Brevet FR2902745A1 — publié le 20071228

Procédé et dispositif de perturbation d'un écoulement d'air à la paroi d'un véhicule automobile La présente invention se rapporte à un procédé de perturbation d'un écoulement d'air à la paroi d'un véhicule automobile et à un dispositif adapté à sa mise en oeuvre. Des dispositifs connus permettent déjà de perturber les écoulements d'air à la paroi des véhicules automobiles. Les plus connus sont io intrinsèquement inactifs et ils sont par exemple constitués de nervures ou d'ailerons ajustés sur la paroi, d'autres plus récents, visent à générer des flux d'air à travers cette paroi pour perturber les écoulements. La paroi des véhicules automobiles définit une surface externe et lorsque le véhicule est en mouvement, les écoulements d'air forment une 15 couche limite au voisinage de cette surface externe. Or, le décollement plus ou moins précoce de cette couche limite de la surface externe conditionne la traînée aérodynamique du véhicule et par conséquent sa stabilité. Aussi, il a été proposé des systèmes actifs et notamment des actionneurs fluidiques permettant de souffler ou d'aspirer de l'air à travers 20 des orifices de la paroi des véhicules pour que la couche limite ne se décolle pas massivement ou, se décolle le plus loin possible vers l'arrière du véhicule lorsque ce dernier est en mouvement. On pourra notamment se référer au document FR 03110 353, lequel décrit un tel dispositif où les orifices sont accouplés de manière à 25 synchroniser les flux d'air. Cependant, bien que la couche limite se décolle plus loin vers l'arrière du véhicule, ce décollement plus tardif favorisant la diminution de la traînée de pression, le décollement est néanmoins relativement massif et il contribue encore à la traînée de pression. 30 Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention est de proposer un procédé de perturbation qui permette de réduire plus encore la traînée de pression des véhicules automobiles et ainsi diminuer leur résistance au mouvement dans l'air. Dans le but de résoudre ce problème, la présente invention propose selon un premier aspect, un procédé de perturbation d'un écoulement d'air à la paroi d'un véhicule automobile, ladite paroi définissant une surface externe, ledit écoulement d'air étant susceptible de former une couche limite d'air au voisinage de ladite surface externe, ledit écoulement d'air étant orienté dans un sens arrière opposé à un sens de mouvement avant dudit véhicule, ladite couche limite étant apte à se io décoller d'une zone de ladite surface externe, ledit procédé étant du type selon lequel on génère des flux d'air à travers au moins deux orifices pratiqués dans ladite surface externe de ladite paroi pour repousser dans ledit sens arrière ladite zone de décollement de ladite couche limite, ladite surface externe définissant un plan moyen incluant lesdits deux orifices et 15 un plan perpendiculaire audit plan moyen, coupant lesdits deux orifices en délimitant deux demi-plans moyens ; selon l'invention, on oriente un premier flux d'air à travers l'un desdits deux orifices dans une première direction inclinée comprise entre ledit plan perpendiculaire et l'un desdits demi-plans moyens, tandis qu'on oriente un second flux d'air à travers 20 l'autre orifice dans une seconde direction inclinée comprise entre ledit plan perpendiculaire et l'autre demi-plan moyen, de manière à générer un mouvement d'air tourbillonnaire. Ainsi, une caractéristique de l'invention réside dans le mode d'orientation croisée des deux flux d'air à travers les deux orifices de façon 25 à enrouler sur lui-même l'air qui s'écoule à la paroi du véhicule de manière à donner naissance à une structure tourbillonnaire de dimension contrôlée, et en particulier de petite taille. De la sorte, le décollement de la couche limite d'air s'effectue plus loin vers l'arrière du véhicule et il est surtout moins important que dans les procédés de perturbation mise en 30 oeuvre selon l'art antérieur car il est limité à la structure tourbillonnaire. Par conséquent, le coefficient aérodynamique de traînée est réduit et partant, la résistance à l'avancement du véhicule dans l'air. Avantageusement, et ce afin d'amorcer la structure tourbillonnaire, ledit plan moyen et ledit plan perpendiculaire définissant une droite d'intersection, on oriente lesdits flux d'air dans des directions sensiblement perpendiculaires à ladite droite d'intersection. De la sorte, on comprend que le couple de force imprimé à l'air de la couche limite est optimal et que la structure tourbillonnaire prend naissance dès que l'air des deux flux quitte la surface externe. io De manière préférée, lesdites directions inclinées forment un angle inférieur à 45 avec ledit plan moyen, par exemple 30 , de manière à optimiser la formation de la structure tourbillonnaire. Par ailleurs, et de façon particulièrement avantageuse, on coupe alternativement ledit premier flux et ledit second flux d'air de manière à mieux contrôler les 15 phénomènes transitoires liés à l'écoulement de l'air aux parois. Selon un mode particulier de mise en oeuvre de l'invention, on obture alternativement lesdits au moins deux orifices pour couper alternativement lesdits flux d'air. De cette façon, les flux d'air sont coupés aisément ainsi qu'on l'expliquera dans la description détaillée qui suivra. 20 Afin de couper alternativement les flux d'air, on entraîne un obturateur en mouvement alternatif en travers des flux d'air et ce, de façon à obturer alternativement lesdits au moins deux orifices. Selon un second aspect, la présente invention propose un dispositif de perturbation d'un écoulement d'air à la paroi d'un véhicule automobile, 25 ladite paroi définissant une surface externe, ledit écoulement d'air étant susceptible de former une couche limite d'air au voisinage de ladite surface externe, ledit écoulement d'air étant orienté dans un sens arrière opposé à un sens de mouvement avant dudit véhicule, ladite couche limite étant apte à se décoller d'une zone de ladite surface externe, ledit 30 dispositif comprenant des moyens mécaniques adaptés à générer des flux d'air à travers au moins deux orifices pratiqués dans ladite surface externe de ladite paroi pour repousser dans ledit sens arrière ladite zone de décollement de ladite couche limite, lesdits moyens mécaniques comportant au moins deux conduits logés à l'intérieur de ladite paroi et reliés respectivement auxdits orifices, ladite surface externe définissant un plan moyen incluant lesdits deux orifices et un plan perpendiculaire audit plan moyen, ledit plan perpendiculaire coupant lesdits deux orifices en délimitant deux demi-plans moyens ; selon la présente invention, l'un desdits conduits est orienté dans une direction comprise entre ledit plan perpendiculaire et l'un desdits demi-plans moyens pour orienter un io premier flux d'air à travers l'un desdits deux orifices selon ladite direction inclinée, tandis que l'autre desdits conduits est orienté dans une direction inclinée comprise entre ledit plan perpendiculaire et l'autre demi-plan moyen pour orienter un second flux d'air selon ladite direction inclinée à travers l'autre orifice, de manière à générer un mouvement d'air 15 tourbillonnaire. Ainsi, une autre caractéristique de l'invention selon ce second aspect, réside dans la mise en oeuvre de conduits qui s'étendent respectivement dans une direction longitudinale moyenne, et qui sont orientés de manière croisée pour que l'air qui s'échappe de ces conduits 20 génèrent un couple de force à l'air qui s'écoule à la paroi du véhicule automobile. De manière avantageuse, ledit plan moyen et ledit plan perpendiculaire définissant une droite d'intersection, lesdits conduits sont orientés dans des directions sensiblement perpendiculaires à ladite droite 25 d'intersection et ainsi, le couple de force agit de manière optimale sur l'air de la couche limite. Et de manière préférée, lesdits conduits sont orientés selon lesdites directions inclinées de manière à former un angle inférieur à 45 avec ledit plan moyen. Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention particulièrement 30 avantageux, lesdits moyens mécaniques comportent une cavité logée à l'intérieur de ladite paroi, ladite cavité présentant deux ouvertures respectivement reliées auxdits orifices par lesdits conduits. Ainsi, les flux d'air peuvent être générés, aussi bien par soufflage que par aspiration à partir de ladite cavité qui est alors commune aux deux orifices. II suffit pour cela, soit de créer une dépression dans la cavité soit à l'inverse, de mettre la cavité sous pression d'air. Pour ce faire, la cavité est reliée à l'extérieur au moyen d'une conduite tubulaire équipée d'un système principal d'aspiration ou de soufflage. Par ailleurs, ladite cavité est adaptée à recevoir un obturateur mobile de façon à obturer alternativement lesdites ouvertures pour couper alternativement ledit io premier flux et ledit second flux d'air. Ainsi, l'obturateur qui est mobile entre deux positions, l'une dans laquelle il obture l'un des orifices et l'autre opposée dans laquelle il obture l'autre orifice, est-il adapté à être logé de manière compacte dans la cavité. Selon un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention, ledit obturateur mobile comprend un polymère 15 électroactif adapté à être entraîné en mouvement d'une ouverture à l'autre au moyen d'une impulsion électrique. La mise en oeuvre d'un tel polymère électroactif permet-elle de supprimer tous les systèmes mécaniques complexes et encombrants. L'entraînement en mouvement de l'obturateur, est réalisé au moyen d'une alimentation électrique alternative 20 commandable. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après de modes de réalisation particuliers de l'invention, donnés à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : 25 - la Figure 1 est une vue schématique en coupe d'un dispositif de perturbation conforme à l'invention ; - la Figure 2 est une vue schématique en élévation du dispositif illustré sur la Figure 1 ; - la Figure 3 est une vue schématique en coupe partielle du dispositif 30 illustré sur la Figure 2 selon le plan III-III ; - la Figure 4 est une vue schématique en perspective illustrant un mode de mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention ; et, - la Figure 5 est une vue schématique en perspective montrant un mode de réalisation particulier de l'invention. La Figure 1 montre schématiquement dans son épaisseur, une paroi 10 d'un véhicule automobile. Cette paroi 10 présente une surface externe 12 et il est ménagée dans son épaisseur une cavité 14. La cavité 14 est reliée à sa base 15 par une conduite 16 qui débouche vers l'extérieur du véhicule automobile et qui est équipée d'un système de soufflage ou io d'aspiration 18, commandable. Par ailleurs, la cavité 14 présente une partie supérieure 20 percée de deux ouvertures 22, 24 qui se prolongent respectivement par deux conduits 26, 28 et qui débouchent eux-mêmes dans la surface externe 12 par deux orifices 30, 32. Ainsi, lorsque le système de soufflage 18 est mis en oeuvre, de l'air est aspiré depuis 15 l'extérieur par l'intermédiaire de la conduite 16 et est injecté sous pression dans la cavité 14, et cet air sous pression est alors adapté à générer des flux d'air sortants FI, F2 à travers les conduits 26, 28 pour déboucher à l'extérieur de la surface externe 12. La cavité 14 est aussi équipée d'un organe obturateur 34 constitué 20 d'un doigt en polymère électroactif adapté à osciller sous l'action d'un courant électrique entre les deux ouvertures 22, 24. Le doigt en polymère électroactif présente une extrémité inférieure 36 en prise à la base 15 de la cavité 14 et une extrémité supérieure libre 38 adaptée à venir obturer l'une ou l'autre des ouvertures 22, 24 lors de ses oscillations. 25 On retrouve en vue de dessus sur la Figure 2, la surface externe 12 qui s'étend sensiblement selon un plan moyen P de la Figure et les deux orifices 30, 32 qui débouchent vers l'extérieur dans cette surface externe 12. Les deux orifices 30, 32 sont coupés par un plan V perpendiculaire au plan P et qui le divise en deux demi-plans P1 et P2. On retrouve 30 également les deux ouvertures 22, 24 correspondant respectivement aux deux orifices 30, 32 et décalées par rapport à ceux-ci d'un angle voisin de 30 dans le sens des aiguilles d'une montre autour d'un centre C. Par conséquent, les deux conduits 26, 28 qui relient respectivement les ouvertures 22, 24 et les orifices 30, 32 sont orientés de manière croisée à distance l'un de l'autre. En réalité, les deux conduits 26, 28, définissent deux portions d'hélice inversée de centre C. On se référera à la Figure 3, qui illustre précisément en coupe l'un des conduits 28 selon un plan III ù III illustré sur la Figure 2. On retrouve sur cette Figure 3 la cavité 14 ménagée dans l'épaisseur de la paroi 10 et la surface externe 12 de cette paroi 10. Le conduit 28 s'étend selon une ro droite moyenne D depuis l'ouverture 24 jusqu'à l'orifice 32 de manière inclinée par rapport au plan P défini par la surface externe 12. Plus précisément, la droite moyenne D est inclinée d'environ 45 par rapport à la trace du plan perpendiculaire V qui apparaît sur cette Figure et qui est normale au plan P. Par conséquent, lorsque la cavité 14 est sous pression 15 d'air par l'intermédiaire du système de soufflage 18 précité, les flux d'air F2 et FI sont inclinés d'environ 45 par rapport à la surface externe 12, et sont croisés l'un par rapport à l'autre de manière symétrique par rapport au centre C. On se reportera à la Figure 4 afin d'expliquer le mode d'action des 20 flux d'air FI, F2 que l'on y retrouve. On a représenté partiellement sur la Figure 4, une portion d'un pavillon 40 de véhicule automobile qui définit la surface externe 12 illustrée sur les Figures précédentes, et une lunette arrière 42 inclinée par rapport au pavillon 40. Lorsque le véhicule est en mouvement, l'air s'écoule à la paroi vers l'arrière selon le sens de la flèche 25 R et forme une couche limite à sa surface externe 12. Dans la paroi du pavillon 40 on retrouve les deux orifices 30, 32 situés dans une zone 44 proches de l'arrête 46 formée par le pavillon 40 et la lunette arrière 42, les deux orifices 30, 32 définissant une droite moyenne qui les coupe, sensiblement parallèlement à ladite arrête 46. La cavité qui n'apparaît pas 30 sur cette Figure est bien évidemment ménagée dans l'épaisseur de la paroi du pavillon 40 avec les conduits correspondants. Selon le mode de mise en oeuvre illustré sur la Figure 4, de l'air sous pression est emmagasiné dans la cavité afin de former des flux d'air sortant FI, F2 dans la zone 44. Ces flux d'air sortants croisés impriment un couple de force à l'air de la couche limite qui s'écoule dans la zone 44, et génère ainsi une structure tourbillonnaire 48 qui prend naissance dans la zone 44 en s'enroulant autour d'un axe A normal à la surface externe 12 et qui vient ensuite se rabattre le long de la lunette arrière 42. Ainsi, le décollement de la couche limite ne s'effectue pas de manière chaotique et massive, ce qui contribuerait à augmenter la traînée de pression, mais bien de manière contrôlée et limitée ce qui au contraire la diminue. De la sorte, le coefficient aérodynamique de traînée est réduit. On se reportera à nouveau à la Figure 1, au regard de laquelle a été décrit ci-dessus l'organe obturateur 34, lequel permet d'obturer alternativement les deux ouvertures 22, 24. De la sorte, les flux d'air FI, F2 peuvent être alternativement interrompus de manière à créer des flux pulsés. La fréquence des pulsations est alors déterminée par la fréquence de battement de l'organe obturateur qui est elle-même définie par la fréquence du courant électrique alimentant le matériau électroactif. Ainsi, lorsque les conditions de roulage du véhicule varient, lors de l'accélération ou de la décélération, le changement de topologie de l'écoulement externe nécessite une adaptation de la fréquence de pulsations des flux d'air FI, F2 et par conséquent la fréquence de battement de l'organe obturateur 34 est adaptée. Ainsi, les phénomènes transitoires apparaissant lors des variations d'accélération sont-ils contrôlés. En outre, la puissance des flux d'air FI, F2 est susceptible d'être adaptée en fonction des conditions de roulage du véhicule, et ce, grâce au système de soufflage 18 commandable. Par ailleurs, selon certaines configurations, il est non pas nécessaire de souffler mais bien plutôt d'aspirer de l'air de la couche limite qui apparaît à la surface externe 12 du véhicule. Pour ce faire, le système de soufflage et d'aspiration 18 est commandé dans un sens inverse de manière à créer une dépression dans la cavité 14 et à refouler l'air aspiré à travers les orifices 30, 32 à l'extérieur du véhicule par l'intermédiaire de la conduite 16 qui débouche par exemple dans le passage de roue du véhicule ou à tout autre endroit qui ne perturbe pas la traînée de pression. Là encore, une telle aspiration peut être réalisée de manière alternative entre les deux orifices 30, 32 en activant l'organe obturateur 34. On se reportera à présent à la Figure 5, qui illustre partiellement l'arrière d'un véhicule automobile équipé de quatre dispositifs de perturbation conforment à l'invention, 50, 52, 54, 56 alignés. Les éléments io de cette Figure identique à celle de la Figure 4 porteront la même référence affectée d'un signe prime ' . Ainsi on retrouve sur cette Figure 5 un pavillon 40' et une lunette arrière 42'. Les dispositifs de perturbation 50, 52, 54, 56 sont agencés en travers du pavillon 40' et alignés le long d'une arrête 46' qui sépare le 15 pavillon 40' de la lunette arrière 42', et ils sont mis en oeuvre de manière à générer des structures tourbillonnaires, analogues à celle qui est illustrée sur la Figure 4, mais qui s'enroulent suivant des sens de rotation inverses lorsqu'elles sont contiguës. Ainsi, le premier dispositif de perturbation 50 et le troisième 54 génèrent des structures tourbillonnaires 20 qui, en regardant la surface externe 12' du pavillon 40' s'enroulent dans le sens inverse de celui des aiguilles d'une montre, tandis que le deuxième dispositif de perturbation 52 et le quatrième 56 génèrent des structures tourbillonnaires qui s'enroulent dans le sens des aiguilles d'une montre. Bien évidemment, les dispositifs de perturbation d'air précités 25 peuvent être agencés de différentes manières dans la paroi des véhicules automobiles et non pas nécessairement de manière à ce que leurs orifices soient tous alignés. En outre, les dispositifs peuvent être installés aussi dans toute autre zone de la paroi du véhicule où des décollements de l'écoulement d'air prennent naissance et notamment au niveau des 30 rétroviseurs, des montants de baie, des custodes ou encore des ailes. REVENDICATIONS 1. Procédé de perturbation d'un écoulement d'air à la paroi (10) d'un véhicule automobile, ladite paroi définissant une surface externe (12), ledit écoulement d'air étant susceptible de former une couche limite d'air au voisinage de ladite surface externe, ledit écoulement d'air étant orienté dans un sens arrière (R) opposé à un sens de mouvement avant dudit véhicule, ladite couche limite étant apte à se décoller d'une zone (44) de ladite surface externe (12), ledit procédé étant du type selon lo lequel on génère des flux d'air à travers au moins deux orifices (30, 32) pratiqués dans ladite surface externe (12) de ladite paroi (10) pour repousser dans ledit sens arrière ladite zone de décollement de ladite couche limite, ladite surface externe (12) définissant un plan moyen (P) incluant lesdits deux orifices (30, 32) et un plan perpendiculaire (V) audit 15 plan moyen (P), coupant lesdits deux orifices en délimitant deux demi- plans moyens (P1, P2) ; caractérisé en ce qu'on oriente un premier flux d'air (FI) à travers l'un (30) desdits deux orifices dans une première direction inclinée comprise entre ledit plan perpendiculaire (V) et l'un (P1) desdits demi- 20 plans moyens, tandis qu'on oriente un second flux d'air (F2) à travers l'autre orifice (32) dans une seconde direction (D) inclinée comprise entre ledit plan perpendiculaire (V) et l'autre demi-plan moyen (P2), de manière à générer un mouvement d'air tourbillonnaire. 2. Procédé de perturbation d'un écoulement d'air selon la 25 revendication 1, caractérisé en ce que, ledit plan moyen (P) et ledit plan perpendiculaire (V) définissant une droite d'intersection, on oriente lesdits flux d'air dans des directions sensiblement perpendiculaires à ladite droite d'intersection. 3. Procédé de perturbation d'un écoulement d'air selon la 30 revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdites directions inclinées forment un angle inférieur à 45 avec ledit plan moyen (P). 4. Procédé de perturbation d'un écoulement d'air selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on coupe alternativement ledit premier flux (FI) et ledit second flux d'air (F2). 5. Procédé de perturbation d'un écoulement d'air selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on obture alternativement lesdits au moins deux orifices (30, 32) pour couper alternativement lesdits flux d'air. 6. Procédé de perturbation d'un écoulement d'air selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on entraîne un obturateur (34) en mouvement alternatif pour obturer alternativement lesdits au moins deux io orifices (30, 32). 7. Dispositif de perturbation d'un écoulement d'air à la paroi (10) d'un véhicule automobile, ladite paroi définissant une surface externe (12), ledit écoulement d'air étant susceptible de former une couche limite d'air au voisinage de ladite surface externe, ledit écoulement d'air étant 15 orienté dans un sens arrière (R) opposé à un sens de mouvement avant dudit véhicule, ladite couche limite étant apte à se décoller d'une zone (44) de ladite surface externe, ledit dispositif comprenant des moyens mécaniques adaptés à générer des flux d'air à travers au moins deux orifices (30, 32) pratiqués dans ladite surface externe de ladite paroi pour 20 repousser dans ledit sens arrière ladite zone de décollement de ladite couche limite, lesdits moyens mécaniques comportant au moins deux conduits (26, 28) logés à l'intérieur de ladite paroi et reliés respectivement auxdits orifices (30, 32), ladite surface externe définissant un plan moyen (P) incluant lesdits deux orifices et un plan perpendiculaire (V) audit plan 25 moyen, ledit plan perpendiculaire coupant lesdits deux orifices en délimitant deux demi-plans moyens (P1, P2) ; caractérisé en ce que l'un desdits conduits (26) est orienté dans une direction comprise entre ledit plan perpendiculaire (V) et l'un desdits demi-plans moyens (P1) pour orienter un premier flux d'air (FI) à travers l'un 30 desdits deux orifices (30) selon ladite direction inclinée, tandis que l'autre desdits conduits (28.) est orienté dans une direction inclinée compriseentre ledit plan perpendiculaire (V) et l'autre demi-plan moyen (P2) pour orienter un second flux d'air selon ladite direction inclinée à travers l'autre orifice (32), de manière à générer un mouvement d'air tourbillonnaire. 8. Dispositif de perturbation d'un écoulement d'air selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit plan moyen (P) et ledit plan perpendiculaire (V) définissant une droite d'intersection, lesdits conduits sont orientés dans des directions sensiblement perpendiculaires à ladite droite d'intersection. 9. Dispositif de perturbation d'un écoulement d'air selon la io revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que lesdits conduits (26, 28) sont orientés selon lesdites directions inclinées de manière à former un angle inférieur à 45 avec ledit plan moyen (P). 10. Dispositif de perturbation d'un écoulement d'air selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que lesdits 15 moyens mécaniques comportent une cavité (14) logée à l'intérieur de ladite paroi (10), ladite cavité présentant deux ouvertures (22, 24) respectivement reliées auxdits orifices (30, 32) par lesdits conduits (26, 28). 11. Dispositif de perturbation d'un écoulement d'air selon la 20 revendication 10, caractérisé en ce que ladite cavité (14) est équipée d'un obturateur mobile (34) adapté à obturer alternativement lesdites ouvertures (22, 24) pour couper alternativement ledit premier flux (FI) et ledit second flux (F2) d'air. 12. Dispositif de perturbation d'un écoulement d'air selon la 25 revendication 11, caractérisé en ce que ledit obturateur mobile (34) comprend un polymère électroactif adapté à être entraîné en mouvement d'une ouverture à l'autre au moyen d'une impulsion électrique.