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Comportement aérodynamique d’une F1

Comportement aérodynamique d’une F1

Lorsque l’on commence à parler de réglage d’une F1, on pense de suite aux réglages des ailerons. La partie aérodynamique d’une F1 est probablement représentative du niveau de technologie atteint par la F1.  
 
Pourquoi mettre des ailerons ? 
A l’arrêt  
 
 
A l’arrêt, la voiture n’est soumise qu’à son propre point, et à deux actions, celles du sol sur les roues. La science qui étudie le comportement statique des objets est la statique : On dit que si un objet est immobile, alors la somme des actions extérieures à l’objet est vectoriellement nulle (C’est la 1ere loi de Newton ou PFS, Principe Fondamental de la Statique). En clair, sur le schéma, si l’on joint les unes aux autres les flèches, on retombe sur nos pattes ! Il est important de noter que si la valeur du poids est plus importante, alors les valeurs des actions du sol le seront aussi. 
 
A l’accélération 
 
 
Maintenant, nous allons voir ce qui se passe lorsque le véhicule accélère et que l’on ne tiens pas compte des forces aérodynamiques. 
En faisant l’hypothèse que la liaison entre le châssis et les roues avant est parfaite, on considère que l’action du sol sur les roues avant est la même que dans le cas statique. En revanche, l’action du sol sur les roues motrices (en violet, appelée résultante) se décompose en deux forces : un effort normal (en vert), et un effort tangentiel (en jaune).  
Quand est ce que la voiture patine t’elle ?  
Il existe une valeur de l’angle phi pour laquelle les roues patinent. Cet angle, noté phi(0), est directement relié à un coefficient, dit coefficient d’adhérence qui dépend de la nature des matériaux en contact. Si phi < phi(0), alors les pneus adhèrent, sinon ils patinent.  
La science qui étudie le comportement des solides en mouvement est la cinématique (pour des solides à masse négligeables), ou la dynamique (lorsque les masses des solides ne peuvent plus être négligées).  
Ici, la somme vectorielle des efforts extérieures à l’auto (le poids et les actions du sol sur les roues) est égale à la masse du solide multipliée par son accélération(en orange). (Cette formule est valable uniquement au centre de gravité de l’auto. Chaque effort est exprimé sous forme de torseur. Le torseur de chaque effort est rapporté au centre de gravité… Nous passerons les détails). C’est la 2e loi de Newton (ou 3e, je ne sais plus... aussi appelé PFD ou Principe Fondamental de la Dynamique). 
 
Vecteurs force d’un aileron 
 
 
Recherchons maintenant les effets qu’apportent des ailerons… Un aileron de F1 est en fait une aile d’avion retournée. Lorsque la vitesse est importante, l’aire viens « frapper » l’aileron et provoquer un effort que l’on peut décomposer de la façon suivante: une composante horizontale (la traînée) et un composante verticale (la déportance). La traînée est ce qui va « ralentir » la voiture, la déportance ce qui va plaquer au sol l’auto. On remarque que la valeur de ces deux vecteurs change en fonction de l’inclinaison de l’aileron : Si l’aileron a un faible inclinaison, la traînée sera plus faible, mais la déportance (ou l’appuis) se plus faible.  
 
Résumons : 
Lorsque la voiture accélère, et que la vitesse est suffisamment importante pour que les forces aérodynamiques soient non négligeables, on ajoute entre autre une charge verticale (comme si quelqu’un venais appuyer sur l’auto). Dans « l’étude » statique, on a vu que si la valeur du poids augmentais, ou si une charge verticale dirigée vers le bas s’ajoutais, alors l’adhérence serais plus importante… Sur le schéma de l’accélération, les ailerons ne font qu’augmenter la valeur de l’effort normal (en vert sur la roue arrière), donc diminuer l’angle phi, donc on s’éloigne de la valeur phi(0) pour laquelle les roues vont patiner. 
 
Conclusion : 
L’aileron permet d’augmenter le niveau d’adhérence (utile en courbes !), mais en contre partis ralentis, la voiture du fais de la traînée. Il y a donc un compromis à trouver. 
 
Et GP4 dans tout ça ? 
Dans GP4, on peut choisir l’inclinaison des ailerons avant et arrière. Plus la valeur est élevée, plus l’inclinaison est importante. Ce couple dépend des caractéristiques du circuit. Les circuits modernes demandent un appuis que je qualifierais de « moyen ++ » (entre 10 et 15).  
Il est intéressent de noter qu’une répartition inégale de la charge aérodynamique entre l’avant et l’arrière engendre des comportements différents : 
Plus d’appuis à l’avant qu’à l’arrière : Arrière léger, parfois glissant, risque de survirage. 
Plus d’appuis à l’arrière qu’à l’avant : Direction lourde, risque de sous virage. 
 
Survirage, sous-virage, mais qu’est ce que c’est ? 
La voiture est survireuse lorsqu’en virage, l’avant a tendance à mal tourner.  
La voiture est sous-vireuse lorsqu’en virage, l’arrière a tendance à sortir de la trajectoire. 
 
Voilà tout… prochain rendez vous dans une semaine ou plus ! Amusez vous bien ! 
PS : Cet explication comporte un certain nombre d’approximations qui rendent l’étude plus compréhensible. Merci de ne pas crier au scandale si vous sentez que je raconte des bêtises !