Échappements Coanda : à quoi ça sert ?

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Échappements Coanda : à quoi ça sert ?

Message par Modena49 le Jeu 4 Avr - 1:02:14

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On parle beaucoup des échappements qui exploitent l’effet de Coanda (du nom de l’ingénieur aéronautique roumain Henri Coanda [1886-1972] qui l’a découvert). Mais il est rare que l’on explique à quoi ils servent précisément.

En utilisant le principe de Coanda (selon lequel un flux passant sur une surface courbe a tendance à suivre celle-ci plutôt que de continuer tout droit), les aérodynamiciens de F1 se servent du moteur comme d’une sorte de ventilateur pour accélérer la vitesse du flux d’air courant sur la surface de la carrosserie. Leur idée : utiliser le flux d’air courant sur les pontons pour “écraser” et recourber les gaz d’échappement expulsés afin de les diriger vers le diffuseur, en forçant les gaz à suivre une direction précise au lieu de les laisser se disperser. Cette solution (que nous avons expliquée en images ici) permet de contourner les restrictions imposées par le règlement depuis l’an dernier.

Mais que se passe-t-il ensuite ? Que deviennent ces gaz d’échappement une fois qu’ils ont été “pliés” grâce à l’effet de Coanda ?

Le flux des gaz d’échappements, plutôt brûlant (environ 150°C lorsqu’il atteint le fond plat, après être sorti à 750°C des tuyaux), est dirigé vers la zone comprise entre les roues et le diffuseur, pour y produire trois effets :

1. Les aérodynamiciens se sont rendu compte que les gaz soufflés latéralement (entre la roue arrière et le diffuseur, dans l’interstice marqué d’une flèche jaune ci-dessus) accélèrent le flux d’air passant par le diffuseur. Plus la quantité d’air traversant le diffuseur est grande, plus ce dernier engendre d’appui.

2. Expulsés à très haute vitesse, les gaz d’échappement, vont constituer le long du diffuseur une sorte de paroi d’air (matérialisée par les traits rouges ci-dessus et ci-dessous) qui va fermer, sceller, les côtés du diffuseur. Le principe est similaire à celui des jupes qui équipaient voitures à effet de sol, sauf que la jupe (ou paroi : “fluid skirt” en anglais) est ici atmosphérique (et non en caoutchouc ou en carbone comme jadis) et qu’elle se situe après les roues arrière.
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En rouge (avec une perspective trop marquée pour les besoins de l'explication), le flux des gaz d'échappement constituent deux parois d'air le long du diffuseur, qui isolent et étanchéifient celui-ci.

Ces parois d’air de part et d’autre du diffuseur vont rendre celui-ci plus étanche. Car, on le sait, le diffuseur abrite une zone de dépression (due à l’écoulement accéléré de l’air), qui plaque la voiture au sol. Si des turbulences pénètrent latéralement dans cette zone, le diffuseur ne fonctionne pas de manière optimale. Des échappements à effet de Coanda permettent donc de rendre le diffuseur étanche à la haute pression extérieure et donc plus efficace.

3. En tournant, les roues arrière produisent des turbulences et envoient un flux d’air non désiré vers le diffuseur (“tyre squirt”), qui perturbe son fonctionnement. La paroi latérale créée par les gaz d’échappement permet de protéger le diffuseur de ces turbulences, et de maintenir séparées les deux zones de haute et de basse pression.

Grâce à ces trois effets produits par des échappements à effet de Coanda, le diffuseur est plus efficace, et sa capacité peut être augmentée en faisant pencher la monoplace vers l’avant et en faisant remonter l'arrière (“positive rake”) : le diffuseur augmente de volume (et sa puissance par conséquent) tout en restant bien étanche, grâce aux parois.

4. Le défaut du dessin des pontons exploitant l’effet de Coanda – imaginé pour guider l’air passant au-dessus des pontons – est qu’il perturbe le flux d’air longeant la partie inférieure des flancs (matérialisé sur la première image par des flèches bleues). Pour résoudre ce problème, McLaren a imaginé l’an passé des sorties d’échappement en forme de gouttière. Son dessin, qui combine harmonieusement les flux inférieur et supérieur, a été copié par toutes les écuries et se trouve cette année sur la Ferrari, la Mercedes, la Sauber, la Force India, etc. Une autre solution a été trouvée par Red Bull pour gérer ce flux inférieur : sur la RB9 (et sur la RB8 déjà), l’air latéral inférieur pénètre dans une ouverture pratiquée à la toute fin des pontons et emprunte ensuite un tunnel interne, qui le mène vers le centre du diffuseur. Ce dessin, plus complexe (que nous expliquerons prochainement), a été repris cette année par Lotus et Williams (voir image ci-dessous), avec des fortunes diverses. Que ces écuries soient toutes motorisées par Renault n'est sans doute pas un hasard...

On le voit, l’interdiction des diffuseurs soufflés a poussé les aérodynamiciens à trouver de nouvelles solutions, complexes mais efficaces. L’inventivité humaine n’est jamais aussi productive que quand elle travaille sur des contraintes.
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