Aérodynamique

« 1 L’aérodynamisme en Formule 1 Travail personnel 2020-2021 Maël Fontana 5C5 Tuteur : Pol Scholtes Lycée Ermesinde 2 Sommaire 1) Introduction…………………………………………………………………………………………3 A) Pourquoi j’ai choisi ce thème………………………………………………………3 B) L’aide que j’ai reçu………………………………………………………………………3 2) Notions aérodynamiques……………………………………………………………………..4 A) Cx et SCx…………………………………………………………………………………………..4 B) L’incidence de l’aérodynamisme……………………………………………………….5 C) A quoi sert-il……………………………………………………………………………………..5 3) L’évolution de l’aérodynamisme…………………………………………………………..6 4) Partie Pratique…………………………………………………………………………………….20 5) Test des différentes époques………………………………………………………………25 6) Conclusion…………………………………………………………………………………………..29 7) Sources………………………………………………………………………………………………..29 3 Introduction A) J’ai choisi de parler de l’aérodynamisme en F1 car je suis passionné par la Formule 1 depuis mon plus jeune âge.

J’ai toujours été intéressé par l’aspect scientifique qui touchait le sport automobile surtout, par l’aérodynamisme.

Cette année j’ai donc décidé de faire mon travail personnel sur ce thème qui m’a toujours intéressé.

J’ai fait beaucoup de recherches et j’ai même contacté un pilote professionnel pour qu’il puisse m’aider dans mon travail. B) Pour ce travail personnel j’ai reçu l’aide d’un pilotes professionnel nommé Grégory Segers. Voici son historique dans le sport automobile. Il débute le sport automobile en 2013 en Karting au sein de la CRK (Commission régionale de karting).

En 2014 il fait partie de la NSK (National Series Karting).

C’est en 2017 qu’il gagne sa première course à bord d’une FR2.0 lors de la coupe de France des circuits.

La même année il gagne également plusieurs courses lors de la coupe de France Catheram en R300.

En 2018 il finit deuxième du championnat VdeV monoplace avec une FR2.0.

En 2019 il participe à l’Ultime Cup Series à bord d’une RS01 ainsi qu’au développement des pneus de la F3R.

En 2020 il participe à ses premières courses dans un championnat mondial au sein de la course de support de la Formule électrique le E Pace Trophy.

Maintenant il a 20 ans et il coach de jeunes pilotes à bord de GT4, GT3 et des Norma M20 FC. 4 Notions aérodynamiques L’aérodynamisme est une branche de la physique des fluides qui consiste à étudier le comportement de l’air en fonction de la forme d’un objet. L’aérodynamisme joue un rôle fondamental dans la performance d’une monoplace de Formule 1.

Pour augmenter le grip (adhérence du véhicule) sans augmenter le poids de la voiture les ingénieurs utilisent l’aérodynamisme.

Bien que l’aérodynamisme influe sur le grip de la voiture, elle a aussi un certain impact sur la traînée ( la traînée est la résistance de la voiture dans l’air).

L’augmentation de l’appui entraînera une traînée plus importante qui va réduire la vitesse de la voiture sur les phases d’accélération et de vitesse de pointe.

Il faut donc trouver un bon compromis pour allier la vitesse de pointe et l’appui.

L’ensemble des appuis est réalisé par les ailerons mais aussi par l’ensemble des éléments sur la carrosserie. A) Pour rendre les choses plus claires, les scientifiques ont traduits beaucoup de processus naturels sous forme d’équations.

L’aérodynamisme peut donc être représenté en mathématiques.

Le coefficient de traînée est nommé Cx.

Il s’agit d’un coefficient qui indique la résistance d’une forme face au flux d’air : il est situé entre 0,05 (forme la plus aérodynamique) et 1.4 Pour avoir des calculs plus précis on utilise un autre coefficient nommé SCx. Le SCx est tout simplement le coefficient de la traînée multiplié par la surface frontale exposée à l’air (en mètres carré).

Avec le SCx il est plus facile de comparer deux véhicules différents. sur cette image on peut voir que la Ferrari Modena et le Mazda CX-5 on le même Cx.

Cela peut paraitre illogique à cause de leurs gabarits bien différents mais avec le coefficient SCx ont peut démontrer que la Modena a une meilleure pénétration dans l’air. 5 Pour connaître la vraie résistance de chaque voiture il faut multiplier le Cx a la surface de la voiture, soit : - CX-5 : 3.07 X 0.33 = 1.01 Modena : 2.32 X 0.33 = 0.76 On voit donc que la Modena a nettement moins de résistance que le CX-5.

Si je rajoute un aileron sur la Modena alors, ceci va créer plus d’appui ce qui va augmenter le SCx. Attention ! Un SCx élevé est plus recommandé puisque sans appui les hautes vitesses deviennent périlleuses. B) Maintenant parlons un peu de l’incidence qu’a l’air lorsqu’il vient interagir avec l’objet.

Si l’air reçue frontalement fait monter l’objet alors on parle de « portance ».

Dans le cas inverse on parle alors de « déportance » (appui).

Un objet symétrique de face n’aura aucune portance ou déportance.

Un objet asymétrique est donc nécessaire comme les ailes des avions ou les ailerons des F1. C) L’aérodynamisme sert à beaucoup de choses dans le sport automobile Je vais vous présenter les utilités les plus importantes. 1.

L’aérodynamisme sert à augmenter la vitesse d’entré, de passage et de sortie dans un virage. 2.

L’aérodynamisme sert à réduire la distance de freinage. 3.

L’aérodynamisme sert à améliorer la stabilité de la voiture dans les zones d’accélérations et dans les lignes droites. 4.

L’aérodynamisme sert aussi à mieux ajuster le comportement de la voiture sur différents circuits. 6 L’évolution de l’aérodynamisme des F1 depuis 1968. Début de la saison de 1968. La saison de 1968 avait débuté à Kyalami en Afrique du sud.

Les voitures utilisées au début de la saison étaient exactement les même que la saison précédente.

C’était des voitures avec un moteur atmosphérique de 3000 cm3.

Elles avaient une vitesse maximum d’à peu près 280km/h pour 0kg d’appui aérodynamique.

Les voitures sont restées dans cette configuration jusqu’au GP de Monaco. GP de Monaco 1968. Pour le GP de Monaco de 1968 Lotus est arrivé avec un nouveau châssis pour la Lotus 49.

Elle a d’ailleurs été renommée en Lotus 49B.

Le châssis comportait des améliorations sur le nez de la voiture.

En effet le premier aileron avant de la F1 est apparu à l’arrivée de la Lotus 49B.

L’aileron avant donnait un appui à l’avant d’à peu près 40kg.

L’arrière de la voiture était un peu relevé vers le haut ce qui donnait un appui très faible mais assez efficace pour augmenter la vitesse dans les virages de la voiture.

Malheureusement la voiture perd quelques km/h en vitesse de pointe mais gagne assez de terrain dans les virages pour rester la voiture la plus rapide du GP.

La Lotus remporta le GP de Monaco avec une large avance. 7 GP de Zandvoort 1968. Plus tard dans la saison (Vers le GP de Zandvoort), Lotus a introduit une nouvelle amélioration aérodynamique.

L’équipe anglaise a apporté un nouveau châssis qui comportait un aileron avant plus abaissé vers l’avant et un énorme aileron arrière.

L’aileron arrière était juste une aile d’avion à l’envers pour créer un effet opposé à la force de portance.

Cet aileron a extrêmement amélioré la vitesse dans les virages mais a réduit la vitesse de pointe.

La voiture est passée d’une vitesse de pointe de 280km/h à une vitesse d’environ 276km/h car à cette époque ils n’avaient pas encore compris que plus on rajoutait de l’appui plus la vitesse de pointe descendait.

La voiture souffrait de sous virages sévères dus au manque d’appui à l’avant par rapport à l’arrière. Derniers essais de la saison de 1968. Pour la prochaine amélioration Lotus a rajouté un aileron sur les suspensions avant de la Lotus 49B. L’équipe avait comme objectif d’améliorer l’appui à l’avant en essayant de régler la balance aérodynamique de la voiture.

L’effet voulu fonctionnait mais la voiture n’était pas assez prévisible (surtout dans les virages) car les deux ailerons créaient une perturbation d’air au niveau de la tête du pilote.

Ce qui rendait la voiture extrêmement compliquée et dangereuse à conduire sur les circuits sinueux. 8 Fin de la saison 1968 et début de la saison 1969. Pour la fin de la saison Lotus est revenu vers le model du GP de Zandvoort mais ils y apportent quelques modifications.

L’aileron avant était plus imposant que le précédent et l’aileron arrière aussi. L’appui à l’avant de la voiture avait réussi à être amélioré.

Les voitures sont restées dans cette configuration jusqu’au GP d’Espagne de 1969.

Pendant le GP d’Espagne plusieurs pilotes ont eu un accident dû à une rupture de l’aileron arrière.

C’est après ce GP que le règlement en F1 interdit les ailerons plats et en hauteur (comme sur l’image ci-dessus) pour insécurité.

Les équipes ont dû maintenant développer des ailerons arrière plus petits mais aussi inclinés vers l’arrière. Reste de la saison 1969. Avec cette nouvelle réglementation les équipes se sont vite rendu compte que les ailerons incurvés vers l’arrière offrent plus d’appui que les ailerons plats.

Les temps au tour sur les circuits sinueux ont diminué de plus d’une seconde par rapport au temps du début de la saison 1968.

Par exemple : le temps au tour sur le Nürburgring a diminué de 2 secondes depuis la première venue de la F1 sur ce circuit en 1967.

Les temps au tour sur les circuits rapides comme Monza en Italie, ont par contre augmenté par rapport au temps du début de la saison 1968. 9 C’est aussi lors de cette.... »