Brevet FR2803816A1 — publié le 20010720

L' invention concerne un véhicule destiné à se déplacer à vitesse subsonique dont l' utilisation implique qu' il entre en interaction avec un fluide en mouvement relatif, ce mouvement pouvant être externe et/ou interne à ce véhicule, le fluide étant essentiellement de l' air. Pour permettre et interdire l' accès d' un flux d' air, de façon sélective suivant la vitesse relative dudit flux en mouvement par rapport à un véhicule, à une zone d' espace définie par rapport à ce véhicule, on utilise des obstacles dont on peut changer la forme et/ ou la position. La présente invention vise à proposer une nouvelle catégorie de véhicules capables de réaliser les fonctions de permission et d' interdiction à l' accès dans des zones d' espace, à l' aide d' obstacles dont les formes et les positions par rapport aux véhicules de référence restent constantes dans le temps. Par conséquent, l' invention vise aussi à proposer de tels véhicules pourvus de moyens de contrôle variable des trajectoires des flux d' air à leur contact, simplifiés par rapport à des véhicules pourvus de la même fonction mais à l' aide de mécanismes mobiles. L' invention vise tout particulièrement à proposer un véhicule tel qu' une voiture dont certaines entrées d' air peuvent être rendues totalement ou partiellement inefficaces au delà d' une vitesse limite. L' invention vise également à proposer un véhicule tel qu' une voiture dont l' accès du flux d' air à certaines fonctions du véhicule peut être annulé ou altéré au-delà d' une vitesse limite. Pour ce faire, l' invention concerne un véhicule destiné à se déplacer à vitesse subsonique dans l' air, caractérisé en ce que pour chacune de ses entrées d' air ou fonctions dont on veut contrôler l' accès par le fluide en mouvement relatif, de façon sélective suivant sa vitesse, sans utiliser un mécanisme mobile: - il comporte un corps rigide placé de façon fixe en avant de la zone d' espace dont on veut contrôler l' alimentation en fluide, - ledit corps reçoit le fluide en mouvement par son avant, et voit le fluide le contourner par le haut, le bas, la droite, la gauche ou par plusieurs de ces possibilités en même temps, suivant sa position par rapport au reste du véhicule, - ledit corps a une forme prévue pour que son sillage, lié au décollement des lignes de courant de la surface du corps, puisse varier d' un minimum, est l' absence totale de sillage, à un maximum, qui peut être un sillage dont la section transversale la plus grande est au moins sensiblement égale à la section transversale la plus grande du corps créateur du sillage. - le corps créateur du sillage a au moins une de ses séries de sections longitudinales parallèles entre elles qui sont semblables à des sections, ou à des demi-sections, d' un corps presque totalement profilé, c' est-à-dire d' un corps dont la partie avant convexe, à convexité orientée vers l' avant, présente une variation progressive de sa courbure dans le sens de l' écoulement, et dont la partie arrière présente au moins une variation rapide de sa courbure, en plus de celle correspondant à son extrémité, ou bien au moins une portion de forte inclinaison par rapport à la direction du fluide incident en avant du corps; le raccordement entre l' avant et l' arrière étant sans discontinuité de la variation de courbure.On admet que pour une partie arrière, une inclinaison de l' ordre de 15 par rapport à la direction du fluide incident est une forte inclinaison. Dans toute cette description, on utilise un repère de référence qui est fixe par rapport à l' objet équipé de l' invention.L' avant et l' arrière y sont définis de façon classique, c' est-à-dire que le fluide en mouvement relatif par rapport à l' invention arrive par l' avant de l' invention et repart par l' arrière de l' invention. Le fluide dont on veut contrôler l' accès à une zone d' espace est de façon approximative réduit au fluide passant par une projection du corps sur un plan perpendiculaire à la vitesse du fluide avant qu' elle ne soit perturbée par l' invention, ce plan étant situé devant le corps, dans une zone où le fluide est animé du mouvement de translation qu' il a juste avant d' atteindre le corps. La vitesse du fluide est variable d' un minimum à un maximum.En- dessous d' une certaine vitesse limite, les lignes de courant du fluide proche du corps épousent la forme du corps.Au-delà de cette vitesse les lignes de courant décollent en un ou plusieurs endroits du corps et il se forme un sillage, c' est-à- dire une zone d' espace où le mouvement du fluide est fortement différent de son mouvement relatif originel caractérisé par la dominance du mouvement de translation de l' avant vers l' arrière.De façon approximative, dans le sillage le fluide est animé de tourbillons ou bien stagne.Dans toute la présente description, on ne considère pas comme un sillage une simple perturbation du flux d' air en arrière du corps, mais bien comme un volume de fluide ayant ses propres caractéristiques, Le sillage est une zone d' espace où le mouvement du fluide a une composante de translation de l' avant vers l' arrière fortement diminuée voire supprimée. Par approximation, on considère que le fluide extérieur au sillage ne rentre pas dans ce sillage dont l' accès lui est interdit, au moins dans son état originel caractérisé par la dominance de son mouvement de translation de l' avant vers l' arrière.Dans la réalité, il existe un échange de matière entre le sillage et l' extérieur, mais il peut être négligé. La variation de taille du sillage peut être discontinue, c' est-à-dire que la forme du corps peut être prévue pour que autour d' une certaine vitesse limite il y aît un passage quasi-instantané de l' absence de sillage à l' existence d' un sillage. Selon l' invention, le corps créateur du sillage est adapté pour que vitesse limite d' apparition du sillage soit une fraction notable de la plage totale de variation des vitesses du véhicule. Plusieurs variantes de la forme des sections longitudinales du corps créateur du sillage sont possibles.Dans une première variante, le corps créateur du sillage a au moins une de ses séries de sections longitudinales parallèles entre elles dont la partie arrière présente un point d' inflexion, sur un ou deux de ses côtés opposés, de sorte que en suivant le sens de l' écoulement, le centre de courbure qui est d' abord sur une demi-droite partant de la surface puis passant à l' intérieur du corps, se retrouve sur une demi-droite partant de la surface puis allant vers l' extérieur du corps. Dans une deuxième variante, le corps créateur du sillage a au moins une de ses séries de sections longitudinales parallèles entre elles dont la partie arrière présente, sur un ou deux de ses côtés opposés, une portion dont la courbure est au moins sensiblement nulle, qui est raccordée tangentiellement au début de la partie arrière et qui va jusqu' à son extrémité. Dans un mode de réalisation avantageux, le corps créateur du sillage a au moins une de ses séries de sections longitudinales parallèles entre elles dont la partie arrière présente, sur un ou deux de ses côtés opposés, une saillie.Une telle saillie provoque une bulle de décollement du fluide sur la surface du corps.Au-delà d' une certaine vitesse limite, cette bulle de décollement s' amplifie et aboutit à un décollement total du fluide en arrière de cette portion.Ainsi, une telle irrégularité de la surface permet de mieux contrôler la position des lignes de décollement sur le corps.Cette position est variable sur les corps dont la courbure varie uniquement de manière progressive. Pour les mêmes principes que pour une saillie, le corps créateur du sillage peut avoir au moins une de ses séries de sections longitudinales parallèles entre elles dont la partie arrière présente, sur un ou deux de ses côtés opposés, une portion anguleuse, correspondant à un rétrécissement brutal de ces sections. La partie de l' objet portant l' invention destinée à recevoir du fluide de façon variable suivant le comportement de l' invention, c' est-à-dire à recevoir du fluide dont le mouvement est grossièrement semblable à ce qu' il était avant de subir l' effet de l' invention, ou bien du fluide dont le mouvement dominant de translation de l' avant vers l' arrière est fortement diminué voire supprimé, est placée juste en arrière de l' invention, c' est-à-dire dans la zone où apparaît le sillage, ou bien cette partie peut recevoir le fluide subissant l' action de l' invention par l' intermédiaire d' un conduit. La zone d'espace dont on veut contrôler l' accès, comprend donc le volume maximal que peut occuper le sillage.Dans le cas où un conduit, alimenté quand le sillage n' est pas présent ou n' est pas à sa taille maximale par le fluide arrivant par le devant de l' invention, a l' une de ses extrémités présente dans le volume occupable par le sillage, la zone d' espace dont on veut contrôler l' accès par le fluide en mouvement est augmentée du volume auquel amène le conduit. Un tel conduit peut être composé d' une ou de plusieurs pièces qui peuvent être distinctes ou non de l' objet porteur de l' invention et ou du corps créateur du sillage.Ainsi, un tel conduit peut avoir par exemple l' une de ses parois constituée par une des parois de l' objet porteur de l' invention. Dans le cas où le fluide contourne le corps créateur du sillage par deux de ses côtés opposés, il est préférable que le corps présente une symétrie de ses deux faces correspondant chacune à l' un des deux côtés, afin qu' il n' y aît pas création de circulation autour du corps créateur du sillage. D' autres caractéristiques et avantages de l' invention apparaîtront à la lecture de la description suivante qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles - la figure 1 est une vue schématique en élévation partiellement arrachée d' un véhicule selon l' invention, - la figure 2 est une vue agrandie en coupe par un plan vertical longitudinal d' un des dispositifs de contrôle de trajectoire de flux d' air du véhicule de la figure 1, - la figure 3 est une vue d' un dispositif adapté à une forme particulière de conduit, - la figure 4 est une vue schématique en coupe similaire à la figure 2 représentant une variante de l' invention. Les figures 1 et 2 représentent un exemple de véhicule selon l' invention constitué d' une voiture automobile. Dans tout le texte de la présente demande, le véhicule 1 est supposé se déplacer horizontalement et le courant d' air relatif 2 créé par le déplacement du véhicule est supposé être horizontal.Dans tout le texte de la présente demande, les termes "avant" et "arrière" sont utilisés en référence à la direction de déplacement du véhicule 1. La direction longitudinale du véhicule 1 est la direction horizontale parallèle au déplacement horizontal du véhicule.La direction transversale est la direction horizontale perpendiculaire à la direction longitudinale de déplacement du véhicule. Dans l' exemple représenté, le véhicule 1 comprend deux pontons latéraux 3 situé chacun sur un côté de sa carrosserie 4, et entre ses roues 5.Ces pontons 3 contiennent entre autres des radiateurs 6 et 7 de refroidissement du moteur.A chaque radiateur 6 ou 7, correspond une partie 8 ou 9 respectivement, du courant d' air relatif 2. La partie 8 du courant d' air relatif 2 est amenée, quelle que soit la vitesse du véhicule 1 à parvenir au radiateur 6 après s' être engouffrée dans la partie supérieure 10 du ponton 3 qui possède une ouverture 18 sur son avant.Elle est ensuite évacuée par la partie arrière 12 du ponton qui est ouverte. La partie 9 du courant d' air relatif 2 est amenée à subir l' action du corps 13.Cette partie 9 du courant d' air relatif 2 correspond au moins sensiblement à la fraction du courant d' air relatif 2 qui passe par une projection du corps 13 sur un plan vertical transversal situé devant le corps 13. En-dessous d' une certaine vitesse limite, le corps 13 est contourné par la partie 9 du courant d' air relatif 2 qui peut donc pénétrer dans la partie inférieure 11 du ponton 3 pour parvenir ensuite au radiateur 7 puis ressortir par la partie arrière 12 du ponton 3.La partie inférieure 11 possède une ouverture 15 entre la paroi inférieure 16 du ponton 3 et le corps 13.Les parties supérieure 10 et inférieure I1 du ponton 3 sont séparées par une plaque plane horizontale 14. Au-dessus de la vitesse limite précitée, un sillage apparaît derrière le corps 13 et il empêche la partie 9 du courant d' air 2 d' entrer dans la partie inférieure 11 par l' ouverture 15 du ponton 3.Ainsi, le volume dont le corps 13 permet de contrôler l' alimentation en air comprend toute la partie inférieure 11 du ponton 3. Au-dessus de la vitesse limite, le radiateur 7 n' est donc pas alimenté en air frais.Le rapport entre les sections transversales verticales des parties supérieure 10 et inférieure 11 du ponton 3 est prévu pour que au-delà de la vitesse limite le débit d' air dans la partie supérieure 10 soit suffisant pour assurer le refroidissement du moteurLes formes du ponton 3 et du corps 13 sont prévues pour que la traînée due au sillage du corps 13 et au contournement du ponton 3 par la partie 9 du courant d' air relatif soit inférieure à la perte de charge qui serait induite par le passage de cette partie 9 du courant d' air relatif 2 dans la partie inférieure 11 puis dans la partie arrière du ponton 3 pour les mêmes vitesses du véhicule 1. Dans l' exemple présenté du véhicule 1 des figures 1 et 2, le corps créateur de sillage 13 et la plaque plane 14 sont réalisés en une seule pièce de carbone qui est fixée par des vis au ponton 3 lui-même en carbone.Ainsi, dans un véhicule selon l' invention, un corps créateur de sillage peut être une pièce distincte des autres parties du véhicule, ou bien il peut être confondu avec une ou plusieurs autres parties du véhicule. Le corps créateur de sillage 13 est caractérisé par des sections verticales longitudinales dont la partie avant 19 est convexe à convexité orientée vers l' avant, et dont la partie arrière inférieure 20 qui s' amincit vers l' arrière présente un point d' inflexion de sorte que en suivant le sens de l' écoulement, le centre de courbure qui est d' abord sur une demi-droite partant de la surface inférieure 21 puis passant à l' intérieur du corps 13, se retrouve sur une demi-droite partant de la surface inférieure 21 puis allant vers le bas et vers l' extérieur du corps 13.La surface supérieure 22 du corps 13 est plane. Dans l' exemple du véhicule 1, le corps 13 a une largeur, définie suivant une direction transversale du véhicule, de 300 mm.Sa partie avant 19 a un rayon de courbure de 125 mm, le centre de courbure étant situé sur la partie supérieure 22.Sa partie arrière inférieure 22, qui a d' abord le même rayon de courbure que la partie avant 19, présente ensuite une portion de courbure au moins sensiblement nulle d' inclinaison égale à 14 , puis un point d' inflexion.La longueur du corps 13 est de 690 mm.A partir du point d' inflexion, la courbure diminue et devient nulle à l' extrémité arrière 24 du corps 13.La section transversale maximale du corps 13 correspond à un tiers de la section transversale de l' ouverture 18. Dans l' exemple du véhicule 1, le corps 13 est prolongé par l' arrière par la plaque plane 14 qui sépare les conduits supérieur 10 et inférieur 11. Le corps 13 est flanqué sur sa droite et sa gauche par des parois verticales longitudinales qui sont d' une part constituée par la partie de la carrosserie 4 comprise entre les pontons 3, et d' autre part constituée par une portion de la paroi latérale 17 du ponton 3.Ces parois verticales permettent de bien contrôler l' extension transversale du sillage.D' une façon plus générale, un corps 13 créateur de sillage selon l' invention peut être flanqué sur un ou deux de ses côtés opposés par de telles parois longitudinales, mais non forcément verticales. Le volume pour lequel le corps 13 permet de contrôler l' alimentation en fluide n' est pas limité à la zone où apparaît le sillage, mais grâce aux parois du ponton 3 et à la plaque plane 14 qui forment un conduit, il est augmenté notamment de la partie inférieure 11 du ponton 3. Dans cet exemple du véhicule 1, les sections longitudinales du corps 13 ont toutes la même projection sur un plan vertical longitudinal. Pour un véhicule selon l' invention il pourrait en être autrement, un corps créateur de sillage pourrait par exemple avoir une partie avant placée de biais par rapport à la partie 9 du courant d' air incident 2.11 faut remarquer que dans ce cas , un angle d' incidence trop élevé affecterait le fonctionnement du corps créateur de sillage.Un corps créateur de sillage pourrait, par exemple encore, avoir des sections verticales longitudinales dont les projections sur un plan vertical longitudinal seraient décalées en hauteur.De telles sections pourraient être de tailles différentes, ... Un corps créateur de sillage selon l' invention pourrait aussi présenter des sections longitudinales de formes semblables mais non parallèles entre elles. On ne voit ici qu' un seul des pontons 3, mais le véhicule 1 selon l' invention est globalement symétrique par rapport à un plan vertical longitudinal médian.Ainsi le véhicule 1 comprend deux dispositifs selon l' invention. La figure 3 montre une variante de l' invention dans laquelle le corps créateur de sillage 13 présente une forme générale en demi -couronne. Elle est située en avant d' une entrée d' air 25 en forme de demi-disque, et de même axe.Cette configuration permet, pour une même surface frontale affectée de diminuer la longueur du corps 13.Ses sections longitudinales radiales sont identiques entre elles. La figure 4 montre une variante de l' invention dans laquelle le corps créateur de sillage 13 est caractérisé par des sections longitudinales dont la partie arrière 23 présente, sur chacun de ses deux côtés opposés, une portion anguleuse 26 faisant saillie vers l' extérieur.De telles saillies provoquent l' apparition de bulles de décollement 27 du fluide incident 2 sur la surface du corps 13.Les bulles 27 sont ici présentées dans le cas d' une vitesse du fluide incident 2 inférieure à la vitesse limite d' apparition du sillage, et il y donc présence de points de recollement 28 du fluide sur la surface du corps 13. L' invention est applicable non seulement à une voiture automobile, mais également à d' autres catégories de véhicules tels que les motocyclettes, les aéronefs,... En outre, l' invention peut faire l' objet d' autres variantes que celles représentées sur les figures, et ce en fonction du type et de la forme de chaque catégorie de véhicule. L' invention est également applicable pour d' autres fonctions d' un véhicule que le refroidissement de son moteur, elle peut l' être ainsi pour l' alimentation en air de son système de propulsion, la ventilation de son habitacle,... REVENDICATIONS 1/ - Véhicule destiné à se déplacer à vitesse subsonique dans l' air, caractérisé en ce que pour chacune de ses entrées d' air ou fonctions dont on veut contrôler l' accès par le fluide en mouvement relatif, de façon sélective suivant sa vitesse, sans utiliser un mécanisme mobile: - il comporte un corps rigide (13) placé de façon fixe en avant de la zone d' espace dont on veut contrôler l' alimentation en fluide, - ledit corps (13) reçoit le fluide en mouvement (2) par son avant, et voit le fluide le contourner par le haut, le bas, la droite, la gauche ou par plusieurs de ces possibilités en même temps, suivant sa position par rapport au reste du véhicule, - ledit corps (13) a une forme prévue pour que son sillage, lié au décollement des lignes de courant de la surface du corps (13), puisse varier d' un minimum, qui est l' absence totale de sillage, à un maximum, qui peut être un sillage dont la section transversale la plus grande est au moins sensiblement égale à la section transversale la plus grande du corps (13) créateur du sillage. - le corps (13) créateur du sillage a au moins une de ses séries de sections longitudinales parallèles entre elles qui sont semblables à des sections, ou à des demi-sections, d' un corps presque totalement profilé, c' est-à-dire d' un corps dont la partie avant (19) convexe, à convexité orientée vers l' avant, présente une variation progressive de sa courbure dans le sens de l' écoulement, et dont la partie arrière (23) présente au moins une variation rapide de sa courbure, en plus de celle correspondant à son extrémité (24), ou bien au moins une portion de forte inclinaison par rapport à la direction du fluide incident en avant du corps (13); le raccordement entre l' avant (19) et l' arrière (23) étant sans discontinuité de la variation de courbure. 2/ - Véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque corps (13) créateur du sillage est adapté pour que son sillage soit une zone d' espace où le mouvement du fluide a une composante de translation de l' avant vers l' arrière fortement diminuée voire supprimée. 3/ - Véhicule selon l' une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que pour chacun de ses corps (13) créateurs de sillage, la vitesse limite d' apparition du sillage soit une fraction notable de la plage totale de variation des vitesses du véhicule. 4/ - Véhicule selon l' une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que au moins un de ses corps (13) créateurs de sillage a au moins une de ses séries de sections longitudinales parallèles entre elles dont la partie arrière (23) présente un point d' inflexion, sur un ou deux de ses côtés opposés, de sorte que en suivant le sens de l' écoulement, le centre de courbure qui est d' abord sur une demi-droite partant de la surface puis passant à l' intérieur du corps, se retrouve sur une demi-droite partant de la surface puis allant vers l' extérieur du corps (13). 5I - Véhicule selon l' une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que au moins un de ses corps (13) créateurs de sillage a au moins une de ses séries de sections longitudinales parallèles entre elles dont la partie arrière présente, sur un ou deux de ses côtés opposés, une portion dont la courbure est au moins sensiblement nulle, qui est raccordée tangentiellement au début de la partie arrière (23) et qui va jusqu' à son extrémité (24). 6/ - Véhicule selon l' une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que au moins un de ses corps (13) créateurs de sillage a au moins une de ses séries de sections longitudinales parallèles entre elles dont la partie arrière (23) présente, sur un ou deux de ses côtés opposés, une saillie (26). 7/ - Véhicule selon l' une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que au moins un de ses corps (13) créateurs de sillage a au moins une de ses séries de sections longitudinales parallèles entre elles dont la partie arrière (23) présente, sur un ou deux de ses côtés opposés, une portion anguleuse, correspondant à un rétrécissement brutal de ces sections. 8/ - Véhicule selon l' une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que pour au moins un de ses corps (13) créateurs de sillage, un conduit placé en arrière du corps (13) augmente la zone d' espace correspondante dont on veut contrôler l' alimentation en fluide du volume auquel amène le conduit. 9/ - Véhicule selon l' une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que au moins un de ses corps (13) créateurs de sillage est flanqué sur deux de ses côtés opposés par des parois longitudinales. 10/ - Véhicule selon l' une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que au moins un de ses corps (13) créateurs de sillage est confondu avec une ou plusieurs autres parties du véhicule.