, j'étais en zoom x13 sur mon numérique.

merci pour les explications de surface frontale , c'est donc tout simplement la surface de la projection du véhicule sur un plan perpendiculaire a l'axe longitudinal , c'est bien ça?
thierry

A pastèque: oui, c'est l'ombre projetée contre un mur perpendiculaire au déplacement.

Après l'explication d'Amidesign je ne comprend plus rien.
Un cul tronqué ne peut donc amener que des pertes, or c'est utilisé parfois. Il doit y avoir une autre explication.

Ce calcul prend en compte la trainée "de forme" (je ne connais pas le nom) mais oublie la trainée de frottement dûe à la surface, non? Dans ce cas le fait de tronquer apporte un avantage en raison de la surface plus faible et un défaut (calculé ci-dessus) par la forme tronquée.
Si je suis tout faux, merci de ne pas "juste" l'écrire mais de donner une raison. Je sais qu'il y en a une, puisque certains engins rapides genre gravity racer ONT cette pointe tronquée.

empiriquement il me semble avoir compris que a faible vitesse (notre cas)

pour maintenir un flux laminaire : => une fois géré la zone de nez, il fallait plus de section en cone léger vers l'arriere. Sous peine de voir le flux décrocher de la paroi et turbuler comme un dingue créant ainsi une surface frontale "virtuelle" supplémentaire.

Que :
la contrainte de loger au moins 1 bonhomme ramene à un cylindre (quasi ideal pour le flux laminaire), plutot qu'un cone.
Que les effets de sol compliquent encore tout ca !

donc la troncature de la pointe permettait de bénéficier du flux laminaire plus longtemps, car on refermait moins vite le profil, et le flux ne décroche pas de la paroi ! Mais que la perte aéro (troncature) est moins importante que le gain lié au flux laminaire dans la portion centrale ? sans compter la réduction de prise aux vents latéraux !

Qu'évidemment c'est exagérer et qu'il faut trouver le compromis entre pente du cone et troncature de celui-ci.

Donc il faut mettre le cycliste dos à la route pour l'inserer au mieux dans un volume de faible surface frontale et faible trainée. le buste derriere le nez et les jambes dans la pointe arrière.

cavallo a écrit:

Après l'explication d'Amidesign je ne comprend plus rien.
Un cul tronqué ne peut donc amener que des pertes, or c'est utilisé parfois. Il doit y avoir une autre explication.

il y a un petit raccourci dans l'explication d'ami-design (sans vouloir te vexer, ami):

la pointe complète est meilleure dans le cas d'un écoulement nickel, sans vent de travers, et sans décollement de la couche limite. mais la pointe est souvent le siège de décollements, qui sont bien plus pénalisant lorsqu'ils se propagent vers l'avant que lorsqu'ils sont provoqués par une troncature.
pour moi, il vaut mieux, commme le dit arafolie, minimiser l'angle de cône arrière en tronquant un peu, et décider d'où se fera le décollement par une troncature.
de plus, par vent de travers, la troncature est plus favorable que la pointe, qui favorise la propagation vers l'avant du décollement, du côté déventé.

amidesign a écrit:

Si elle (la pointe) était tronquée :
C'est un peu comme si tu prends un petit parachute de même surface que le tronquage et que tu le laisses trainer derrière le véhicule non tronqué.

Un tronquage de 4 cm de large et 80 cm de haut amène une perte de 27 Watts à 36 km.

P = m g u v + 1/2 r S1 Cx1 v3 + 1/2 r S2 Cx2 v3

Non tronqué :
P1 = 120 x 9.81 x 0.005 x 10 + 0.5 x 1.293 x 0.5 x 0.1 x 10E3 = 58.9 + 32.3 = 91.2 W

Tronqué :
P2 = 120 x 9.81 x 0.005 x 10 + 0.5 x 1.293 x 0.5 x 0.1 x 10E3 + 0.5 x 1.293 x 0.032 x 1.32 x 10E3 = 58.9 + 32.3 + 27.3 = 118.5 W

Amidesign,
pourrais tu nous expliquer d'où vient ta formule pour l'arrière tronqué?
Si je comprends bien, dans ta formule, tu considères véritablement la partie plane du tronquage comme un parachute (Cx de 1,32!) d'une surface équivalente (4cm X 80cm) que tu tirerais derrière le VM. Cela me semble un peu exagéré!! Merci de nous éclairer à ce sujet!

Samural

effectivement, le Cx de 1.32 semble très exagéré...
voir le document mis en ligne par AERODYNE, page 46, on voit la trainée de divers corps. le plus approchant de notre "arrière" semble avoir un Cx de 0.42. je pense qu'un Cx de 0.5 serait plus approprié.

de plus, la superposition me parait une mauvaise hypothèse dans ce cas, car celà tend à dire que la pointe tronquée n'a que des inconvénients et ne fait que rajouter de la trainée...
encore une fois, considérer que la pointe complète n'est pas sujete à un décollement me parait erronné.

pollux a écrit:

pour moi, il vaut mieux, commme le dit arafolie, minimiser l'angle de cône arrière en tronquant un peu, et décider d'où se fera le décollement par une troncature.

Tu l'as souvent répété.

Mais tout à coup je me pose une question : ne vaudrait-il pas mieux des perturbateurs sur tout l'arrière pour recoller l'écoulement au fuselage, avec une pointe complète, plutôt qu'une pointe tronquée ?

Ou peut-être que les perturbateurs ne sont efficaces que pour repasser un écoulement laminaire en turbulent en évitant donc un décollement laminaire, et pas pour éviter qu'un écoulement déjà turbulent ne décolle ?

bien vu Guilhem!
des turbulateurs seraient effectivement pas mal associés à une pointe complète. mais à une seule condition, qu'ils soient placés exactement là où il faut, c'est à dire là où doit se faire la transition laminaire/turbulent. sinon, ils ne servent à rien.
en principe, une couche limite turbulente décolle beaucoup moins facilement qu'une couche limite laminaire. mais elle peut décoller si on fait vraiment pas ce qu'il faut. dans ce cas, un turbulateur ne sert à rien. la seule solution pour recoller une couche limite qui fout le camp, c'est d'aspirer de l'air (par des petits trous sur la paroi) à l'endroit exact où se produit le décollement, ou alors d'insuffler de l'air par au dessus de la couche limite pour faire augmenter la pression locale et faire recoller cette couche limite. ces deux méthodes sont inapplicable dans notre cas.

en fait, quand je dis que je préfère la troncature, c'est parce qu'elle permet une courbure moins forte de l'arrière et donc qu'elle limite le risque de décollement prématuré. mais si une pointe complète est bien faite et qu'il y a un turbulateur au bon endroit, c'est sûr que c'est meilleur. en revanche, un turbulateur est favorable aux basses vitesses (ie bas Reynolds ici) mais peut faire turbuler trop tôt une couche limite laminaire à forte vitesse et donc devenir néfaste à haute vitesse. c'est délicat tout cà. et c'est plus facile de couper net les problèmes (si je puis me permettre ce jeu de mot absolument nul) que de se prendre la tête sur un problème pointu (désolé, pas pu me retenir).

dans notre cas, on sera certainement tout le temps turbulent (sauf peut être sur le premier quart de l'engin, où l'air ambiant, même turbulent, peut être laminarisé par le nez de l'engin). donc, pour moi, un turbulateur serait inutile (et surtout superflux, l'état de surface dégueu est un excellent turbulateur) et on doit se concentrer sur le fait de garder la couche limite bien collée à la paroi le plus longtemps possible. ceci passe par une courbure la plus faible possible (et surtout la plus régulière possible) une fois passé le point où la surface a une tangeante parallèle à l'axe longitudinal de l'engin.

pour le comparatif des études greenbulesques, euuuuuh... c'est pas possible de trancher sur deux photos.
intuitivement je penche pour l'étude 1, l'étude 2 est vraiment une caricature de troncage de l'arrière. en plus, la roue arrière est apparente et les roues avant aussi, ca doit foutre le bordel.

mais l'étude 1 est l'exemple typique de ce qu'il faudra conduire comme tests sur l'Ov-bike (ou sur tout autre VM en développement)

Pour en revenir à l'aérodynamique, pourquoi ne pas valider le design du fuselage à l'aide d'une maquette à échelle réduite. Dans cet article (page 11), on voit comment un prof réalise une mini soufflerie à l'aide d'un simple ventilo et d'un caisson en carton. La maquette de la carrosserie à évaluer est disposée sur un chassis à faible résistance au roulement devant le caisson. La maquette qui est soufflée le plus loin de celui-ci est forcément la moins aérodynamique. Pas besoin donc de développer de complexes moyens de mesures pour évaluer, sommairement certes, l'aérodynamique de la maquette.

La conclusion de cet article, d'ailleurs déja lue sur ce fil à plusieurs reprises, est que l'on doit d'abord réduire la surface frontale et ensuite veiller à adopter la forme la plus fluide possible.

Samural

Bonjour à tous,

Merci à tous, ce topic est super et constructif malgré quelques divergences de vues qui n'en sont pas : chaque suggestion est sans doute valable dans un contexte particulier (vitesse élevée ou non, pas de vent, pas de turbulence amont, états de surface...)

Au moment de construire un fuselage, Claude va faire des choix avant tout pragmatiques, pour garder la légèreté, réduire zones ouvertes, flappies, anguleuses dans le sens des filets d'air. Ca fait déjà pas mal de technicité à mettre en oeuvre pour conserver un écoulement le plus "propre" possible.

Je me permet quelques suggestions sur la forme de l'OVbike1 : le nez est à 30cm du sol semble-t-il, et la pointe arrière un peu plus haut ; je pense que les filets d'air passant sous le nez sont dans l'état actuel "coincés" entre le fuselage et la route et donc chassés latéralement en rencontrant une arrête assez vive ; donc, mon idée serait, soit de reprendre la formule "Vector trike" avec un nez venant "flairer" le sol, ou au moins "un bord d'attaque" vertical, localement comme un profil d'empenage (que la technique tyveck devrait autoriser)

Ce qui est valable pour l'avant semble aussi pour l'arrière : les filets d'air, passé la roue arrière, rencontrent la discontinuité d'une arrête assez vive et probablement sujet à 2 tourbillons de fuite ; je propose d'appliquer la solution visible sur "vector trike" : pas de discontinuité, avec une "ligne de fuite" verticale, quelle soit tronquée où non, (des essais pouvant départager les solutions car rien ne vaut l'expérience)
Là encore la solution technique de tyveck ou autre mat tendu ne semble pas contradictoire.

Dans le cas d'un tricycle, les roues peuvent être cachées à l'intérieur d'un fuselage continu : un point favorable supplémentaire que la technique constructive autorise ; cependant les roues participent à l'esthétique : un lexan transparent local, est-ce réaliste?

Il vaut mieux un peu plus de surface mouillée, mais sans discontinuités dans le sens d'écoulement.

Je propose donc à Claude de poser des 5-6 fils de laine sur les 2 arrêtes avant et arrières sur un coté et observer leur mouvements en l'état actuel suivant la vitesse.

Ensuite, avec une simple surface souple de lexan fin mais pas trop (30-40cm de large) scotché à l'avant en enveloppant le nez d'une part et la même chose à l'arrière avec une ligne de fuite verticale ; reposer fils de laine, tester.

Cela ne m'étonnerait vraiment pas que l'écoulement soit encore meilleur (gain vitesse)

Nicolas.

Bonjour,


Peut-être des précisions : les fils de laine placés le long des "arrêtes" du fuselage devraient indiquer la direction du flux des "filets d'air" ; l'idéal serait qu'ils s'alignent tous sur ces arrêtes où ils sont fixés.

Si les fils de laine s'alignent dans des directions différentes de l'arrête, il y a de fortes chances pour que l'écoulement soit affecté, et turbule en aval ce qui devrait apparaître parle les mouvements des fils.

Les films de lexan transparents, découpés en largeur adaptée (variable), ployés et scotchés en partie haute sur le fuselage, et descendant (bord libre) jusqu'à 4-5cm de la chaussée, permettent aux filets d'air de contourner en douceur les arrêtes.

Avec une simple expérimentation sur le premier prototype il est possible de comparer des performances.

Suivant le même principe, toujours avec des feuilles en lexan, il serait possible d'allonger la partie arrière, de 10 en 10cm, ou même d'écarter les feuilles qui se rejoignent au bord de fuite pour reconstituer un "culot" de fuite (idées déjà évoquées) ; plusieurs tests peuvent être réalisés qui auront l'avantage de pouvoir être comparés entre eux pour donner le meilleur de la traînée de pression de l'ovbike1.

L'expérience prouvera peut-être que cela ne sert à rien "d'user le soleil" sur la partie arrière.

Veuillez m'excusez si c'est un peu long, mais j'ai le soucis du détail faute de dessins.

nicodz a écrit:

Veuillez m'excusez si c'est un peu long, mais j'ai le soucis du détail faute de dessins.

T'excuse pas, au contraire ! La précision du langage ne nuit en aucune manière, et pour ma part je te remercie +++ de toutes tes précisions que je trouve très claires et pertinentes.
Merci pour le mode d'emploi que tu fournis des tests réels réalisables à l'envie.
Cordialement,
Claude

De rien,

Pour les prises de vue (fil de laine) : 3/4 avant puis 3/4 arrière par un photographe dévoué ; photos rapides peut-être pas évident pour la précision ; noter chaque vitesse stabilisée pratiquée. Ceux qui ont des idées?...
éventuellement, dans un véhicule suiveur/précédeur (mais pas trop près)
Bon courage.

Nicolas.

pour les prises de vue des essais avec fil de laine, le meiux est de faire une vidéo.

ca peut être fait à faible vitesse de roulage, il suffit de choisir un jour venteux avec un vent régulier et de rouler face au vent et vent de travers (très intéressant comme essai le vent de travers) à maxi 15°. il faut aussi mesurer la vitesse du vent avec un petit anémomètre et l'additionner avec la vitesse de roulage.

pour la couleur des fils de laine, vu que l'ov-bije est blanc, je suggère du rouge ou du noir.

la vidéo sera plus intéressante si elle est prise à 30 img/s ou plus, mais les appareils photo numériques font du bon boulot à 30 img/s.

Salut les amis, sur ce lien :
http://inter.action.free.fr/publications/2004-01-diagnostic-aero.pdf

vous trouverez une petite prose de ma pomme sur les essais aérodynamiques à la porté de l'amateur.

j'ABONDE à fond sur l'utilité PRATIQUE & PEDAGOGIQUE de tels essais.
Une petite vidéos suivi d'une bonne heure de débrieffing et on apprend plein de choses.

Une petite remarque sur les posts précédents :
J'ai l'impression qu'il y a confusion dans l'esprit de certains entre Laminaire/turbulent et adhérent/décollé etc ... Ces termes de vocabulaires sont définis dans le papier en question.

Pour la laminarité : NE VOUS FAITES PAS D'ILLUSION ! Il est quasiement impossible d'obtenir un écoulement laminaire sur un vélomobile. Ou alors c'est un vélomobile de record + poli aérodynamique (i.e état de surface équivalent à une tôle d'alu poli) + bitume parfait + pas de turbulence + pas de vibrations + le tout tôt le matin etc ...

L'écoulement est presque à 90% turbulent - ce qui n'est dailleurs pas si mal car un écoulement turbulent décolle moins vite -.
Ce qu'il faut traquer ce sont les culots aérodynamiques et les décollements qui sont générateurs de traînée de pression TRES NETTEMENT PLUS ELEVEE que la traînée de frottement visqueux.


Je bosse pour vous en ce moment en préparant une mise à jour du site d'inter action sur ce sujet : "aerodynamique des vehicules routiers"

bien à vous .

je viens de lire le document, j'engage tous ceux qui ont posté sur ce fil à le lire avec attention.
les essais décrits sont exactement ceux qu'il faut mener sur un VM et les explications éviteront bien des questions ou des raisonnements aberrants.

merci encore une fois à Aerodyne et inter'action.

Chers amis, ci joint une vidéo (45 Mo) d'essais en vol de décrochage.

http://inter.action.free.fr/images/aerodynamique/aero-experimentale/diagnostic&corrections/decrochage-2.wmv


Décollement derrière commande d'ailerons (1 Mo) :
http://inter.action.free.fr/images/aerodynamique/aero-experimentale/jodel/jodel-tuft-test-06.AVI