Brevet FR2848521A1 — publié le 20040618

Dispositif générateur de vortex pour la réduction de la traînée aérodynamiqu.e d'un véhicule terrestre et véhicule ainsi équipé La présente invention concerne un élément pour la réduction de la traînée aérodynamique d'un véhicule automobile, ledit élément permettant la génération d'un vortex en son voisinage. La consommation des véhicules constitue en effet 10 un problème important pour l'industrie automobile. or, la réduction de cette consommation, fortement liée à une diminution de la traînée aérodynamique, nécessite notamment de contrôler le développement, l'émission, et les interactions des structures tridimensionnelles 15 décollées qui prennent naissance à la surface des véhicules. Le contrôle de ces structures peut s'effectuer avec ou sans apport d'énergie, au moyen de dispositifs actifs ou passifs. Parmi ces dispositifs, des générateurs de vortex 20 peuvent être utilisés pour réduire ou détruire les structures tourbillonnaires longitudinales qui prennent naissance à la surface des véhicules automobiles, ce dans le but de diminuer la traînée aérodynamique et la consommation dudit véhicule. De nombreux dispositifs pour la réduction et/ou la destruction des vortex générés par le déplacement d'un véhicule ont été proposés antérieurement, notamment dans le domaine aéronautique. en ce qui concerne les vortex générés, en vol, aux extrémités des ailes des 30 avions. En effet, ces vortex peuvent entraîner des augmentations importantes de traînée aérodynamique et/ou des phénomènes de sillage pouvant devenir critiques, dans les phases de décollage et d'atterrissage, par exemple, notamment pour les 35 appareils venant derrière les appareils décollant et/ou atterrissant. Les dispositifs proposés vont de la mise en place de turbines aux extrémités des ailes (voir, par exemple, et de manière non exhaustive, les documents US 5702071 et US 5934612) , lesdites turbines 5 étant principalement destinées à générer des contrevortex et permettant, dans certaines configurations, d'utiliser une partie de l'énergie des vortex engendrés par le déplacement de l'appareil pour l'alimentation de dispositifs électriques de l'avion; 10 à la mise en òuvre d'éléments fixes ou mobiles sur les ailes, lesdits éléments étant destinés à perturber l'écoulement de l'air au niveau desdites ailes de manière à réduire et/ou empêcher la formation et la coalescence desdits vortex (voir, par exemple, et de 15 manière non exhaustive, les documents US 4017041 et US 4190219). De tels dispositifs ne sont toutefois pas transposables à des véhicules automobiles, tant par leurs dimensions que par leurs conditions de 20 fonctionnement, les masses et vitesses de déplacement des véhicules concernés étant sensiblement différents. Dans le domaine automobile, un certain nombre de dispositifs ont été proposés, tant pour des véhicules de type poids lourd tractant des remorques que pour 25 des véhicules particuliers. Une première solution (présentée dans le document US 3971586, par exemple) consiste en la mise en oeuvre de plaques incurvées de grandes dimensions disposées sensiblement verticalement entre un véhicule tracteur 30 et sa remorque, de manière à supprimer le vortex créé entre ledit véhicule tracteur et ladite remorque lors du déplacement de l'ensemble. Un tel dispositif est toutefois fixe, entraîne un alourdissement de l'ensemble du véhicule, et, s'il permet une réduction 35 des vortex engendrés lors du déplacement de l'ensemble, ne permet pas, du fait de son immobilité, la destruction complète desdits vortex dans toutes les conditions de circulation. Le document US 6378932 présente une transposition d'un tel dispositif à un 5 véhicule particulier, dans lequel des plaques rigides sont fixées à l'arrière et/ou sur les contours arrières dudit véhicule afin de réduire et/ou détruire les vortex générés lors du déplacement dudit véhicule, lesdites plaques pouvant être orientées en fonction 10 des conditions de circulation au moyen d'un système commandé par le conducteur dudit véhicule, et lesdites plaques étant également associées à des dispositifs d'aspiration et de rejet de l'air en différents points du véhicule de manière à augmenter l'efficacité de 15 l'ensemble de réduction de la traînée aérodynamique dudit véhicule. Un tel système impose toutefois des contraintes sur le design du véhicule, et présente, dans certains cas, un encombrement néfaste à l'esthétique dudit véhicule. Par ailleurs, il permet, 20 là encore, de réduire les vortex engendrés lors des déplacements du véhicule, sans les détruire totalement dans toutes les conditions de circulation. Une autre solution est la modification globale de la géométrie du véhicule, de manière à modifier 25 l'écoulement de l'air lors du déplacement dudit véhicule. Parmi les solutions proposées dans cette voie, le document JP 2000168632 présente, par exemple, un véhicule équipé d'un anneau arrière permettant de modifier l'écoulement de l'air de 30 manière à ce que le vortex engendré par le déplacement dudit véhicule soit concentré et repris dans le sens du déplacement dudit véhicule par ledit anneau, améliorant ainsi la propulsion dudit véhicule. Un tel système, s'il permet de canaliser le vortex engendré 35 par le déplacement du véhicule et d'utiliser une partie de son énergie afin de réduire la traînée aérodynamique dudit véhicule, n'a toutefois pas pour but de détruire ledit vortex. La mise en oeuvre d'un tel dispositif impose par ailleurs des contraintes lourdes et évidentes sur le design du véhicule. Une modification plus légère de la géométrie du véhicule est proposée par le document DE 4026518, dans lequel le véhicule concerné comporte, dans ses montants latéraux arrières, un ensemble de fentes, 10 lesdites fentes constituant un conduit d'air lors du déplacement du véhicule, et limitant ainsi la génération de vortex au niveau des arêtes desdits montants latéraux arrière lors du déplacement dudit véhicule. Le dispositif de réduction du vortex est ici 15 intégré au design du véhicule et est relativement peu visible, mais présente les inconvénients principaux d'une géométrie et d'une orientation fixes, pouvant diminuer son efficacité dans certaines conditions de circulation. La présente invention a pour but de réaliser un dispositif pour la réduction de la traînée aérodynamique d'un véhicule, ledit dispositif agissant sur les structures tourbillonnaires longitudinales, ou vortex, générées par le déplacement dudit véhicule, 25 ledit dispositif n'engendrant pas ou très peu de contraintes sur le design dudit véhicule, ne présentant pas les inconvénients des systèmes précités, et pouvant permettre une destruction plus efficace des vortex engendrés lors du déplacement 30 dudit véhicule dans toutes les conditions de circulation. L'invention atteint son but grâce à un dispositif pour la réduction de la traînée aérodynamique d'un véhicule terrestre en déplacement, ledit déplacement 35 engendrant localement, au voisinage de la carrosserie dudit véhicule, des structures tourbillonnaires longitudinales, ledit dispositif permettant d'engendrer, à son voisinage, une structure tourbillonnaire modifiant au moins partiellement la 5 structure tourbillonnaire longitudinale locale, caractérisé en ce que le dispositif comprend au moins une plaque rigide génératrice de vortex disposée en saillie sur la carrosserie dudit véhicule, l'épaisseur de la plaque étant au maximum de l'ordre de quelques 10 millimètres, et la dimension la plus importante de la plaque étant au maximum de l'ordre de quelques centimètres. On s'est en effet aperçu selon l'invention qu'il était possible, au moyen de générateurs de vortex de si petites dimensions, en les 15 plaçant à des endroits choisis, d'engendrer une structure tourbillonnaire dont la rotation et l'intensité ou bien, selon une première forme de réalisation o la structure est contretourbillonnaire, réduisent ou détruisent la structure tourbillonnaire 20 longitudinale locale créée lors du déplacement dudit véhicule ou bien, selon une autre forme de réalisation o la structure est cotourbillonnaire, amplifient le tourbillon existant pour mieux interagir avec une structure tourbillonnaire aval dans le voisinage du 25 vortex pour s'y opposer. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, un ou plusieurs éléments du type précité sont associés afin de former un ensemble permettant la réduction de la traînée aérodynamique du véhicule. De manière particulièrement avantageuse, la ou les plaques sont escamotables dans la carrosserie du véhicule, grâce par exemple à des orifices de passage prévus dans celle-ci et un mécanisme de déploiement de plaque. Ainsi, le dispositif n'est mis en oeuvre que lorsque les conditions de conduite et d'environnement le rendent utile. De manière particulièrement avantageuse, la ou les plaques sont orientables, de façon à ajuster au mieux 5 leur action aux conditions extérieures telles que la vitesse du vent et notamment le vent latéral. Avantageusement, la carrosserie dudit véhicule est équipée d'une doublure, ladite doublure accueillant, au niveau de chacun desdits orifices, un système 10 mécanique permettant un mouvement de translation dudit élément positionné au niveau dudit orifice dans une direction sensiblement perpendiculaire au plan défini localement par ledit orifice dans ladite carrosserie, et permettant ainsi de définir une position déployée, 15 une position repliée, et un ensemble de positions intermédiaires dudit élément. Avantageusement, dans leur position repliée, chacun desdits éléments selon l'invention est intégré à ladite doublure et affleure la carrosserie dudit 20 véhicule. L'invention présente en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - ladite doublure de ladite carrosserie accueille, au niveau de chacun desdits orifices, un système 25 mécanique permettant la rotation de chacun desdits éléments autour d'un axe sensiblement perpendiculaire au plan défini localement par ledit orifice, - lesdits mouvements de translation et de rotation 30 de chacun desdits éléments sont commandés à partir d'informations sur les pressions pariétales obtenues à partir de capteurs spécifiques répartis sur ledit véhicule, - lesdits éléments sont placés sur les montants 35 latéraux arrière dudit véhicule, 7 2848521 lesdits éléments sont placés, notamment sur les montants latéraux avant dudit véhicule, - lesdits éléments sont placés sur le contour, notamment sur le haut, de la lunette arrière dudit véhicule. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est un schéma de principe figurant, sur s10 le montant latéral avant droit d'un véhicule, un dispositif de réduction de la traînée aérodynamique incluant un selon l'invention, et montrant les directions et sens respectifs de l'écoulement de l'air et du vortex généré par l'élément selon 15 l'invention,. - la figure 2 présente un détail de la carrosserie d'un véhicule comportant un dispositif de réduction de la traînée aérodynamique selon l'invention - la figure 3 est une vue de principe montrant la 20 structure tourbillonnaire engendrée dans un écoulement de vitesse V0 par un dispositif conforme à l'invention, et - la figure 4 et la figure 5 sont des vues sensiblement selon la direction V0 montrant la superposition et le 25 sens de rotation des structures tourbillonnaires représentées en figure 1, selon les deux modes de réalisation principaux. La figure 1 représente schématiquement un véhicule 2 avançant à la vitesse Vl, sur une ou des 30 parties duquel on a installé un ou. plusieurs dispositifs escamotables générateurs de vortex conformes à l'invention, tel que le dispositif 1. Les parties principalement concernées sont les montants latéraux de pare-brise 8, et notamment leur pied, les parties latérales de lunettes arrière 7, et le haut de lunette arrière 9. Le ou les dispositifs 1 peuvent être disposés sur l'une ou l'autre ou plusieurs de ces parties; chacune de ces 5 parties peut recevoir un ou plusieurs dispositifs 1. La commande d'escamotage des dispositifs d'une même partie, par exemple le long d'un montant latéral de pare-brise 8, est généralement commune à tous les dispositifs situés sur cette partie; en revanche, les 10 dispositifs situés sur des parties différentes peuvent recevoir des commandes différentes. Le déplacement des dispositifs et leur orientation sont différents en fonction des conditions de circulation et des conditions d'environnement. Le ou les éléments 15 générateurs de vortex 1 sont soumis à un écoulement d'air dont le sens et la vitesse locale sont matérialisés par la flèche VO, résultant du vent réel et du vent relatif créé par la vitesse V1 de la voiture. A l'emplacement choisi pour l'implantation du dispositif 1, la carrosserie du véhicule engendre dans l'écoulement V0 un vortex représenté par la structure tourbillonnaire B sur la figure 1 et la figure 4, tournant par exemple dans le sens trigonométrique. Un élément 1 placé dans un écoulement Vo est, par sa géométrie, de nature à engendrer un vortex A, destiné à s'opposer et à annuler au moins en partie le tourbillon B. Le vortex A tourne donc en sens inverse du tourbillon B, comme le montrent les figures 1 et 4, 30 la structure créée est contretourbillonnaire. Alternativement, le vortex A peut tourner dans le même sens que le vortex B, comme le montre la figure 5. Dans ce cas, le vortex cotourbillonnaire permet l'amplification d'un tourbillon existant pour interagir avec une structure tourbillonnaire aval dans le voisinage du vortex pour s'y opposer. Le nombre, la taille, la forme, et l'orientation du ou des éléments 1 par rapport à la direction VO de 5 l'écoulement de l'air permettent de régler l'atténuation ou l'annulation de la structure tourbillonnaire B et donc permettent de réduire la traînée du véhicule. La forme de l'élément 1 est de préférence celle 10 d'une plaque, notamment triangulaire, de faible épaisseur (de préférence inférieure ou égale à un millimètre) et de petites dimensions (sa plus grande dimension est de préférence de l'ordre de quelques centimètres seulement). L'élément 1 est monté de manière à être escamotable, de façon que la carrosserie ne présente pas de saillie dangereuse lorsque le véhicule est à l'arrêt ou à faible vitesse, alors qu'il est inutile de réduire la traînée du véhicule. La figure 2 présente un détail de construction de la carrosserie 3 d'un véhicule, par exemple au niveau d'un montant de pare-brise 8, équipée d'un générateur de vortex escamotable 1, sous forme de plaque triangulaire. En variante non représentée, le 25 générateur de vortex a une forme de plaque trapézodale. Un orifice 4, de forme adaptée à la forme du générateur 1, par exemple en forme. de lumière allongée, est ménagé dans la carrosserie 3, pour 30 laisser le passage au générateur 1. Le générateur 1 est porté par un support 10, tel qu'un axe, lié à un actionneur 11 permettant par exemple un mouvement de translation de l'axe 10 et du générateur 1 selon la double flèche 6 et éventuellement une rotation de 35 l'axe 10 et du générateur 1, selon un angle a. L'actionneur 11 est commandé par un calculateur 12 recevant d'une part des ordres d'un dispositif de commande marche/arrêt 14, manoeuvré par le conducteur, et d'autre part, des informations provenant d'un 5 ensemble de capteur 13 pour la mesure de paramètres extérieurs tels que le vent latéral, un dépassement, un coup de vent, etc. L'interrupteur 14 permet donc d'activer ou de déconnecter tout ou partie des générateurs de vortex 1 distribués à la surface du 10 véhicule. Le déploiement de chaque générateur de vortex 1 est piloté par le calculateur 12 et s'effectue lorsque la vitesse de déplacement du véhicule devient au moins égale à la vitesse pour laquelle la contribution de la traînée aérodynamique 15 est considérée comme prépondérante sur la consommation du véhicule. Une temporisation permet d'éviter des déploiements répétés. Il devient ainsi possible d'atteindre, dans tous les cas, la destruction complète ou partielle des structures tourbillonnaires 20 locales engendrées par le déplacement du véhicule. La configuration des générateurs 1 permet également leur utilisation pour contrôler et améliorer la stabilité dynamique du véhicule 2 lors des phases transitoires de dépassement, de croisement, d'entrée 25 et/ou de sortie de tunnel en présence de vent latéral ou de coup de vent latéral. Pour des raisons de sécurité et d'esthétique, le générateur 1 dans sa position repliée, est intégré à une doublure 3' de la carrosserie et affleure 30 l'orifice 4. Le dispositif mécanique 10, 11 peut être également, au moins en partie, intégré dans la doublure de la carrosserie. Revendications 1. Dispositif pour la réduction de la traînée 5 aérodynamique d'un véhicule terrestre (2) en déplacement, ledit déplacement engendrant localement, au voisinage de la carrosserie (3) dudit véhicule (2), des structures tourbillonnaires longitudinales (B), ledit dispositif permettant d'engendrer, à son 10 voisinage, une structure tourbillonnaire (A) modifiant au moins partiellement la structure tourbillonnaire longitudinale locale (B), caractérisé en ce que le dispositif comprend au moins une plaque rigide (1) génératrice de vortex disposée en saillie sur la 15 carrosserie (3) dudit véhicule (2), l'épaisseur de la plaque étant au maximum de l'ordre de quelques millimètres, et la dimension la plus importante de la plaque étant au maximum de l'ordre de quelques centimètres. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque (1) génératrice de vortex engendre une structure contretourbillonnaire (A). 3. Dispositif selon la revendication 1, 25 caractérisé en ce que la plaque (1) génératrice de vortex engendre une structure cotourbillonnaire (A). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que. la plaque (1) est de forme sensiblement triangulaire. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la plaque (1) est de forme sensiblement trapézodale. 6. Véhicule terrestre, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif selon l'une quelconque des 35 revendications 1 à 5. 7. Véhicule terrestre selon la revendication 6, caractérisé en ce que la plaque (1) est escamotable dans la carrosserie (3) du véhicule. 8. Véhicule terrestre selon l'une quelconque des 5 revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que la plaque (1) est susceptible de prendre une position déployée orientable. 9. Véhicule terrestre selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que lesdits 10 éléments (1) sont placés sur les montants latéraux arrière (7) dudit véhicule (2). 10. Véhicule terrestre selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que lesdits éléments (1) sont placés sur les montants latéraux 15 avant (8) dudit véhicule. 11. Véhicule terrestre selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que lesdits éléments (1) sont placés sur le contour de la lunette arrière (9) dudit véhicule (2).