Étude expérimentale des interactions aérodynamiques pneu/véhicule

Experimental Study of Wheel-Vehicle Aerodynamic Interactions

• Auteur / Autrice : Yifei Wang
• Direction : Jacques Borée, Christophe Sicot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique, thermique, combustion
• Date : Soutenance le 29/03/2019
• Etablissement(s) : Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Manufacture française des pneumatiques Michelin
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pprime / PPRIME
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent-Emmanuel Brizzi, Vincent Herbert, Thomas Castelain, Mathieu Grandemange
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sandrine Aubrun-Sanches, Martin Passmore

Mots clés

Mots clés contrôlés

Turbulence

Portance

Traînée (aérodynamique)

Sillage (aérodynamique)

Automobiles -- Aérodynamique

Véhicules automobiles -- Pneus

Mots clés libres

Pression au culot

Soubassement

Base pressure

Underbody

Résumé

Sur une maquette à l’échelle 2/5ième équipée d’un diffuseur et de pneus Michelin. La géométrie du véhicule, basée sur le modèle ASMO, a été modifiée précédemment à ce travail afin d’obtenir un angle d’attaque de l’écoulement sur les roues avant et un équilibre du sillage réaliste en présence de quatre roues tournantes. Cette configuration a servi de référence dans le cadre de cette étude.Il a été mis en évidence que la configuration de base avec un sillage équilibré peut facilement être modifiée d’un point de vue aérodynamique en changeant l’état des roues (en rotation ou pas) et le type de pneumatique, en particulier sur l’essieu arrière. Cela provient d’un effet global et d’une sensibilité importante de l’équilibre du sillage aux changements de débit au soubassement. A contrario, lorsque le sillage du véhicule se trouve déséquilibré, il devient plus robuste par rapport à des perturbations de soubassement comme un changement d’état des roues ou une modification des pneumatiques. Si l’on supprime les quatre roues ou uniquement les deux roues avant, le débit de quantité de mouvement au soubassement est grandement augmenté. Par contre, si l’on supprime le diffuseur (changement important de la géométrie du véhicule), celui-ci s’en trouve nettement réduit. Dans ces deux configurations, le sillage est très fortement déséquilibré vers le sol et devient indépendant aux modifications apportées sur les roues.Il a également été mis en évidence un effet plus local du sillage des roues sur la portance et la traînée du véhicule.En effet, la zone de dépression dans le sillage des roues avant a un effet sur la portance alors que le sillage des roues arrière pilote en partie la pression au culot et donc la traînée. Il a ainsi été observé une augmentation importante de la traînée du véhicule lorsque le sillage des roues arrière, non fermé, venait en interaction directe avec le sillage du véhicule.

The thesis aims to provide a better understanding of the wheel-vehicle interaction, via experimental investigations on a 2/5-th scale vehicle with an underbody diffuser and 2/5-th scale wheels equipped with Michelin tires. The vehicle geometry, based on ASMO model, was modified prior to the PhD work, in order to achieve a reasonable front wheel yaw angle, and a realistic wake balance with four rotating wheels. It is the baseline configuration in the scope of this work.The findings demonstrate that the well-balanced wake of the baseline configuration can be easily modified by different wheel states or tire modifications, especially at the rear axle. This results from a global effect of the underbody momentum modifications, i.e. a high wake sensitivity to the underbody flow. On the contrary, when the vehicle mean wake develops into a non-balanced topology, it is more robust towards underbody perturbations such as different wheel states or tire modifications. By eliminating four wheels or front wheels, the underbody momentum flux is vastly increased; by eliminating the underbody diffuser, which is a vehicle geometry modification, the underbody momentum flux is significantly reduced. In these two circumstances, one can observea robust downwash from the roof, independent of the wheel states or tire modifications. Besides, there is a more local effect of the wheels near wakes on the aerodynamic lift and drag of the vehicle. Low pressure regions in the underbody downstream the front wheels have an effect on vehicle lift. The rear wheels impose pressure conditions on the vehicle base, influencing the vehicle drag. Particularly, the merging of nonclosed mean wakes of the rear wheels with the vehicle wake can give rise to strong penalty in vehicle drag.