Brevet FR3121412A1 — publié le 20221007

Véhicule ferroviaire avec surface aérodynamique La présente invention concerne un véhicule ferroviaire comprenant une première voiture, ladite première voiture comprenant une première enveloppe externe (30) destinée à faciliter un écoulement d’air le long du véhicule ferroviaire, ladite première enveloppe externe comprenant une première surface (32) et une pluralité de première fossettes (34) arrangées sur ladite première surface. Le véhicule ferroviaire comprend en outre une deuxième voiture, alignée avec ladite première voiture et comprenant une deuxième enveloppe externe (30) destinée à faciliter un écoulement d’air le long du véhicule ferroviaire, ladite deuxième enveloppe externe comprenant une deuxième surface (32) et une pluralité de deuxième fossettes (34) arrangées sur ladite deuxième surface, chaque première ou deuxième fossette formant une cavité dans la première ou la deuxième surface, les premières et deuxièmes fossettes présentant des dimensions différentes. Figure pour l'abrégé : Figure 2 Véhicule ferroviaire avec surface aérodynamique La présente invention concerne un véhicule ferroviaire, du type comprenant une première voiture, ladite première voiture comprenant une première enveloppe externe destinée à faciliter un écoulement d’air le long du véhicule ferroviaire, ladite première enveloppe externe comprenant une première surface et une pluralité de première fossettes arrangées sur ladite première surface. Lors du déplacement d’un train à grande vitesse, le frottement de l’air sur les parois du train génère un effort important s’opposant audit déplacement. Cet effort est connu sous le nom de traînée de frottement. Il est connu de faciliter l’écoulement de l’air dans un véhicule en déplacement, en disposant sur sa surface externe des alvéoles ou fossettes, comme sur la surface des balles de golf. Un tel véhicule est notamment décrit dans le document WO2004/083651. Cependant, lors du déplacement d’un train de grande longueur, l’effet des frottements de l’air varie sur la longueur de la rame. La présente invention a pour but de proposer une surface aérodynamique pour véhicule ferroviaire, permettant une optimisation de l’écoulement de l’air sur l’ensemble du véhicule. A cet effet, l’invention a pour objet un véhicule ferroviaire du type précité, comprenant en outre une deuxième voiture, reliée à la première voiture et alignée avec ladite première voiture selon une direction de déplacement du véhicule, ladite deuxième voiture comprenant une deuxième enveloppe externe destinée à faciliter un écoulement d’air le long du véhicule ferroviaire, ladite deuxième enveloppe externe comprenant une deuxième surface et une pluralité de deuxième fossettes arrangées sur ladite deuxième surface, chaque première ou deuxième fossette formant une cavité dans la première ou la deuxième surface, les premières et deuxièmes fossettes présentant des dimensions différentes. Suivant d’autres aspects avantageux de l’invention, le véhicule ferroviaire comporte l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - la deuxième voiture est située derrière la première voiture selon un sens de déplacement du véhicule ; et des dimensions des deuxièmes fossettes de la deuxième voiture sont supérieures à des dimensions des premières fossettes de la première voiture ; - chaque première ou deuxième fossette comporte une zone centrale entourée d’une zone périphérique, chacune desdites zones centrale et périphérique ayant une forme sensiblement circulaire ; - la zone centrale présente une forme concave et la zone périphérique présente une courbure convexe ; - les fossettes de la première et/ou de la deuxième voiture sont disposées sur la première surface selon un motif constant ; - des centres des fossettes forment des premiers alignements selon la direction de déplacement, avec une distance constante entre deux centres consécutifs d’un même premier alignement ; - la distance Lx entre deux centres consécutifs est choisie en fonction d’un diamètre D des fossettes, de sorte que Lx/D est compris entre 1,74 et 4,0 ; - les centres des fossettes forment des deuxièmes alignements selon une direction perpendiculaire à la direction de déplacement, avec une distance Ly constante entre deux centres consécutifs d’un même deuxième alignement, choisie de sorte que Ly/Lx est compris entre 0,5 et 2,0. - au moins l’une des première et deuxième voitures comporte un panneau composite, ledit panneau composite comprenant une couche de cœur disposée entre une peau interne et une peau externe, des premières ou deuxièmes fossettes étant arrangées sur la peau externe, ladite peau externe formant ainsi au moins partiellement la première ou la deuxième enveloppe externe ; - au moins l’une des première et deuxième enveloppes externes est recouverte d’un revêtement hydrophobe (60) ; - le véhicule ferroviaire comprend en outre une troisième voiture reliée aux première et deuxième voitures, ladite troisième voiture comprenant une troisième enveloppe externe, la deuxième voiture étant disposée entre les première et troisième voitures, la troisième enveloppe externe de la troisième voiture comprenant une première surface et une pluralité de premières fossettes arrangées sur ladite première surface ; - le véhicule ferroviaire comprend en outre une quatrième voiture disposée entre la deuxième et la troisième voitures, ladite quatrième voiture comprenant une quatrième enveloppe externe, la quatrième enveloppe externe de la quatrième voiture comprenant une deuxième surface et une pluralité de deuxième fossettes arrangées sur ladite deuxième surface. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels : la est une vue schématique d’un véhicule ferroviaire selon un mode de réalisation de l’invention ; la est une vue d’un élément du véhicule de la ; la est une vue de détail, en coupe, de l’élément de la ; et la est une vue de détail, en coupe, du véhicule ferroviaire de la selon un mode particulier de réalisation. La représente un véhicule ferroviaire 10 selon un mode de réalisation de l’invention. Le véhicule ferroviaire 10 s’étend sensiblement selon une direction X, correspondant à une direction de déplacement du véhicule. Le véhicule ferroviaire 10 est formé d’une pluralité de voitures reliées les unes aux autres et alignées selon la direction X. En particulier, le véhicule ferroviaire 10 comporte une première 12 et une deuxième 112 voitures d’extrémité, formant les extrémités dudit véhicule 10 selon X. Dans le mode de réalisation représenté, chacune des voitures d’extrémité 12, 112 est une motrice apte à mettre en mouvement le véhicule 10. Ainsi, le véhicule 10 est apte à se déplacer selon X dans les deux sens, sous l’effet d’une traction de la voiture d’extrémité 12, 112 se trouvant à l’avant. Le véhicule ferroviaire 10 comporte en outre plusieurs voitures intermédiaires disposées entre les première 12 et deuxième 112 voitures d’extrémité. Dans le mode de réalisation représenté, lesdites voitures intermédiaires comportent des voitures 14, 16 et 18 formant respectivement un premier, un deuxième et un troisième groupe. Plus précisément, le véhicule ferroviaire 10 comporte : deux voitures 14 du premier groupe, chaque voiture 14 étant adjacente à l’une des voitures d’extrémité 12, 112 ; deux voitures 16 du deuxième groupe, chaque voiture 16 étant adjacente à une voiture 14 du premier groupe ; et deux voitures 18 du troisième groupe, chaque voiture 18 étant adjacente à une voiture 16 du deuxième groupe. Les deux voitures 18 sont adjacentes l’une à l’autre. On considère que les deux voitures intermédiaires 14, 16, 18 de chaque groupe sont sensiblement identiques l’une à l’autre. Dans le mode de réalisation représenté, on considère par ailleurs que les première 12 et deuxième 112 voitures d’extrémité sont sensiblement identiques. Le véhicule ferroviaire 10 est donc sensiblement symétrique par rapport à un plan perpendiculaire à X et passant entre les deux voitures 18 du troisième groupe. On considère un déplacement à grande vitesse du véhicule ferroviaire 10 dans lequel la première voiture d’extrémité 12 forme une extrémité avant 19 dudit véhicule. Dans un véhicule ferroviaire analogue, issu de l’état de la technique, un tel déplacement à grande vitesse induit une traînée de frottement qui génère la formation d’une couche limite d’air autour du véhicule. La forme d’une telle couche limite 20 est représentée schématiquement sur la . Une hauteur 22, 24 de la couche limite 20 augmente avec une distance selon X par rapport à la motrice 12. Le véhicule ferroviaire 10 selon l’invention est configuré pour prévenir la formation de la couche limite 20 afin de diminuer la traînée de frottement. A cet effet, chaque voiture d’extrémité 12, 112 et chaque voiture intermédiaire 14, 16 et 18 du véhicule ferroviaire 10 comporte une enveloppe externe 30 destinée à faciliter un écoulement d’air le long du véhicule ferroviaire 10. Les figures 2 et 3 montrent des vues de l’enveloppe externe 30 de l’une des voitures du véhicule ferroviaire 10. L’enveloppe externe 30 comporte une surface 32, sensiblement lisse, et une pluralité de fossettes 34 ménagées dans ladite surface 32. La montre une vue en coupe d’une fossette 34. Ladite fossette 34 forme une cavité dans la surface 32. On considère que ladite surface 32 est sensiblement plane à proximité immédiate de la fossette 34. Plus précisément, on considère que ladite surface 32 est située dans un plan (X, Y), les directions X et Y étant perpendiculaires. X est la direction de déplacement du véhicule 10, qui correspond à une direction d’écoulement de l’air le long de l’enveloppe externe 30. De préférence, la fossette 34 comporte une zone centrale 36 entourée d’une zone périphérique 38. Chacune des zones centrale 36 et périphérique 38 a une forme sensiblement circulaire en projection dans le plan (X, Y). La zone centrale 36, concave, a notamment la forme d’une portion de sphère d’un premier rayon R1. On note h une profondeur maximale de la zone centrale 36 par rapport à la surface 32. La profondeur h correspond à un centre 40 de ladite zone centrale 36, considéré dans la suite de la description comme un centre 40 de la fossette 34. La zone périphérique 38 relie la zone centrale 36 à la surface 32. Ladite zone périphérique a une forme convexe, notamment la forme d’une portion de tore d’un deuxième rayon R2. De préférence, R2 est inférieur à R1. Dans le plan de coupe de la , une courbure du fond de la fossette 34 marque une inflexion au niveau d’une jonction 42 entre la zone centrale 36 et la zone périphérique 38. On note D un diamètre de la fossette 34, mesuré au niveau d’une jonction 44 entre la zone périphérique 38 et la surface 32. De préférence, les fossettes 34 sont disposées sur la surface 32 selon un motif constant. Plus préférentiellement, comme représenté sur la , les centres 40 des fossettes 34 forment des alignements selon X. Une distance entre deux centres 40 consécutifs selon X est notée Lx. Par ailleurs, préférentiellement, les centres 40 des fossettes 34 forment des alignements selon Y. Une distance entre deux centres 40 consécutifs selon Y est notée Ly. De préférence, pour une valeur D du diamètre de la fossette 34, l’enveloppe externe 30 est configurée telle que Lx/D est compris entre 1,74 et 4,0. Par ailleurs, de préférence, l’enveloppe externe 30 est configurée telle que Ly/Lx est compris entre 0,5 et 2,0. De manière préférentielle, Ly/Lx = . Comme dans le mode de réalisation représenté à la , les centres 40 des fossettes 34 forment alors des triangles équilatéraux. Selon l’invention, une forme de l’enveloppe externe 30 des voitures du véhicule ferroviaire 10 varie en fonction de la distance avec l’extrémité avant 19 dudit véhicule. La forme de la couche limite liée à la traînée de frottement peut ainsi être optimisée sur une plus grande longueur du véhicule. En particulier, l’enveloppe externe 30 des voitures intermédiaires 14, 16, 18 comporte des fossettes 34 présentant des dimensions D, h supérieures aux dimensions des fossettes 34 des voitures d’extrémité 12, 112. Préférentiellement, les dimensions D, h des fossettes 34 d’une voiture intermédiaire 14, 16 proche d’une voiture d’extrémité 12, 112 sont inférieures aux dimensions D, h des fossettes 34 d’une voiture intermédiaire 16, 18 plus éloignée d’une voiture d’extrémité. Des exemples de dimensions D, h des fossettes 34 sont indiqués dans le tableau 1 ci-dessous, pour chaque voiture d’extrémité 12, 112 ou voiture intermédiaire 14, 16, 18 du véhicule ferroviaire 10 précédemment décrit [Table 1] : Voiture 12, 112 14 16 18 h (mm) 1,3 1,65 2,0 2,2 D (mm) 42,3 55 65,7 74,3 Tableau 1 De telles valeurs correspondent notamment à une optimisation de l’écoulement de l’air pour un véhicule ferroviaire 10 destiné à circuler alternativement dans les deux sens de circulation, la première 12 ou la deuxième 112 voiture d’extrémité jouant le rôle de la motrice. Selon un autre exemple de réalisation, des exemples de dimensions D, h des fossettes 34 sont indiqués dans le tableau 2 ci-dessous, en fonction d’une distance d selon X avec l’extrémité avant 19 du véhicule ferroviaire 10 [Table 2] : d (m) d € [20 ;40] ou d € [160 ;180] d € [40 ;60] ou d € [140 ;160] d € [60 ;80] ou d € [120 ;140] d € [80 ;120] h (mm) 1,3 1,65 2,0 2,2 D (mm) 42,3 55 65,7 74,3 Tableau 2 De telles valeurs correspondent notamment à une optimisation de l’écoulement de l’air pour les 100 premiers mètres d’un véhicule ferroviaire 10 d’environ 200 mètres, pour un déplacement à 300 km/h environ. Selon des variantes non représentées de l’invention, le véhicule ferroviaire comporte un plus grand nombre, ou au contraire un moins grand nombre, de voitures intermédiaires entre les voitures d’extrémité 12, 112. Cependant, de préférence, lesdites voitures intermédiaires sont configurées de sorte que les dimensions D, h de leurs fossettes 34 augmentent avec l’éloignement de la voiture correspondante avec une voitures d’extrémité. De préférence, les dimensions des fossettes 34 du véhicule ferroviaire varient de manière symétrique par rapport à un plan perpendiculaire à X. Selon une autre variante non représentée de l’invention, le véhicule ferroviaire comporte une seule motrice 12 et une pluralité de voitures 14, 16, 18 reliées à ladite motrice. La motrice 12 présente des fossettes 34 avec des dimensions D, h minimales. Les dimensions D, h des fossettes 34 des voitures 14, 16, 18 augmentent avec l’éloignement de chaque voiture d’avec la motrice 12. Un tel véhicule ferroviaire, correspondant à une partie du véhicule 10 décrit ci-dessus, est destiné à circuler selon un seul sens de déplacement. Les fossettes 34 de l’enveloppe externe 30 des voitures du véhicule ferroviaire peuvent être réalisées dans la surface 32 selon plusieurs méthodes. Des méthodes possibles sont par exemple le poinçonnage de la surface 32, l’abrasion mécanique d’une couche métallique ou l’abrasion d’une couche de revêtement de surface. Il est également possible d’ajouter sur la voiture un revêtement dans lequel sont formées les fossettes, tel qu’un revêtement fluide mis en forme avant durcissement, ou un film solide collé à la voiture. Les fossettes 34 peuvent également être réalisées par impression 3D sur la voiture. Selon un mode de réalisation préférentiel, tel que représenté sur la , le véhicule ferroviaire 10 comporte au moins un panneau composite 50, ledit panneau composite formant une paroi extérieure d’une voiture d’extrémité 12, 112 ou d’une voiture intermédiaire 14, 16, 18. Le panneau composite 50 est une structure de type sandwich, comprenant une couche de cœur 52 disposée entre une peau interne 54 et une peau externe 56. La couche de cœur 52, destinée par exemple à des fonctions d’isolation thermique et/ou phonique, est par exemple formée de mousse, de balsa ou de liège. Chacune des peaux interne 54 et externe 56 est formée d’une feuille métallique, par exemple de type aluminium ou acier inoxydable. La peau interne 54, orientée vers l’intérieur de la voiture 12, 112, 14, 16, 18, présente de préférence une surface 58 lisse. La peau externe 56 fait partie de l’enveloppe externe 30 du véhicule ferroviaire 10. En particulier, des fossettes 34 telles que décrites précédemment sont ménagées dans l’épaisseur de ladite peau externe 56. Les fossettes 34 sont par exemple réalisées par emboutissage ou écrouissage de la peau externe 56. En outre, selon un mode de réalisation de l’invention, tel que représenté sur la , l’enveloppe externe 30 du véhicule ferroviaire 10 est recouverte d’un revêtement hydrophobe 60. Un tel revêtement évite la rétention de pollution solide, de type poussière, qui risquerait à terme de boucher les fossettes 34. Un tel revêtement hydrophobe, de type cire ou vernis déperlant, est par exemple déposé par projection sur l’enveloppe externe 30. Il permet de prolonger dans le temps l’efficacité de l’architecture aérodynamique du véhicule ferroviaire 10. Véhicule ferroviaire (10) comprenant une première voiture (12), ladite première voiture comprenant une première enveloppe externe (30) destinée à faciliter un écoulement d’air le long du véhicule ferroviaire, ladite première enveloppe externe comprenant une première surface (32) et une pluralité de première fossettes (34) arrangées sur ladite première surface, le véhicule ferroviaire étant caractérisé en ce qu’il comprend en outre une deuxième voiture (14), reliée à la première voiture et alignée avec ladite première voiture selon une direction (X) de déplacement du véhicule, ladite deuxième voiture comprenant une deuxième enveloppe externe (30) destinée à faciliter un écoulement d’air le long du véhicule ferroviaire, ladite deuxième enveloppe externe comprenant une deuxième surface (32) et une pluralité de deuxième fossettes (34) arrangées sur ladite deuxième surface, chaque première ou deuxième fossette formant une cavité dans la première ou la deuxième surface, les premières et deuxièmes fossettes présentant des dimensions (D, h) différentes. Véhicule ferroviaire selon la revendication 1, dans lequel : la deuxième voiture (14) est située derrière la première voiture (12) selon un sens de déplacement du véhicule ; et des dimensions (D, h) des deuxièmes fossettes (34) de la deuxième voiture (14) sont supérieures à des dimensions (D, h) des premières fossettes de la première voiture (12). Véhicule ferroviaire selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chaque première ou deuxième fossette (34) comporte une zone centrale (36) entourée d’une zone périphérique (38), chacune desdites zones centrale et périphérique ayant une forme sensiblement circulaire. Véhicule ferroviaire selon la revendication 3, dans lequel la zone centrale (36) présente une forme concave et la zone périphérique (38) présente une courbure convexe. Véhicule ferroviaire selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les fossettes (34) de la première (12) et/ou de la deuxième (14) voiture sont disposées sur la première surface (32) selon un motif (Lx, Ly) constant. Véhicule ferroviaire selon la revendication 5, dans lequel des centres (40) des fossettes (34) forment des premiers alignements selon la direction (X) de déplacement, avec une distance (Lx) constante entre deux centres consécutifs d’un même premier alignement. Véhicule ferroviaire selon la revendication 6, dans lequel la distance (Lx) entre deux centres consécutifs est choisie en fonction d’un diamètre (D) des fossettes, de sorte que Lx/D est compris entre 1,74 et 4,0. Véhicule ferroviaire selon l’une des revendications 6 ou 7, dans lequel les centres (40) des fossettes (34) forment des deuxièmes alignements selon une direction (Y) perpendiculaire à la direction de déplacement, avec une distance (Ly) constante entre deux centres consécutifs d’un même deuxième alignement, choisie de sorte que Ly/Lx est compris entre 0,5 et 2,0. Véhicule ferroviaire selon l’une des revendications précédentes, dans lequel au moins l’une des première et deuxième voitures comporte un panneau composite (50), ledit panneau composite comprenant une couche de cœur (52) disposée entre une peau interne (54) et une peau externe (56), des premières ou deuxièmes fossettes (34) étant arrangées sur la peau externe (56), ladite peau externe formant ainsi au moins partiellement la première ou la deuxième enveloppe externe (30). Véhicule ferroviaire selon l’une des revendications précédentes, dans lequel au moins l’une des première et deuxième enveloppes externes (30) est recouverte d’un revêtement hydrophobe (60).