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La science diffuse de Red Bull

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La science diffuse de Red Bull

Message par modena49 le Dim 10 Nov - 9:18


Comme un râteau

Discret et pas vraiment photogénique, le diffuseur est pourtant l’élément aérodynamique le plus important sur une monoplace de Formule 1. Il génère près de 50 % de l’appui total en créant une différence de pression : une pression haute au-dessus et basse en dessous (un peu comme une aile d’avion inversée). En aspirant l’air circulant sous la voiture, le diffuseur accélère le flux aérodynamique, ce qui produit une dépression sous le fond plat. Du coup, la pression au-dessus de la voiture – plus élevée – vient plaquer celle-ci contre le sol. En simplifiant, on peut dire que plus le diffuseur est grand, plus sa capacité d’extraction et donc l’appui qu’il génère sont élevés.

Or, le règlement limite la hauteur du diffuseur même à 12,5 cm (pour une largeur maximale de 1 mètre et une longueur de 35 cm). Afin d’augmenter son volume (donc sa puissance), les ingénieurs peuvent jouer artificiellement sur la pente de celui-ci en modifiant l’assiette de l’ensemble de la voiture, c’est-à-dire en rehaussant l’arrière. C’est la voie suivie par les cerveaux de Red Bull depuis 2011 : par rapport aux autres monoplaces (ci-dessus la Lotus et ci-dessous la Ferrari F138 et la Mercedes W04), la RB9 est davantage penchée vers l’avant, son profil évoque la forme d'un râteau posé par terre (d’où le terme “rake”, râteau, utilisé en anglais).

Cette solution pose cependant plusieurs problèmes.

Soufflage efficace obligatoire

En élevant artificiellement le diffuseur, on le rend moins étanche : des turbulences risquent de pénétrer latéralement dans la zone de dépression, perturbant le fonctionnement du diffuseur. Pour y remédier, il faut que les gaz d’échappement, expulsés à très haute vitesse grâce aux échappements Coanda, constituent le long du diffuseur une sorte de paroi d’air 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 aérodynamique (et non en caoutchouc ou en carbone comme jadis) et qu’elle se situe après les roues arrière.
Si une équipe constate qu’elle ne parvient pas à diriger efficacement les gaz d’échappement, et que son diffuseur plus volumineux risque de ne pas être étanche, elle préférera une assiette moins penchée vers l’avant : une monoplace fonctionne comme un tout. Une garde au sol penchée vers l’avant n’est donc pas une recette miracle : pour fonctionner, elle exige des gaz d’échappement soufflés très efficaces. Par ailleurs, l’effet secondaire d’un diffuseur élevé est que les tourbillons latéraux qu’il génère sont moins puissants. Red Bull compense ce défaut potentiel en augmentant la puissance des vortex grâce à une courbure dans les extrémités latérales du fond plat (apparue en Belgique, voir ci-dessous) : les gaz soufflés s’enroulent dans ce mini tunnel et augmentent la force des tourbillons.

Le séparateur mis en cause

Avec des monoplaces penchées (plus ou moins) vers l’avant, le séparateur (“splitter”) devient la partie du soubassement la plus proche du sol. Il ne peut être placé ni trop haut – pour des raisons d’efficacité aéro –, ni trop bas – au risque que le patin en bois imposé par la FIA ne frotte la piste –, et doit être suffisamment rigide, pour satisfaire aux tests de déflexion imposés par la FIA (ceux que la Lotus de Kimi Räikkönen a ratés à Abou Dhabi après les qualifications : 200 kg appliqués vers le haut avec une déformation autorisée de 5 mm). Posons quand même l’hypothèse : si le séparateur pouvait se plier et se relever dans certaines conditions, les écuries pourraient diminuer la garde au sol à l’avant de la voiture, ce qui permettrait d’abaisser l’aileron avant et d’agrandir la capacité du diffuseur. Cette zone de la voiture reste donc logiquement un sujet sensible, chaque équipe soupçonnant ses rivales de contourner les règles.

C’est dans ce contexte qu’est apparue l’hypothèse lancée par Gary Anderson, ancien directeur technique de Jordan et Stewart et aujourd’hui consultant pour la BBC. En se fondant sur les images de la Red Bull prises par les caméras thermiques, l’ingénieur britannique a remarqué que le séparateur dégageait de la chaleur (ce qui est en effet étrange). Il a alors imaginé que le splitter de la Red Bull était constitué de deux métaux possédant des propriétés de dilatation différentes : une fois chauffés, ils déformeraient le séparateur selon une torsion programmée, le relevant de quelques millimètres. L’hypothèse, séduisante sur le papier, ne tiendrait cependant pas la route. Selon Auto Motor und Sport, lors du Grand Prix d’Inde, les inspecteurs de la FIA auraient chauffé le splitter de la RB9 à 300 °C sans constater de déformation… L’intérêt d’un séparateur flexible est qu’il permettrait de maintenir une distance avec la piste plus constante quelle que soit la vitesse (offrant donc un appui plus stable).

Science occulte ?

Quoi qu’il en soit, la floraison de théories parfois farfelues pour expliquer la supériorité des bolides frappés du Taureau rouge est le signe que la concurrence cherche toujours à percer le “secret” des bolides dessinés par Adrian Newey. Or c’est vraisemblablement en accumulant les trouvailles – comme la maîtrise parfaite des échappements à effet Coanda (expliquée ici), l'utilisation des fentes dans le nez (examinée dans cet article), le développement de solutions inédites sur l’aileron avant (abordées ici) ou la flexibilité du museau et en les intégrant de façon homogène que l’écurie basée à Milton Keynes fait aujourd’hui la différence.

Ainsi, l’avantage de Sebastian Vettel lors des premières boucles du Grand Prix d’Abou Dhabi (avantage de huit dixièmes de seconde au tour, soit – selon le consultant Mark Gillan sur le site de notre confrère James Allen – vingt semaines de soufflerie, c’est-à-dire une demi-saison de développement !) tiendrait surtout à la maîtrise par Milton Keynes des échappements soufflés, décisifs dans les courbes lentes, sur un circuit comptant treize virages se négociant en dessous de 130 km/h, ainsi qu'à la capacité de Sebastian Vettel d’y adapter son pilotage.

Mais pour que ces découvertes apportent les gains escomptés, encore faut-il que la corrélation entre la réalité de la piste et la soufflerie soit parfaite, elle qui est le talon d’Achille de Ferrari depuis plusieurs années. Dans ce domaine crucial aussi, Red Bull excelle (comme nous l'examinons ici).

Pas de science occulte, donc, mais plutôt une science diffusée dans toute la voiture.


http://www.f1i.com/f1i-features/science-diffuse-red-bull/
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