Brevet FR2896757A3 — publié le 20070803

FR 2896757 A3 20070803 FR 0650370 A 20060202 -1- DISPOSITIF AERODYNAMIQUE DE VEHICULE AUTOMOBILE ADAPTE A ETRE INTEGRE DANS UN ELEMENT DE CARROSSERIE La présente invention se rapporte à un dispositif aérodynamique de véhicule automobile adapté à être intégré dans un élément de carrosserie du véhicule. Elle concerne en particulier un tel dispositif qui comporte un panneau externe délimitant un orifice et une chambre dont le volume est variable. Un tel dispositif est décrit dans le document FR2859160 dans lequel il y a deux orifices opposés pour un même actionneur. Le dispositif selon FR2859160 est destiné à générer des flux d'air à travers les orifices pour réduire la traînée aérodynamique du véhicule lorsqu'il est en mouvement, en contrôlant des écoulements d'air sur la carrosserie. Ce contrôle constitue un moyen efficace pour diminuer la résistance au déplacement dans l'air et par conséquent, pour réduire la consommation énergétique dudit véhicule. En outre ce contrôle peut être utilisé pour améliorer la stabilité dynamique du véhicule. En effet, lorsqu'un véhicule automobile est entraîné en mouvement dans l'air au niveau du sol, des contraintes qui résultent d'actions aérodynamiques de contact, s'exercent sur la surface externe des parois. Ces actions aérodynamiques se décomposent en deux, des premières actions aérodynamiques d'origine visqueuse et turbulente et des secondes actions aérodynamiques de pression. Bien que les premières soient essentiellement liées à la formation des couches limites qui se développent à la surface des parois et les secondes à la géométrie du véhicule, elles sont néanmoins fortement liées entre elles. La somme de ces actions aérodynamiques de pression et de frottements se traduit par la traînée aérodynamique dont la réduction permet de diminuer la résistance au déplacement du véhicule dans l'air. -2- Dans le document FR2859160, la réduction de la traînée est effectuée par l'actionneur qui déplace à coulissement un organe tubulaire monté à coulissement dans un évidement cylindrique. L'organe tubulaire est entraîné alternativement en translation pour faire varier alternativement le volume de chambres à chaque extrémité de l'organe tubulaire, chaque chambre communiquant avec des fentes formant les orifices pour générer les flux d'air. L'actionneur selon FR2859160 peut être volumineux, ce qui pose des problèmes pour l'intégration dans un véhicule à des emplacements où la place disponible est comptée, surtout s'il faut implanter plusieurs dispositifs. Le document EP0315806 décrit un dispositif aérodynamique à électro aimant qui présente pour inconvénient d'avoir une certaine inertie et qui peut aussi être volumineux. Le document WO99/26457 décrit un dispositif miniature à jet synthétique pour appareil électronique, pour une aération ponctuelle de composant. Il ne permet pas d'agir sur une grande surface telle qu'une surface de véhicule automobile. L'invention vise à améliorer les diverses solutions proposées ci-dessus. L'invention a pour objet un dispositif aérodynamique de véhicule automobile adapté à être intégré dans un élément de carrosserie du véhicule, le dispositif comportant un panneau externe délimitant un orifice et une chambre dont le volume est variable. Le dispositif selon l'invention comporte une pluralité de membranes dont un mouvement est animé par réaction d'un matériau de la membrane à l'application d'une tension électrique, les membranes étant intégrées au moins à une paroi qui délimite la chambre. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention qui peuvent être prises séparément ou en combinaison : - le matériau de la membrane comporte un matériau polymère électro actif ou piézo électrique, - l'orifice est une fente ou est circulaire, -3- - la membrane est sensiblement perpendiculaire au panneau délimitant l'orifice, - le dispositif comporte deux membranes parallèles de part et d'autre de l'orifice, - chaque chambre comporte une pluralité d'orifices, L'invention a également pour objet un véhicule qui comporte au moins un dispositif selon l'invention. Le dispositif est un dispositif de contrôle de l'écoulement de l'air autour du véhicule adapté à générer des flux d'air à travers les orifices de manière à réduire la traînée aérodynamique du véhicule lorsqu'il est en mouvement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante des modes de réalisation non limitatifs de celle-ci, en liaison avec les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective de trois quart arrière et de dessus d'un véhicule comportant un dispositif selon l'invention, - la figure 2 est une section pour apprécier le fonctionnement d'un dispositif selon l'invention, - la figure 3 est une vue en perspective en éclaté d'un premier mode de réalisation de dispositif selon l'invention, - la figure 4 est une coupe du dispositif de la figure 3, - la figure 5 est une vue en perspective du dispositif de la figure 3, - les figures 6 et 7 sont des vues en perspective de divers modes de réalisation de dispositifs selon l'invention. Dans la description qui va suivre, la direction désignée L est la direction longitudinale correspondant à l'axe d'avancement d'un véhicule, la direction désignée T est transversale, la direction désignée V est verticale. L'axe L est orienté de l'avant vers l'arrière du véhicule, l'axe T de la gauche vers la droite et l'axe V du bas vers le haut. Selon l'invention, un véhicule 10 automobile est équipé de dispositifs 20 intégrés dans un élément de carrosserie, ici le pavillon -4- du véhicule. Il y a un ensemble de dispositifs 20, à proximité du pare brise et un ensemble de dispositifs 20 à proximité de la lunette arrière. Chaque dispositif est situé à un emplacement où l'air est susceptible de s'écouler au voisinage de la surface externe 22 du pavillon en formant une couche limite comprise entre une lame d'air fortement perturbée proche de la surface externe 22 et une lame d'air non perturbée éloignée de la surface externe 22, lorsque le véhicule automobile est en mouvement. Chaque dispositif, assemblé au pavillon, présente une portion 10 de la surface externe 22 sur un panneau externe 24 délimitant un orifice 26 de jet synthétique. Chaque dispositif comporte une chambre 30 dont le volume est variable par le mouvement des membranes 32, la chambre étant ouverte au niveau de l'orifice 26. Ici, chaque dispositif comporte au 15 repos une chambre parallélépipédique rectangle. Selon l'invention, chaque dispositif 20 comporte au moins un orifices 26. Afin de proposer un dispositif compact, la membrane 32 est placée directement sur au moins une des parois qui délimite la 20 chambre 30. Le mouvement de la membrane 32 est animé par réaction d'un matériau de la membrane à l'application d'une tension électrique. Lorsque la membrane 32 est actionnée en appliquant une 25 tension électrique (générateur non représenté), il y a un déplacement radial et transversal de la membrane, qui se traduit par une flexion périodique, qui crée un jet d'air composé de structures tourbillonnaires 40 à travers l'ouverture, ce qui permet de contrôler l'écoulement extérieur 42. Le jet est appelé jet synthétique. 30 Le principe de fonctionnement ci-dessus d'un dispositif selon l'invention est illustré de façon schématique à la figure 2. Sur cette figure, la membrane 32 est sur la paroi de fond de la cavité 30 qui est sensiblement parallèle au panneau délimitant l'orifice, à distance de ce dernier. -5- Dans un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, le matériau de chaque membrane comporte un matériau polymère électro actif, du type connu par l'homme du métier dans le document US2003/0214199. Le principe de fonctionnement est l'application d'une tension aux bornes d'électrodes déposées sur une couche de polymère isolant, la tension continue induisant une différence de potentiel entre les deux électrodes et une déformation du polymère. Les avantages d'une membrane avec polymère électro actif sont les suivants : grande capacité de déformation, fonctionnement à haute et basse fréquence et dans une large gamme de température, fonctionnement silencieux, grande énergie spécifique (supérieure à celle des matériaux électro céramiques ou des alliages à mémoire de forme), temps de réponse de l'ordre de la milliseconde, faible coût de production. Dans un autre mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, le matériau de la membrane comporte un matériau piézo électrique, du type connu par l'homme du métier dans le document WO99/26457. Selon l'invention, une céramique piézo électrique est collée sur un support métallique formant la membrane. L'avantage d'une membrane piézo électrique selon l'invention est qu'elle assure un régime linéaire de fonctionnement jusque dans les hautes fréquences (autour du KHz) dans une large gamme de température, avec un temps de réponse rapide de l'ordre de la milliseconde. Sa consommation d'énergie est minimale comparée à celle consommée par des actionneurs de type électro aimant agissant sur un piston. Sa masse est très faible, tout comme son coût et son encombrement. La vitesse du jet en sortie de l'orifice est fonction de la tension d'alimentation de la membrane piézo électrique. Ce type de dispositif est suffisamment compact pour être intégré dans un pavillon de véhicule. Selon l'invention, le dispositif aérodynamique comporte une pluralité de membranes, comme représenté aux figures 3 à 7. Dans les modes de réalisation représentés aux figures 6 et 7, la paroi présentant les membranes 32 est sensiblement -6- perpendiculaire au panneau 24 délimitant l'orifice 26 ou les orifices 26. Dans le mode de réalisation représenté aux figures 3 à 5, les membranes 32 formant paroi sont sensiblement perpendiculaire au panneau 24 délimitant l'orifice 26 ou les orifices 26. Dans les modes de réalisation représentés aux figures 6 et 7, la chambre est sensiblement trois fois plus longue que large et haute. Il est possible que la chambre soit encore plus longue par rapport à sa hauteur et sa largeur. Les membranes de chaque dispositif sont alimentées en phase dans le cas des modes de réalisation des figures 6 et 7, les membranes étant alignées sur une même paroi. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 6, la chambre 30 comporte une pluralité d'orifices. Les orifices sont de section circulaire et sont alignés sur la longueur du panneau 24 de la chambre. Dans le cas du mode de réalisation des figures 3 à 5, le dispositif comporte deux parois 32A parallèles porteuse de membrane 32. Ces parois porteuses 32A sont perpendiculaires au panneau 24. Ces parois sont montées dans un cadre 50 de section sensiblement carrée, de côté sensiblement égal à 50 millimètres, et de hauteur sensiblement égale à 25 millimètres. Le cadre 50 comporte le panneau 24. Les deux parois 32A porteuses de membrane 32 sont vissées sur le cadre. La chambre 30 est délimitée par le cadre 50 à sa périphérie et par chacune des parois porteuse 32A de membrane 32. L'orifice débouche dans la chambre 30 entre les deux parois porteuses, qui en s'éloignant font aspirer de l'air par l'orifice et en se rapprochant font éjecter de l'air par l'orifice, de manière à créer le jet synthétique. Dans le mode de réalisation des figures 3 à 5, les membranes sont alimentées en opposition de phase. REVENDICATIONS 1) Dispositif aérodynamique de véhicule automobile adapté à être intégré dans un élément de carrosserie du véhicule, le dispositif comportant un panneau externe (24) délimitant un orifice (26) et une chambre (30) dont le volume est variable, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de membranes (32) dont un mouvement est animé par réaction d'un matériau de la membrane à l'application d'une tension électrique, les membranes étant intégrées au moins à une paroi qui délimite la chambre (30). 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de la membrane (32) comporte un matériau polymère électro actif. 3) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de la membrane (32) comporte un matériau piézo électrique. 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'orifice (26) est une fente. 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'orifice (26) est circulaire. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la membrane (32) est sensiblement perpendiculaire au panneau délimitant l'orifice (26). 7) Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte deux membranes (32) parallèles de part et d'autre de l'orifice (26). 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre (30) comporte une pluralité d'orifices (26). 9) Véhicule automobile comportant au moins un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif (20) est un dispositif de contrôle de l'écoulement de l'air autour du véhicule adapté à générer des flux d'air à travers les orifices (26) de manière à réduire la traînée aérodynamique du véhicule lorsqu'il est en mouvement.