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 Lois physiques pour la construction de Vélomobiles aérodynamiques

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clspace
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MessageSujet: Lois physiques pour la construction de Vélomobiles aérodynamiques   Ven 17 Mai 2013, 01:15

Bonjour,

je serais intéressé a créer réellement, ou au moins créer virtuellement un vélomobile qui aurait de bonnes caractéristiques physiques.
l'idée du VM que j'aimerais tester physiquement est très différent des modèles actuels : en fait, tout ce qu'ils auraient de commun est le fait qu'ils aient des pédales, une chaîne, deux roues avant et un siège couché je ne peut donc faire aucune comparaison avec un VM actuel. Sad

le problème c'est que je n'ai pas de simulateur informatique pour les VM. j'avais tenté XFLR5 sur windows juste avant que je passes sous linux.
ce logiciel est open source et pas mal techniquement, mais assez dur a maîtriser a mon sens, et je n'étais pas vraiment prêt a perdre le temps pour le maîtriser à fond. Embarassed

ce qui serais fun c'est qu'un logiciel de CAO (genre solidworks ou Inventor) puissent faire des calculs aérodynamiques, vu que j'aurais à tester 9 configurations à l'inverse de 3 pour le WAW et le Milan, 2 pour le go-one, 1 pour les Velomobiel, sans compter le fait que je devrais faire ceci aussi pour un vent qui ne vient pas seulement de face.
Ces logiciels seraient donc pratique dans le sens où il ne faudrait pas tout refaire pour changer de configuration, mais je ne sais pas si ils en sont capables Question


Idea ah sinon, mon prof de physique (qui est intéressé par les planeurs) nous as parlé de turbulateur qui serviraient à avoir un écoulement turbulent dans une zone de environ 1 mm d’épais autour de l'aile (dans l'air) appelée la couche limite.
cette couche limite existe bien sûr aussi pour les VM.
je sais que sur un planeur, en rajoutant les turbulateurs on peut gagner :
  1. 30% de l’énergie qui est perdue sans eux,
  2. une meilleure maniabilité.
si c'est idem aux planeurs, la vitesse gagnée n'est pas négligeable en VM.
Quelqu'un sait si c'est effectivement utile de rajouter un turbulateur sur un VM Question
la maniabilité est sensiblement égale grâce aux frottements avec la route.

Le but serais donc de simuler à l'aide d'un logiciel, ou au pire à la main :
  1. la portance
  2. la couche limite
  3. l'écoulement
  4. et autres
pour peut-être valider un système qui me semble plus stable que n'importe quel VM du marché, mais avec une aérodynamie proche des VM communs. en fait, je devrais quasiment refaire les calculs de Bulk, mais en suivant une autre vision des choses, et un autre cahier des charges. dans le cas des calculs à la main, ce serait bien si quelqu'un a les formules nécessaires sous la main ; genre un cours supérieur à bac+2, car mon cours de mécanique des fluides semble ne pas suffire.

au fait, si vous avez un logiciel simple à utiliser et gratuit qui n'est pas libre ou compatible linux (mais qui tourne sous windows) je peux quand même l'utiliser, je n'ai pas supprimé windows (seven), même si c'est plus lent, et m'obligerais à rebooter l'ordi pour l'utiliser.

et non, je ne peux rien demander à mon prof de phy, car nous nous entendons pas très bien, c'est dommage dans le sens ou il est passionné par la méca flux, mais si je le fais, il va en profiter pour me descendre
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MessageSujet: Re: Lois physiques pour la construction de Vélomobiles aérodynamiques   Ven 17 Mai 2013, 09:19

Sauf erreur de ma part, l'effet d'un turbulateur ne peut-être perceptible que dans le cas d'écoulements laminaires, sur des profils déjà peu "trainants".
Sur un véhicule terrestre "homo-propulsé", je pense que les efforts de recherches seront optimisés dans d'autres directions.
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knight
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MessageSujet: Re: Lois physiques pour la construction de Vélomobiles aérodynamiques   Ven 17 Mai 2013, 11:43

Bonjour,
Le seul exemple que je connaisse de turbulateur sur véhicule terrestre est sur la bulle de cockpit du véhicule solaire « Spirit of Biel/Bienne 2 ». La bulle étant relativement courte (pour ne pas pénaliser l’ensoleillement du panneau qui se trouve derrière), le but était sans doute d’éviter le décollement de la couche limite.

On peut voir la bande en zig-zag là, environ au 2/3 de la bulle :



Il me semble que l’utilité de ce genre d’artifice doit être assez marginale.

Pour les logiciels CFD, n’y a-t-il pas aussi Openfoam sous Linux ? Et il me semble que Solidworks a un module CFD. Mais je crains qu’il n’y ait pas de logiciel facile d’accès dans ce domaine.

Pour le reste, peut-on voir quelques détails ? S’agit-il d’un VM 4 roues ?

Sinon, sans être spécialiste, j’avoue que la lecture du livre « The Leading Edge » est très instructive.

Bon courage.
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clspace
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MessageSujet: Re: Lois physiques pour la construction de Vélomobiles aérodynamiques   Ven 17 Mai 2013, 12:27

merci pour vos réponses. je vais voir ces logiciels, ce WE.
J'hésite à donner trop d'informations, dans le sens où je ne sais pas comment faire : ce serais peut être aussi un prototype virtuel (voire réel) pour une fabrication en moyenne/grande quantités.
je ne sais pas si je dois le breveter, ou si il y a un abr.ti qui va copier cette idée, et dans le doute, je préfère ne pas dire de trop. (je verrais la question de légalité plus tard, ou sinon je demandes directement les concepteurs du mosquito et ceux le mans, voir du milan comment ils ont fait).

ce que je peux dire c'est que c'est censé être un VM 4 roues (voir 5, enfin 7, ou 8 ou plus ) tout ceci dépend de la configuration utilisée : j'ai dit que ce serait un type de VM extrêmement différent des autres actuels
le but serait de faire le mieux possible, en ayant des remorques intégrées à la coque qui sont soit : des remorques réels comme pour les voitures, ou des sièges supplémentaires.

le but n'est pas de faire un VM léger, il serait motorisé, le but est de faire un moyen de transport nouveau, qui puisse encore mieux combler les automobilistes (pas d’essence, une assistance électrique, pas cher à l'achat ni à l'entretien, sécuritaire, pas d'assurance obligatoire, véhicule rapide, modulaire, et possibilité de stockage dans un très faible volume (entre 4 et 6 VM = volume d'une voiture), robuste, fiable, options comme sur les voitures,.... bref, quasiment que des avantages, (sauf si la batterie est vide)

le but est de convertir le plus d'automobilistes au VM pour le faire connaitre. plus tard, une partie va surement acheter des VM conventionnels, genre WAW, Milan, Go-one, Velomobiel, leiba .....
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MessageSujet: Re: Lois physiques pour la construction de Vélomobiles aérodynamiques   Ven 17 Mai 2013, 12:49

A propos des turbulateurs, voici quelques bribes de souvenirs :
Leur fonction c'est de forcer le passage de la couche laminaire au régime turbulent, afin d'éviter un décollement anticipé de la couche. Ce décollement accroit fortement la trainée. Mais attention, passer en régime turbulent accroit également la trainée. Il y a donc un compromis à faire.
En pratique, les turbulateurs ne sont efficaces qu'à bas Reynolds (modèles réduits par exemple). Il faut faire des expérimentations pour trouver la forme et le positionnement idéal. Sans ces efforts, le gain sera nul, et le bilan avec peut être pire que sans.
Autant sur une aile ils ont un intérêt en terme de sécurité pour retarder le décollement pour les fortes incidences, autant sur un VM je reste sceptique sur le gain possible (cela n'engage que moi).
Avant 2000, les logiciels d'aérodynamique numérique (même dans le milieu de la recherche) étaient trop imprécis pour permettre d'optimiser un turbulateur (mais depuis il y a peut être eu des progrès)
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clspace
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MessageSujet: Re: Lois physiques pour la construction de Vélomobiles aérodynamiques   Ven 17 Mai 2013, 13:01

après, c'est surtout que notre prof nous a dit que ca existait hier, je ne savais pas ce que c'étais avant, et donc je me suis dit que ca pourrait être cool sur un VM, mais je ne sais pas qi c'est vraiment extremement utile... tiens, je vais lui demander cet aprem. j'ai cours dans 10 min avec lui Sad
bon, sinon, le nombre de reynolds je ne sais pas encore ce que c'est, je vais le savoir ce soir, c'est l'objet du cours d'aujourd'hui.
La formule de ce nombre je l'ai vue, je m'en rappelle plus , mais elle m'est trop indigeste Wink
je pensais que dans l'eau ce nombre est plus élevé que l'air, et donc que ca dépendait que de du milieu environnant. on dirait que non.
je pensais justement que les VM sont comme les planeurs donc faible nombre de reynolds. et c'est vrai que le VM auquel j'ai pensé fait entre 3.5 et 4 m de long donc si c'est en fonction de la surface Sad
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MessageSujet: Re: Lois physiques pour la construction de Vélomobiles aérodynamiques   Ven 17 Mai 2013, 15:26

J'ai un ami qui a collé sur son avion ces fameux turbulateurs, en forme de U légèrement ouvert, et disposés tous les 60 cm, à environ 15 cm du bord d'attaque.

L'ami indique avoir senti une nette amélioration du taux de montée (avion biplace, vitesse de croisière : 120 km/h) et aussi une finesse plus marquée quand le moteur est au ralenti => en phase d'atterrissage, l'avion allonge plus.


Sur le site de Wim Schermer, on trouve des turbulateurs qui ont pour but d'améliorer la stabilité avec un vent fort... peut être une piste.


Cependant, L'aérodrome où je vole ne compte une bonne vingtaine de planeurs, plus des privés qui ont largement l'esprit de performance, de compète...et qui ont aussi des ronds pour se payer de superbes machine Cool ... je n'ai encore jamais vu de turbulateur ou quoi que ce soit du même principe, sur une aile de planeur...

pour le même effet (turbulateur) ils n'ont qu'à laisser les mouches écrasées là où elles sont ! jocolor
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clspace
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MessageSujet: Re: Lois physiques pour la construction de Vélomobiles aérodynamiques   Ven 17 Mai 2013, 18:19

daweed a écrit:

Sur le site de Wim Schermer, on trouve des turbulateurs qui ont pour but d'améliorer la stabilité avec un vent fort... peut être une piste.

Cependant, L'aérodrome où je vole ne compte une bonne vingtaine de planeurs, plus des privés qui ont largement l'esprit de performance, de compète...et qui ont aussi des ronds pour se payer de superbes machine Cool ... je n'ai encore jamais vu de turbulateur ou quoi que ce soit du même principe, sur une aile de planeur...
j'ai vu moi même un turbulateur sur le planeur perso de mon prof, en photo ; et d'après lui un planeur n'as pas le droit de voler sans, même si il l'as déjà fait Smile après, je ne fais que répéter ce que l'on me dit

par contre j'ai regardé le blog de Wim Schermer et je n'ai rien trouvé mis à part un article sur le mosquito, mais rien sur les turbulateurs. as tu un lien direct?

knight a écrit:

Pour les logiciels CFD, n’y a-t-il pas aussi Openfoam sous Linux ?
J'ai pas tenu jusqu'à ce WE, mais quand je voulais l'installer j'ai vu que j'ai un problème actuellement sur mon OS, donc je vais voir plus tard si'il se résout en rebootant, ou sinon je dois passer de Ubuntu 12.04 LTS à 12.10 voir direct à 13.04, mais avant il y a pas mal de sauvegardes à faire, et je dois aussi commencer à apprendre pour le DS de physique de demain. donc je vais voir samedi.
Quand au livre "The Leading Edge: Aerodynamic Design of Ultra-streamlined Land Vehicles" je n'ai rien trouvé sauf des sites d'achat, n'est il pas dispo gratuit quelque part sur le Web?
Au départ je pensais que oui, mais en fait, j'ai confondu avec "The World's Most Fuel Efficient Vehicle: Design and Development of Pac Car II" donc je ne sais pas en fait si'il est sur le Web.

toujours d'après mon prof, il n'y aurais pas de turbulateurs sur les voitures car la couche limite est trop petite et il n'y aurais pas de turbulateurs sur les ailerons des bateaux car on est déja en écoulement turbulant : cette dernière chose me parait bizzare scratch sauf si les VM ont effectivement aussi déja un écoulement turbulant, car c'est la même forme.
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MessageSujet: Re: Lois physiques pour la construction de Vélomobiles aérodynamiques   Ven 17 Mai 2013, 19:13

clspace a écrit:

as tu un lien direct?

Oui et oui
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MessageSujet: Re: Lois physiques pour la construction de Vélomobiles aérodynamiques   Ven 17 Mai 2013, 19:54

je pense que sur le waw , il y aurai un bel avantage à mettre un turbulateur devant les roues avant pour justement que la couche limite évite les frottements sur la partie de la roue qui est en sens inverse au sens de la marche ( moitié supérieure de la roue) mais sur le waw , le nez démontable crée déjà un peut cet effet ..
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MessageSujet: Re: Lois physiques pour la construction de Vélomobiles aérodynamiques   Ven 17 Mai 2013, 21:16

Il y a déjà eu une discussion sur un sujet connexe sur BentRiderOnLine.
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MessageSujet: Re: Lois physiques pour la construction de Vélomobiles aérodynamiques   Sam 18 Mai 2013, 08:28

Dans le cas des éléments qui dévient la couche limite au-dessus d'une ouverture, roue ou autre, il ne s'agit pas de turbulateurs. Dans le livre dont j'ai donné le titre plus haut, ils sont appelé "ramps". Je vous mets un scan à l'occasion.
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MessageSujet: Re: Lois physiques pour la construction de Vélomobiles aérodynamiques   Sam 18 Mai 2013, 09:01

Oui, là il s'agit alors plus de "déflecteur"


La géométrie de la balle de golfe révèle certains aspects de l'aérodynamisme et de la turbulence de sillage. La forme sphérique serait plus "pénétrante" avec tout ces petits creux.

la différence avec une balle lisse est impressionnante => trajectoire rectiligne et va trois fois plus loin.
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MessageSujet: Re: Lois physiques pour la construction de Vélomobiles aérodynamiques   Sam 18 Mai 2013, 09:14

mais pour cela , la balle de golf tourne sur elle même a grande vitesse , et c'est par effet magnus que la portance est crée

voici une image qui explique ça , mais pour un véhicule , j'ai des doutes ..
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MessageSujet: Re: Lois physiques pour la construction de Vélomobiles aérodynamiques   Sam 18 Mai 2013, 09:27

Exact, la balle tourne c'est un détail important.

..alors faudrait faire des tonneau en vm pour que le phénomène soit comparable... silent
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MessageSujet: Re: Lois physiques pour la construction de Vélomobiles aérodynamiques   Sam 18 Mai 2013, 15:42

Toujours prêt a jouer les cascadeurs Daweed !!!
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MessageSujet: Re: Lois physiques pour la construction de Vélomobiles aérodynamiques   Sam 18 Mai 2013, 17:09

Il suffirait donc de faire les enjoliveurs des roues avec des cavités comme les balles de golf pour aller plus vite ou moins lentement, c'est comme on peut
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MessageSujet: Re: Lois physiques pour la construction de Vélomobiles aérodynamiques   Dim 19 Mai 2013, 00:29

j'y ai déja pensé, mais les balles de golf sont sphérique. et la roue pas. peut etre que sur le pneu ca irai ?!

[mode HS ON]
@ joss76 je ne connais pas cet effet, mais la 1 ere chose qui me vient a l'esprit c'est : pourquoi la balle de golf tourne toujours dans le sens des aiguilles d'une montre?
[mode HS OFF]

quand au logiciel openfoam, j'avais peur au début (la commande : "sudo apt-get update" avait une erreur) mais au final je crois avoir réussi à l'installer, mais je n'arrive pas à l'ouvrir (je ne sais pas où il se trouve)
Je suis un peu retissant à faire une mise à niveau, (ayant du réinstaller le système la dernière fois) mais sinon, je la ferais durant que je dormirai après avoir fait une sauvegarde de mes logiciels...
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MessageSujet: Re: Lois physiques pour la construction de Vélomobiles aérodynamiques   Dim 19 Mai 2013, 00:34

j'ai roulé sur le waw avec un pneu ZIPP qui a des alvéoles !!! ( 70€ le pneus !!)
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MessageSujet: Re: Lois physiques pour la construction de Vélomobiles aérodynamiques   Dim 19 Mai 2013, 00:36

Citation :
pourquoi la balle de golf tourne toujours dans le sens des aiguilles d'une montre?

par rapport à quoi ??

ça dépend si on est droitier ou gaucher je suppose ...
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MessageSujet: Re: Lois physiques pour la construction de Vélomobiles aérodynamiques   Dim 19 Mai 2013, 00:44

@ joss 76 : tiens, je disais ça comme ça, je ne pensais pas que ce genre de pneu existait réellement y a t il vraiment une différence?

@ daweed : quand tu regardes le schéma tu vois que l'air descent bas, c'est pour cela que la portance existe (comme sur une aile d'avion) en haut il y a plus de chemin à parcourir. donc la balle monte, mais si la balle tourne dans l'autre sens l'air d'en bas remonte, donc il y a effet inverse, la balle de golf tombe juste un mètre plus loin Wink .
je ne suis pas sur de ce que j'avance, mais je pense que c'est les bâtons de golf (en bias ) qui lui donnent ce mouvement.
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MessageSujet: Re: Lois physiques pour la construction de Vélomobiles aérodynamiques   Dim 19 Mai 2013, 00:48

en effet , la zone de contact étant incliné , cela provoque une rotation de la balle

pour le pneu , voici la photo

je sais que le vélo roulais plutôt bien , mais j'avais quand même un moteur .. (il faut demander à Daweed , il a roulé avec moi ^^)
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MessageSujet: Re: Lois physiques pour la construction de Vélomobiles aérodynamiques   Dim 19 Mai 2013, 00:50

Énorme Wink ce sont des pneus pleins en plus?
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MessageSujet: Re: Lois physiques pour la construction de Vélomobiles aérodynamiques   Dim 19 Mai 2013, 00:51

non , pneus en 700 à chambre, tout ce qu'il y a de courant ( heureusement je ne l'ai payé que 10€)
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MessageSujet: Re: Lois physiques pour la construction de Vélomobiles aérodynamiques   Dim 19 Mai 2013, 10:52

daweed a écrit:
Citation :
pourquoi la balle de golf tourne toujours dans le sens des aiguilles d'une montre?

par rapport à quoi ??

ça dépend si on est droitier ou gaucher je suppose ...


Pour ça il faut regarder l'influence de la force de Coriolis
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MessageSujet: Re: Lois physiques pour la construction de Vélomobiles aérodynamiques   Aujourd'hui à 08:38

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