Brevet FR3092061A1 — publié le 20200731

Description Titre de l'invention : Système de déflection d'air et voiture d'extrémité d'un véhicule comprenant un tel système de déflection d'air Domaine technique 100011 L'invention s'inscrit dans le domaine de l'aérodynamisme des matériels roulants fer- roviaire. 100021 L'invention porte plus particulièrement sur un système de déflection d'air ménagé sur le carénage d'un matériel ferroviaire, notamment une voiture d'extrémité d'une rame ferroviaire. ART ANTERIEUR ET INCONVENIENTS DE L'ART ANTERIEUR 100031 Les véhicules motorisés prévus pour se déplacer à grande vitesse - notamment les engins ferroviaires à grande vitesse - sont soumis à des forces aérodynamiques de frottement réduisant leurs performances et leur consommation énergétique. Le profil de carénage de ces véhicules est donc adapté pour réduire autant que possible la traînée aérodynamique. 100041 En d'autres termes, l'amélioration du profil aérodynamique du véhicule permet de diminuer la résistance que le flux d'air impose audit véhicule en mouvement. Ainsi, la vitesse de pointe et les efforts nécessaires au déplacement du véhicule sont optimisés. 100051 11 est parfois nécessaire d'adapter le profil du véhicule en fonction de la vitesse de déplacement. 11 est alors connu d'intégrer un système de déflection d'air escamotable sur ce véhicule circulant. à grande vitesse afin d'en réduire encore la traînée aérodynamique. Un tel système de déflection comprend généralement un aileron mobile entre une position déployée à grande vitesse et une position repliée à vitesse faible ou modérée. [0006] Cependant, la présence d'un tel système de déflection escamotable ne suffit pas à optimiser le profil aérodynamique du véhicule en toutes circonstances. OBJECTIF DE L'INVENTION [0007] L'invention vise ainsi à proposer un système de déflection d'air permettant dc surmonter les inconvénients dc l'art antérieur, c'est-à-dire optimiser le profil aérodynamique d'un véhicule, notamment un matériel roulant ferroviaire, en toutes circonstances. Exposé de l'invention [0008] À cet effet, l'invention vise un système de déflection d'air prévu pour être installé sur le carénage d'un premier véhicule, notamment un matériel roulant ferroviaire, comprenant un déflecteur d'air escamotable entre une position déployée active et une 2 position repliée inactive, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de détection d'un second véhicule longitudinalement solidarisé au premier véhicule, et des moyens d'entrainement du déflecteur reliés aux moyens de détection du second véhicule et configurés pour entrainer le déflecteur vers sa position déployée lorsque la vitesse du premier véhicule est supérieure à une vitesse prédéterminée et que le deuxième véhicule est solidarisé au premier véhicule. [0009] L'invention vise également une voiture d'extrémité d'un premier véhicule d'un matériel roulant ferroviaire, comprenant un système de déflection d'air selon la revendication précédente installé sur la partie de carénage formant toit de ladite voiture d'extrémité. [0010] La voiture d'extrémité de l'invention peut également comporter les caractéristiques optionnelles suivantes considérées isolément ou selon toutes les combinaisons techniques possibles : Au moins une partie du déflecteur est monté mobile entre ses positions déployée et repliée. Le déflecteur comprend un aileron monté à pivotement sur la partie de carénage formant toit de la voiture d'extrémité du premier véhicule, lequel aileron est mobile entre ses positions déployée et repliée par l'intermédiaire d'un dispositif de déplacement du type vérin formant les moyens d'entrainement. Le déflecteur comprend un squelette rigide monté à pivotement sur la partie de carénage formant toit de la voiture d'extrémité du premier véhicule et mobile entre ses positions déployée et repliée par l'intermédiaire d'un dispositif de déplacement du type vérin formant les moyens d'entrainement, et un film en matériau élastique en partie solidarisé au carénage de la voiture d'extrémité du premier véhicule et dont une partie libre recouvre le squelette rigide. Le squelette est formé de plusieurs tiges reliées entre elles au niveau de l'une de leurs extrémités par un arbre formant l'axe de pivotement du squelette. Le système de déflection d'air comprend des moyens de détermination de la vitesse du premier véhicule reliés aux moyens d'entrainement du déflecteur. Le déflecteur comprend un aileron monté à pivotement entre ses positions déployée et repliée, et en ce que les moyens d'entrainement comprennent un conduit d'air ménagé dans le carénage de la voiture d'extrémité du premier véhicule, et en ce que l'aileron est disposé au-dessus d'au moins une sortie du conduit d'air. Les moyens d'entrainement comprennent un dispositif de blocage de l'aileron en position repliée lorsqu'aucun autre véhicule n'est solidarisé au premier 3 véhicule. Les moyens de détection du second véhicule comprennent un module de détection du second véhicule électriquement relié à un circuit de liaison électrique du premier véhicule au second véhicule. [0011] L'invention vise également un procédé de déploiement d'un système de déflection d'air tel que décrit précédemment, installé sur une partie de carénage formant toit d'une voiture d'extrémité d'un premier véhicule telle que décrite précédemment, comprenant les étapes suivantes de : identification de la présence ou non du second véhicule solidarisé longitudinalement au premier véhicule ; actionnement des moyens d'entrainement pour entrainer le déflecteur d'air vers sa position déployée lorsque le deuxième véhicule accroché au premier véhicule est détecté et que la vitesse du premier véhicule est supérieure à la une vitesse prédéterminée. [0012] L'invention vise également un matériel roulant ferroviaire comprenant au moins une voiture d'extrémité telle que décrite précédemment, sur une partie de carénage formant toit de laquelle est installé un système de déflection d'air tel que décrit précédemment. Brève description des dessins [0013] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la des- cription qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées parmi lesquelles : [0014] [fig.1 J La figure 1 est une vue de côté de la jonction entre deux rames d'un train de l'art antérieur ; [0015] [fig.21 La figure 2 est une vue de côté de la jonction entre deux rames d'un train comprenant le système de déflection de l'invention selon un premier mode de réalisation installé sur la voiture de queue de la rame avant par rapport au sens de déplacement ; [0016] [fig.34 La figure 3a représente une vue de côté de la voiture de queue sur laquelle est installé le système de déflection selon un deuxième mode de réalisation, illustrant le déflecteur en position repliée ; [0017] [fig.3b] La figure 3b représente une vue de côté de la voiture de queue sur laquelle est installé le système de déflection selon un deuxième mode de réalisation, illustrant le déflecteur en position déployée ; [0018] [fig.4a] La figure 4a représente une vue en perspective d'un détail du déflecteur, illustrant le film élastique du déflecteur alors que le squelette est en position repliée ; [0019] [fig.4b] La figure 4b représente une vue en perspective d'un détail du déflecteur, illustrant le film élastique en transparence pour apercevoir le squelette en position repliée disposé sous ledit film élastique ; [0020] [fig.5a] La figure 5a représente une vue en perspective du détail du déflecteur de la figure 4a, illustrant le film élastique du déflecteur alors que le squelette est en position déployée ; [0021] [fig.5b] La figure 5b représente une vue de côté du détail du déflecteur de la figure 4b, illustrant le film élastique en transparence pour apercevoir le squelette en position déployée disposé sous ledit film élastique ; [0022] [fig.6] La figure 6 est une vue de côté de la jonction entre deux rames d'un train comprenant le système de déflection de l'invention selon un troisième mode de réalisation installé sur la voiture de queue de la rame avant par rapport au sens de déplacement. Description des modes de réalisation [0023] Il est tout d'abord précisé que sur les figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments quelle que soit la figure sur laquelle elles apparaissent et quelle que soit la forme de représentation de ces éléments. De même, si des éléments ne sont pas spécifiquement référencés sur l'une des figures, leurs références peuvent être aisément retrouvées en se reportant à une autre figure. [0024] Il est également précisé que les figures représentent essentiellement trois modes de réalisation de l'objet de l'invention mais qu'il peut exister d'autres modes de réalisation qui répondent à la définition de l'invention. [0025] Lc système de déflection d'air Sa, 5h, 5c de l'invention trouve notamment ap- plication dans le domaine de l'optimisation du profil aérodynamique du carénage d'un véhicule d'un matériel roulant ferroviaire 1, en particulier une rame d'un train à grande vitesse pour laquelle l'optimisation du profil aérodynamique du carénage est importante d'une part pour limiter la consommation d'énergie du train, et d'autre part pour augmenter la vitesse de pointe du train. [0026] Le système de l'invention Sa - Sc est applicable à tout véhicule susceptible de se déplacer à grande vitesse et pour lequel l'optimisation du profil aérodynamique du carénage est une problématique à prendre en compte. Dans la suite de la description, le système de déflection d'air Sa - Sc de l'invention est appliqué à un engin ferroviaire à grande vitesse 1, qu'on appellera simplement train dans la suite de la description, comprenant au moins une rame 2, 3 comportant elle-même une pluralité de voitures centrales et de deux voitures motrices d'extrémité respectivement de tête 20 et de queue 30, la voiture de tête 20 étant la voiture avant par rapport au sens de déplacement D du véhicule. [0027] Le système de déflection d'air de l'invention Sa - Sc trouve son application principale pour un train 1 qui comprend au moins deux rames 2, 3 longitudinalement solidarisées l'une à l'autre. Dans la suite de la description, la rame avant 2 par rapport au sens de déplacement D du train 1 sera nommée premier véhicule 2, tandis que la rame arrière 3 par rapport au sens de déplacement D du train 1 sera nommée second véhicule 3. Le système de déflection d'air de l'invention 5a - 5c est particulièrement adapté pour être installé sur la voiture de queue 20 de la rame avant 2, c'est-à-dire la voiture de queue 20 du premier véhicule 2. [0028] La figure 1 illustre une portion de la voiture de queue 20 de la rame avant 2 (c'est-à-dire du premier véhicule) d'un train connu 1, ainsi qu'une portion d'une voiture d'extrémité 30 de la rame arrière 3 (c'est-à-dire du second véhicule) dudit train. Le carénage des voitures d'extrémités 20, 30 des rames de ce type de train 1 est profilé de manière à assurer un écoulement de l'air engendrant le moins de turbulences aérodynamiques possibles. Ainsi, pour un train 1 comprenant une seule rame, le profil du carénage des voitures d'extrémité suffit à optimiser la trainée aérodynamique du train. [0029] Néanmoins, comme on le remarque sur la figure 1, Lorsque le train 1 comprend plusieurs rames 2, 3, la jonction entre deux rames génère une zone de surpression d'air C qui conduit à une dégradation des propriétés aérodynamiques du train, et notamment du coefficient de trainée. [0030] Pour réduire la trainée aérodynamique de ces trains à rames multiples, le système de déflection d'air de l'invention Sa - Sc est installé à proximité d'une jonction entre deux rames, sur une partie de carénage formant toit d'une voiture de queue 20 de rame avant 2, et cela pour toutes les rames du train dont la voiture de queue est solidaire d'une voiture d'extrémité d'une rame adjacente. Ainsi pour un train 1 à deux rames 2, 3, il suffit d'un système de déflection Sa - Sc installé sur le toit de la voiture de queue 20 de la rame avant 2, c'est-à-dire sur le toit de la voiture de queue 20 du premier véhicule 2. [0031] Le système de déflection Sa - 5c permet de modifier le profil aérodynamique du carénage de la voiture de queue 20 du premier véhicule 2 lorsqu'un deuxième véhicule 3 est longitudinalement solidarisé au premier 2. Le système de déflection Sa - Sc comprend pour ce faire un déflecteur escamotable 6a, 6c, 10 entre une position déployée active et une position repliée inactive. [0032] Le déploiement du déflecteur 6a, 6c. 10 n'est pas nécessaire lorsque le train 1 comporte une seule rame, puisque le profilé du carénage des voitures d'extrémité suffit à réduire la trainée aérodynamique. En revanche, lorsque le train 1 comprend au moins 6 deux rames 2, 3, il devient nécessaire de déployer le déflecteur 6a, 6c, 10 lorsque la vitesse du train dépasse une certaine vitesse prédéterminée. Cette vitesse prédéterminée, par exemple 150 kilomètres par heure, peut par exemple être enregistrée dans un espace mémoire de moyens de commande du système de déflection Sa - 5c, et représente une vitesse seuil à partir de laquelle la dégradation du coefficient de traînée à la jonction 4 entre les deux rames 2, 3 pénalise les performances du train 1. [0033] Dans certains des modes de réalisation qui seront précisés ci-après, le système de dé- flection Sa, 5h comprend des moyens de détermination de la vitesse du train 1, qui sont par exemple un compteur dc vitesse ou un dispositif de mesure indirect du type capteur de pression d'air installé sur la voiture de queue 20 du premier véhicule 2. Ces moyens de détermination dc la vitesse 7a, 7h, reliés aux moyens dc commande du système de déflection 5a, 5h, permettent aux moyens dc commande dc contrôler des moyens d'entraincment 9a du déflecteur 6a, 10 pour le déployer lorsque la vitesse du train 1 dépasse la vitesse seuil. Dans une autre alternative, le système de déflection 5c ne comprend pas de tels moyens de détermination de la vitesse. Dans ce cas, comme cela sera décrit plus loin relativement à la figure 6, les moyens d'entrainement comprennent un dispositif de blocage (non représenté) du déflecteur 6c qui sera également décrit plus loin. [0034] Néanmoins, même quand la vitesse du train dépasse cette vitesse seuil, le déflecteur 6a, 6c, 10 ne doit être déployé que lorsque le train 1 est à rames multiples, c'est-à-dire qu'il comprend au moins un premier véhicule 2 et un second véhicule 3. [0035] Le système de déflection comprend donc des moyens de détection 8 pilotés par les moyens de commande et préférentiellement installés sur la voiture de queue 20 du premier véhicule 2, de manière à pouvoir détecter le second véhicule 3 lorsque ce dernier est solidarisé au premier véhicule 2. Ces moyens de détection 8 sont par exemple un capteur de distance, qui peut être notamment un capteur optique de distance, ou encore une caméra vidéo dont le champ de vision englobe la voiture de tête 30 du second véhicule 3. Alternativement, ces moyens de détection 8 comprennent un module piloté par les moyens de commande et électriquement relié à un circuit de liaison, lequel circuit de liaison assure au moins la connexion électrique entre les voitures d'extrémité 20, 30 en cas de présence du second véhicule 3. Ainsi, le module 8 est en mesure de détecter si la voiture de queue 20 du premier véhicule 2 est relié à la voiture de tête 30 du second véhicule. [0036] En référence à la figure 2, le système de déflection d'air va être décrit selon un premier mode de réalisation. [0037] Le déflecteur escamotable est formé par un aileron 6a monté à pivotement sur le carénage de la voiture de queue 20 du premier véhicule 2. Cet aileron 6a est ainsi mobile entre sa position repliée inactive et sa position déployée active (figure 2) par 7 l'intermédiaire d'un dispositif de déplacement commandé 9a formant les moyens d'entrainement, par exemple un vérin électrique dont le piston 9a' est relié à pivotement à l'aileron 6a. [0038] Ainsi, lorsque le train 1 ne comprend qu'une rame 2, les moyens de détection 8 qui ne détectent aucune autre rame envoie cette information aux moyens de commande qui de fait maintiennent l'aileron 6a en position repliée quelle que soit la vitesse du train 1. [0039] En revanche, lorsque le train 1 comprend au moins une seconde rame 3, les moyens de détection 8 détectent la voiture de tête 30 de cette seconde rame 3 et envoie cette information aux moyens de commande, qui pilotent le déploiement de l'aileron 6a lorsque la vitesse du train dépasse la vitesse seuil, la vitesse étant mesurée en continu par exemple par le capteur de pression 7a ménagé sur la voiture de queue 20 du premier véhicule 2. [0040] Dans cette position déployée, l'aileron 6a dévie le flux d'air F et permet la génération d'une bulle de recirculation d'air à basse pression dans l'espace existant entre les deux voitures d'extrémité 20, 30 respectivement des premier et second véhicules 2, 3.11 en résulte une diminution de la tramée aérodynamique au niveau de la jonction 4 entre les deux rames du train 1. [0041] En référence aux figures 3a, 3h, 4a, 4h, Sa et 5b, le système de déflection d'air 5b va être décrit selon un deuxième mode de réalisation. [0042] Le déflecteur 10 comprend un squelette rigide 12 monté à pivotement sur le carénage de la voiture de queue 20 du premier véhicule 2. Le squelette 12 est mobile entre ses positions déployée (figures Sa et 5b) et repliée (figures 4a et 4b) par l'intermédiaire d'un dispositif de déplacement commandé formant les moyens d'entrainement. [0043] En référence aux figures 4b, Sa et 5b, le squelette 12 est formé de plusieurs tiges 13, 13', 13" (trois sur les figures 4b, Sa et 5b) reliées entre elles au niveau de l'une de leurs extrémités par un arbre 14 formant l'axe de pivotement du squelette 12. Cet arbre 14 est solidaire du dispositif de déplacement commandé, formé dans ce deuxième mode de réalisation par un moyen d'entrainement à rotation motorisé ménagé dans le carénage de la voiture de queue 20 du premier véhicule 2. [0044] Le déflecteur 10 comprend en outre un film en matériau élastique 15 en partie so- lidarisé au carénage de la voiture de queue 20 du premier véhicule 2 et dont une partie libre recouvre le squelette rigide 12. Plus précisément ce film élastique 15, par exemple un film en élastomère de type polyuréthane ou néoprène, est disposé sur la partie du carénage de la voiture de queue 20 du premier véhicule 2 de manière à recouvrir le squelette 12 en épousant la forme du carénage, et est solidarisé au carénage par exemple par collage au niveau des bords longitudinaux dudit film élastique 15. [0045] La partie du film élastique 15 recouvrant le squelette 12 est donc libre, si bien que le 8 déploiement du squelette 12 par le moyen d'entrainement considéré déforme le film élastique 15 pour former un appendice aérodynamique 11. [0046] A l'inverse, lorsque le squelette 12 est dans sa position repliée, le film élastique 15 reprend sa forme au repos en épousant le contour du carénage de la voiture de queue 20 du premier véhicule 2. [0047] Lorsque le train 1 ne comprend qu'une rame, les moyens de détection qui ne détectent aucune autre rame envoie cette information aux moyens de commande qui maintiennent le squelette 12 en position repliée quelle que soit la vitesse du train 1. [0048] En revanche, lorsque le train 1 comprend au moins une seconde rame 3, les moyens de détection 8 détectent cette seconde rame 3 et envoie cette information aux moyens de commande, qui pilotent le déploiement du squelette 12 lorsque la vitesse du train 1 dépasse la vitesse seuil, la vitesse étant mesurée en continu par exemple par le capteur de pression 7h ménagé sur la voiture de queue 20 du premier véhicule 2. [0049] Dans cette position déployée, et à l'instar de l'aileron 6a du premier mode de réa- lisation de l'invention, l'appendice aérodynamique 11 formé par le squelette 12 en position déployée sous le film élastique 15 dévie le flux d'air F et permet la génération d'une bulle de recirculation d'air à basse pression dans l'espace existant entre les deux voitures d'extrémité 20, 30 respectivement des premier et second véhicule 2, 3. 11 en résulte une diminution de la tramée aérodynamique au niveau de la jonction 4 entre les deux rames 2, 3 du train 1. [0050] En référence à la figure 6, le système de déflection d'air 5c va être démit selon un troisième mode de réalisation. [0051] A l'instar du premier mode de réalisation, le déflecteur dans ce troisième mode de réalisation est formé par un aileron 6c monté à pivotement sur le carénage de la voiture de queue 20 du premier véhicule 2. Cet aileron 6c est ainsi mobile entre sa position repliée inactive et sa position déployée active (figure 6). [0052] Cependant et contrairement au premier mode de réalisation, les moyens d'entrainement 9c ne sont pas formés par un vérin électrique 9a mais par un conduit d'air ménagé 16 dans le carénage de la voiture de queue 20 du premier véhicule 2. L'aileron 6c recouvre, en position repliée, la sortie d'air 17 de ce conduit 16. Le conduit d'air 16 comprend en outre une prise d'air 18, par exemple une écope, qui recouvre l'entrée d'air du conduit 16 et qui est agencée sur le carénage de sorte que son ouverture d'admission d'air 19 soit orientée selon le sens de déplacement D du premier véhicule 2. [0053] Ainsi, dès que le premier véhicule 2 se déplace, sa vitesse relative par rapport à la masse d'air environnante permet l'engouffrement d'air dans l'écope 18 vers le conduit d'air 16 à une vitesse sensiblement égale à la vitesse du train. Cet air en déplacement 20 dans le conduit 16 exerce une pression sur l'aileron 6c qui tend à être entrainé vers 9 sa position déployée. [0054] La pression d'air exercée sur l'aileron 6c doit néanmoins être suffisante pour déployer l'aileron 6c, c'est-à-dire dépasser une pression seuil : au-dessus de la pression seuil, l'aileron 6c est dans sa position déployée ; en-dessous de la pression seuil, il demeure dans sa position repliée. [0055] Cette pression d'air seuil est directement corrélée à une vitesse seuil de déplacement d'air 20 dans le conduit 16, et donc à la vitesse seuil de déplacement du train 1. Les caractéristiques du conduit d'air 16 (notamment sa section), de l'écope 18 (la section de son ouverture) et de l'aileron 6c (notamment son poids) permettent de déterminer la vitesse seuil du train 1, à partir de laquelle la pression exercée par l'air 20 provenant du conduit 16 sur la surface inférieure de l'aileron 6c, est suffisante pour induire l'entraincment de l'aileron 6c vers sa position déployée. [0056] Le déploiement de l'aileron 6c dans ce troisième mode de réalisation étant du type passif, les moyens d'entrainement 9c comprennent un dispositif de blocage (non représenté) de l'aileron 6c en position repliée lorsqu'aucun autre véhicule n'est solidarisé au premier véhicule 2. [0057] Ainsi, lorsque le train 1 ne comprend qu'une rame, les moyens de détection qui ne détectent aucune autre rame envoie cette information aux moyens de commande qui actionnent les moyens de blocage pour verrouiller l'aileron 6c et le maintenir en position repliée quelle que soit la vitesse du train 1. [0058] En revanche, lorsque le train 1 comprend au moins une seconde rame, les moyens de détection 8 détectent cette seconde rame et envoie cette information aux moyens de commande, qui actionnent les moyens de blocage pour déverrouiller l'aileron 6c. Ainsi, dès que le train 1 dépasse la vitesse seuil prédéterminée, l'aileron est déployé par la pression de l'air 20 provenant du conduit 16 exercée sur la surface dudit aileron 6c. [0059] Dans cette position déployée, l'aileron 6c dévie le flux d'air F et permet la génération d'une bulle de recirculation d'air à basse pression dans l'espace existant entre les deux voitures d'extrémité 20, 30 respectivement des premier et second véhicule 2, 3. Il en résulte une diminution de la traînée aérodynamique au niveau de la jonction 4 entre les deux rames du train 1. [0060] Le système de déflection d'air Sa - 5c de l'invention permet donc, en cas de détection de second véhicule 3 longitudinalement solidarisé au premier véhicule 2 (typiquement un train à rames multiples), d'entrainer le déflecteur 6a, 6c, 10 vers sa position déployée pour réduire la trainée aérodynamique au niveau de la jonction 4 entre les véhicules 2, 3. A l'inverse, pour un train à rame unique, les moyens d'entrainement 9a, 9c maintiennent le déflecteur 6a, 6c, 10 en position repliée, quelle que soit la vitesse du trahi 1. [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6]