Brevet FR2901530A1 — publié le 20071130

soufflage et d'aspiration sur la paroi du véhicule, de part et d'autre du coeur tourbillonnaire. Un tel dispositif peut toutefois être difficile à mettre en oeuvre sur certains véhicules en raison de l'encombrement des circuits d'aspiration et de soufflage d'air. De plus, un tel dispositif est sujet aux salissures et bouchages des orifices d'aspiration et de soufflage. Le document EP 1 506 911 décrit également un système de réduction des efforts aérodynamiques utilisant des moyens d'aspiration d'air en amont des zones tourbillonnaires et des moyens de soufflage de l'air aspiré en aval de la zone tourbillonnaire pour contrôler l'écoulement de l'air au niveau de la partie arrière du véhicule automobile. Ce type de dispositif présente les mêmes inconvénients que le précédent. L'invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un dispositif simple à mettre en oeuvre, permettant de déstructurer ou d'éclater les tourbillons longitudinaux qui apparaissent au niveau des montants latéraux de pare-brise et de lunette arrière d'un véhicule automobile afin de réduire les efforts et les fluctuations de pression et ainsi de réduire la traînée aérodynamique d'un véhicule. A cet effet, l'objet de l'invention concerne un dispositif de contrôle d'une structure tourbillonnaire de sillage apparaissant aux parois de véhicules automobiles en mouvement, ladite structure tourbillonnaire s'étendant longitudinalement autour d'un axe longitudinal, caractérisé en ce qu'il comprend un élément longitudinal présentant une symétrie de révolution autour de son axe longitudinal, et en ce qu'il comprend des moyens de réglage de la longueur et de la position de l'élément longitudinal afin d'aligner sensiblement l'axe de l'élément avec l'axe de ladite structure tourbillonnaire et de régler la longueur de l'élément afin que sa longueur soit suffisante pour provoquer la déstructuration et/ou l'éclatement de la structure tourbillonnaire. L'élément longitudinal du dispositif selon l'invention engendre une modification des profils de vitesse longitudinale de la structure tourbillonnaire menant à sa destruction et/ou son éclatement. La présente invention présente l'avantage de ne pas comporter de systèmes d'aspiration et/ou de soufflage, qui peuvent être difficiles à mettre en oeuvre sur un véhicule en raison des pertes de charge importantes dans les circuits d'air, de l'encombrement des pompes de soufflage et d'aspiration, des salissures et bouchages des orifices d'aspiration et/ou de soufflage. L'invention permet également de réduire les coûts matériels et énergétiques par rapport à de tels systèmes, ainsi que les volumes et les masses nécessaires à son implantation. Le dispositif selon l'invention permet également d'améliorer les performances aéro-acoustiques d'un véhicule. Avantageusement, l'élément longitudinal présente un rayon maximal voisin du rayon de ladite structure tourbillonnaire, afin de provoquer l'apparition d'un éclatement dans le coeur de la structure tourbillonnaire. Avantageusement, le dispositif comprend des moyens de mise en rotation dudit élément longitudinal autour de son axe. La rotation de l'élément longitudinal entraîne l'air en mouvement autour de l'élément, c'est-à-dire au voisinage du coeur de la structure tourbillonnaire, ce qui favorise et accélère la déstructuration et/ou l'éclatement de la structure tourbillonnaire. De préférence, l'élément longitudinal est pourvu d'une rainure hélicoïdale disposée sur sa surface externe. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, l'élément longitudinal est cylindrique, une de ses extrémités étant fixée au véhicule sensiblement au niveau du point d'apparition de la structure tourbillonnaire. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, l'élément longitudinal est conique, au moins son extrémité de plus faible diamètre étant déplaçable le long de l'axe longitudinal de la structure tourbillonnaire. Avantageusement, le dispositif selon l'invention comprend des capteurs de pression destinés à être disposés sur les parois du véhicule à proximité de l'axe de la structure tourbillonnaire afin de détecter une variation de la position du tourbillon, un moyen de commande relié aux capteurs et aux moyens de réglage et, le cas échéant, de mise en rotation de l'élément longitudinal, afin de régler la longueur et la position et, le cas échéant de mettre en rotation, l'élément longitudinal. L'invention concerne également un procédé de contrôle d'un dispositif selon l'invention pourvu de capteurs, caractérisé en ce qu'il comprend un contrôle en boucle de l'élément longitudinal dans lequel : - on mesure les pressions au niveau de chaque capteur, - on détermine si chaque pression mesurée est en dessous ou au dessus de pressions cibles prédéterminées en fonction des conditions de roulement du véhicule, - on commande les moyens de réglage, et le cas échéant les moyens de mise en rotation, de l'élément longitudinal afin que les pressions mesurées convergent vers les pressions cibles. L'invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels : - la figure 1 est une vue partielle de la lunette arrière d'un véhicule de géométrie simplifiée, équipé d'un dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 représente la structure d'un tourbillon longitudinal ; - les figures 3 et 4 sont des vues de côté et de dessus du véhicule schématisé figure 1 ; - la figure 5 est une vue similaire à celle de la figure 1, sur laquelle l'élément longitudinal est en rotation ; - la figure 6 représente une vue agrandie partielle d'une variante de réalisation de l'élément longitudinal représenté sur les figures 1 et 5 ; - la figure 7 représente une vue partielle de la lunette arrière d'un véhicule de géométrie simplifiée, équipé d'un dispositif selon une deuxième variante de réalisation de l'invention. L'invention va être décrite en référence aux figures, pour une géométrie simplifiée de véhicule bi-corps équipé d'un dispositif selon l'invention. Plus précisément, la figure 1 représente la lunette arrière 1, une paroi latérale 2, et le pavillon 3 d'un véhicule équipé d'un dispositif de contrôle d'une structure tourbillonnaire 4 de sillage apparaissant aux parois du véhicule en mouvement. Cette structure tourbillonnaire est représentée sur la figure 2. Des analyses topologiques réalisées sur la lunette arrière d'une telle géométrie simplifiée de véhicule permettent d'étudier la structure des tourbillons longitudinaux 4, à partir de techniques de visualisations pariétales (GILLIERON, P., LAURENT, j et CHOMETON, F. (2000), "analyse des écoulements de culot par vélocimétrie laser" application à l'automobile, 7ème Congrès de Vélocimétrie Laser, 19-22 septembre 2000) et de simulation numérique (LEHUGEUR, B., GILLIERON, P. 8v TA-PHOC, L. (2005) "Characterization of longitudinal vortices in the wake of a simplified model" AIAA paper, N 2005-5383 Toronto). La figure 2 représente une telle structure tourbillonnaire 4 s'étendant longitudinalement autour d'un axe longitudinal 5, ainsi que son sens de rotation représenté par les flèches sur la figure 2. A proximité de la lunette arrière 1, l'axe 5 du tourbillon longitudinal 4 est quasi stationnaire, et son inclinaison par rapport à la lunette arrière 1 peut être estimée. Ainsi, pour un véhicule bi-corps du type représenté sur les figures, les angles a, (3 de l'axe 5 du tourbillon longitudinal par rapport au plan de la lunette arrière 1 (figure 3) et au plan de la paroi latérale adjacente 2 (figure 4) sont respectivement voisins de a = 7 et (3 = 5 (LEHUGEUR et al, AIAA (2005)). Selon l'invention, le dispositif de contrôle comprend un élément longitudinal 6 présentant une symétrie de révolution autour de son axe longitudinal. Le dispositif de contrôle comprend également des moyens de réglage 8 de la longueur et de la position de l'élément longitudinal 6 afin d'aligner sensiblement l'axe de l'élément avec l'axe 5 de ladite structure tourbillonnaire et de régler la longueur de l'élément afin que sa longueur soit suffisante pour provoquer la déstructuration et/ou l'éclatement de la structure tourbillonnaire. Idéalement, le rayon de l'élément longitudinal 6 est voisin du rayon de la structure tourbillonnaire 4, généralement de l'ordre du centimètre. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 6 l'élément longitudinal 6 est cylindrique, une de ses extrémités 6a étant fixée au véhicule sensiblement au niveau du point d'apparition 7 de la structure tourbillonnaire 4. L'axe de l'élément longitudinal 6 étant aligné avec l'axe 5 de la structure tourbillonnaire, sa présence au coeur de cette dernière engendre des modifications des profils de vitesse longitudinale du tourbillon et initie la formation d'un sillage dans le coeur de la structure tourbillonnaire au niveau de l'extrémité libre 6b de l'élément longitudinal, pour provoquer la déstructuration de cette structure. La structure tourbillonnaire 4 peut ainsi être déstructurée en déployant suffisamment l'élément longitudinal 6 pour que son extrémité libre 6b provoque une déstructuration. A cet effet, l'élément longitudinal 6 peut par exemple être télescopique, et les moyens de réglage peuvent comprendre un moteur, par exemple un moteur électrique, commandant le déploiement de l'élément longitudinal 6. La déstructuration de la structure tourbillonnaire s'accompagne d'une remontée de la pression statique au niveau de la paroi du véhicule, c'est-à-dire au niveau de la paroi de la lunette arrière dans l'exemple représenté sur les figures, associée à une réduction de la traînée aérodynamique, de l'ordre de 4% pour une géométrie simplifiée de véhicule bi-corps. Avantageusement, le dispositif de contrôle selon l'invention comprend des capteurs de pression 9 destinés à être disposés sur les parois du véhicule à proximité de l'axe 5 de la structure tourbillonnaire (figure 1) afin de détecter une variation de la position du tourbillon, un moyen de commande 10 relié aux capteurs et aux moyens de réglage 8. Un contrôle en boucle fermée de l'élément longitudinal permet par exemple d'adapter la position et la longueur de l'élément longitudinal en fonction des conditions de roulement du véhicule, tel que cela sera décrit plus en détail ultérieurement. Dans une variante non représentée, l'élément longitudinal 6 peut être conique, sa pointe étant fixée au véhicule. Dans une autre variante représentée figure 5, le dispositif de contrôle selon l'invention comprend des moyens de mise en rotation 11 dudit élément longitudinal autour de son axe, tel qu'un moteur électrique par exemple. Il est alors possible de faire tourner l'élément longitudinal dans le sens opposé au sens de rotation de la structure tourbillonnaire, ce qui favorise sa déstructuration, tel que représenté figure 5. Ce moyen de mise en rotation peut être relié à des moyens de commande. La vitesse de rotation de l'élément longitudinal est comprise entre 0,5 fois et 2 fois la vitesse de rotation de la structure tourbillonnaire, elle-même de l'ordre de 400 tours/min environ. Dans la variante représentée sur la figure 6, l'élément longitudinal 6 est pourvu d'une rainure hélicoïdale 12 disposée sur sa surface latérale externe. Une telle rainure est destinée à améliorer l'entraînement par rotation des filets de fluide au voisinage du coeur de la structure tourbillonnaire, ce qui permet d'accélérer sa déstructuration. Dans une deuxième variante de réalisation représentée sur la figure 7, l'élément longitudinal 6' est conique, son extrémité 6'a de plus faible diamètre étant déplaçable le long de l'axe longitudinal 5 de la structure tourbillonnaire. Ainsi, l'extrémité 6'a pointe en direction du point 7 d'apparition de la structure tourbillonnaire. Un tel élément longitudinal conique provoque artificiellement l'apparition d'un. point d'arrêt au niveau de la pointe 6'a de l'élément conique, dans le coeur de la structure tourbillonnaire, ce point d'arrêt initiant la formation d'une bulle de recirculation au voisinage de l'axe 5 de la structure tourbillonnaire, provoquant la déstructuration et/ou l'éclatement de cette dernière. Dans l'exemple représenté sur la figure 7, l'élément longitudinal conique 6' est supporté par un bras 13 fixé sur le bas de la lunette arrière. Dans cet exemple, l'élément longitudinal conique 6' est télescopique, et relié au bras 13 du côté de son extrémité de plus grand diamètre. Il est alors possible en déployant l'élément longitudinal, de faire remonter la pointe 6'a de cet élément vers le haut de la lunette arrière, le long de l'axe 5 de la structure tourbillonnaire. Dans une variante non représentée, l'élément longitudinal pourrait être supporté par un bras fixé de la même manière à l'élément longitudinal, mais pouvant coulisser le long de la lunette au moyen d'un rail disposé sous cette dernière. Il est également possible de faire tourner sur lui-même un tel élément longitudinal, pourvu ou non d'une rainure hélicoïdale sur sa surface latérale, afin de favoriser la déstructuration et/ou l'éclatement de la structure tourbillonnaire. Avantageusement, le dispositif selon l'invention est mis en oeuvre au moyen d'un procédé de contrôle en boucle de l'élément longitudinal dans lequel : - on mesure les pressions au niveau de chaque capteur 9, - on détermine si chaque pression mesurée est en dessous ou au dessus de pressions cibles prédéterminées en fonction des conditions de roulement du véhicule, - on commande, par l'intermédiaire des moyens de commande 10, les moyens de réglage 8, et le cas échéant les moyens de mise en rotation 11, de :L'élément longitudinal afin que les pressions mesurées convergent vers les pressions cibles. Le dispositif de contrôle selon l'invention présente l'avantage d'être de petite dimension ce qui permet des gains en terme de coût, d'alimentation énergétique, d'encombrement et de masse. Lorsque le dispositif n'est pas actif, l'élément longitudinal peut être rétractable, et peut alors s'intégrer dans la carrosserie du véhicule. Des réductions proches de 4% ont été relevées par calcul à partir d'éléments longitudinaux cylindriques positionnés sur l'axe des structures tourbillonnaires d'une lunette arrière. Pour un véhicule automobile de coefficient aérodynamique Cx=0,3, de maître couple S = 2,5m2, se déplaçant à la vitesse Vo = 40 m.s-1, la traînée FX et la puissance aérodynamique PD dissipée dans le sillage sont respectivement : FX = CX Uâ S.; 0,3 x 1, x 402 x 2,5 720N Pä=Fzx28800W Dans le cas d'un véhicule équipé d'éléments longitudinaux cylindriques tournant, positionnés sur les axes des structures tourbillonnaires de la lunette arrière et des montants de pare-brise, la réduction de puissance aérodynamique dissipée est égale à : P() = 2 x (0,04 xPmz' 2300W Ainsi, le dispositif selon l'invention permettrait un gain aérodynamique de l'ordre de 2300W pour une dépense estimée à 200W (pour un fonctionnement continu avec rotation de l'élément longitudinal), soit un gain final de l'ordre de 2100 Watts. Dans le cas d'un élément longitudinal se déplaçant suivant un mouvement ponctuel dans le temps, et sans rotation, la puissance nécessaire au fonctionnement du dispositif selon l'invention devient négligeable et le gain final est égal à 2300W. REVENDICATIONS 1. Dispositif de contrôle d'une structure tourbillonnaire (4) de sillage apparaissant aux parois de véhicules automobiles en mouvement, ladite structure tourbillonnaire s'étendant longitudinalement autour d'un axe longitudinal (5), caractérisé en ce qu'il comprend un élément longitudinal (6, 6') présentant une symétrie de révolution autour de son axe longitudinal, et en ce qu'il comprend des moyens de réglage (8) de la longueur et de la position de l'élément longitudinal afin d'aligner sensiblement l'axe de l'élément avec l'axe de ladite structure tourbillonnaire et de régler la longueur de l'élément afin que sa longueur soit suffisante pour provoquer la déstructuration et/ou l'éclatement de la structure tourbillonnaire. 2. Dispositif de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément longitudinal (6, 6') présente un rayon maximal voisin du rayon de ladite structure tourbillonnaire. 3. Dispositif de contrôle selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (11) de mise en rotation dudit élément longitudinal (6, 6') autour de son axe. 4. dispositif de contrôle selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en c:e que l'élément longitudinal (6, 6') est pourvu d'une rainure hélicoïdale (12) disposée sur sa surface externe. 5. Dispositif de contrôle selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément longitudinal (6) est cylindrique, une de ses extrémités (6a) étant fixée au véhicule sensiblement au niveau du point d'apparition de la structure tourbillonnaire. 6. Dispositif de contrôle selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément longitudinal (6') est conique, au moins son extrémité (6'a) de plus faible diamètre étant déplaçable le long de l'axe longitudinal de la structure tourbillonnaire. 7. Dispositif de contrôle selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend des capteurs de pression (9) destinés à être disposés sur les parois du véhicule à proximité de l'axe de la structure tourbillonnaire afin de détecter une variation de la position du tourbillon, un moyen de commande (10) relié aux capteurs et aux moyens de réglage (8) et, le cas échéant aux moyens (11) de mise en rotation de l'élément longitudinal afin de régler la longueur et la position de et, le cas échéant de mettre en rotation, l'élément longitudinal. 8. Procédé de contrôle d'un dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend un contrôle en boucle de l'élément longitudinal dans lequel : - on mesure les pressions au niveau de chaque capteur, - on détermine si chaque pression mesurée est en dessous ou au dessus de pressions cibles prédéterminées en fonction des conditions de roulement du véhicule, - on commande les moyens de réglage, et le cas échéant les moyens de mise en rotation, de l'élément longitudinal afin que les pressions mesurées convergent vers les pressions cibles.