Lors des essais de pré-saison à Barcelone, vous observez différents outils de mesure aérodynamique, de déplacement, de températures et déformation, passons tous ces outils en revue.
Mais avant cela revenons en matière d'aérodynamique aux fondamentaux, comment agit le flux d'air sur et sous une monoplace :
L'effet de sol :
Grâce à la circulation d'air sous l'auto et un fond plat parfaitement étanche, il est possible de créer une dépression sous l'auto, le diffuseur arrière se chargeant d’accélérer l’éjection du flux d'air afin d'augmenter l'effet de sol. Nous avons réalisé un schéma afin de faciliter la compréhension :
Le flux d'air circulant sous l'aileron commencera par créer une dépression du fait de sa hauteur par rapport au sol, sous le museau il y a plus d'espace donc la dépression faiblira, une fois ce même flux circulant sous le spitter de fond plat la dépression va s'accentuer, car l'espace disponible pour sa circulation s'est considérablement réduit, mais faiblira sur la distance du fond plat jusqu'aux trois-quarts arrière où le diffuseur accélérant l’éjection du flux aura pour effet de renforcer le vide créé donc la dépression. Il est à retenir qu'un flux d'air rapide passant sous une surface étanche produira un effet de vide. Astuce initiée par Red Bull Racing le "Rake", c'est a dire de lever bien plus l'arrière de l'auto par rapport à l'avant a pour effet d’accélérer le flux d'air sous l'auto et ainsi de renforcer l'effet de sol, appliqué à petites mesures désormais par toutes les écuries.
Il est notable de préciser que cela est un effet de plaquage aérodynamique dit "gratuit ", car il ne provoque pas de trainée ou d'appui de surface provoquant le ralentissement de l'auto subissant des forces opposées, donc tout ce qui peut être pris sous l'auto est bon à prendre, évidemment le règlement technique est très rigide concernant le design des fonds plat et l'emploi des patins de tungstène pour la création artificielle d'étincelle au profit du spectacle a contraint les équipes à réduire leurs Rake pour se soumettre au règlement technique.
Le museau court favorisant l'apport en air sous le museau et donc le volume d'air circulant sous le fond plat est à présent privilégié par les écuries, mais celui-ci peut avoir un effet néfaste qui est de créer un bourrage d'air (couche d'air ne pouvant pas circuler à l'instant T sous le diffuseur et en direction de la surface supérieure de ponton monte en pression et a pour effet de vouloir soulever l'avant de la voiture, pour limiter ce phénomène les écuries peuvent avoir recours à un Batwing comme Mercedes ou à un S-duct qui expulse une partie du flux d'air sur la carrosserie et qui servira à d'autres fins :
Batwing Mercedes , afin d'éviter le bourrage d'air, le flux d'air admit sous le museau est dirigé vers la base du splitter de fond plat.
S-Duct McLaren 2015 , capte l'air sous pression sous le museau pour l’éjecter sur la partie supérieure du museau.
Le S-duct expulsera donc une couche d'air le long de la partie avant du cockpit afin d'isoler cette partie du flux d'air naturel. C'est le rêve de tout ingénieur aérodynamicien de pouvoir isoler la carrosserie d'un véhicule des forces opposées lorsque qu'il circule à travers d'une couche d'air, la résistance émise par ces forces ralentissent la voiture, on appelle l'indice de pénétration dans l'air le cx. Les appendices aérodynamiques des monoplaces de F1 comme les winglets (ailettes) d'aileron avant et divers déflecteurs montés sur la carrosserie sont imaginés afin de canaliser les flux d'air afin de soit servir un autre élément ayant besoin d'un appui aérodynamique ou au contraire créer des couches d'air imperméables (comme par exemple des vortex) aux flux d'air naturel rencontré par l'auto en mouvement.
Sur le schéma ci-dessus, nous observons le flux d'air (flèches bleues) et les vectrices forces (flèches rouges) qui s'opposent au sens de circulation, chaque appui aérodynamique crée sur la voiture engendra une force d'appui quasi-verticale s'opposant donc au flux d'air naturel traversé. Savez-vous qu'avec toutes ces forces additionnées lorsqu'on lâche la pédale d’accélérateur d'une monoplace de F1 sans freiner, c'est comme si vous entamiez un freinage d'urgence avec votre voiture de série ?. Vous l'aurez compris, il revient aux ingénieurs aérodynamiciens de comprendre la pénétration de la monoplace dans l'air. Pour cela, ils utilisent des grillages équipés de sondes Pitots. Un pitot est une sonde issue de l'aéronautique afin de calculer une vitesse instantanée par rapport à la pression de l'air rencontrée.
détail sonde pitot
Air sous pression dans la sonde Pitot
L'air qui s'engage dans la sonde pitot fournira une indication de pression qui augmentera au fur et à mesure que l'auto prendra de la vitesse, donc la sonde montée sur le museau et à demeure sur les F1 , retranscris cette information de pression en vitesse. Mais en ce qui nous concerne pour la mesure aérodynamique, c'est bien la pression que l'on mesure. Le flux d'air en bleu sur le schéma ci-dessus sous pression appuiera sur un ressort dont la déformation sera analysée par un capteur électronique qui enverra ces informations via le câble électrique au calculateur chargé d'enregistrer la collecte de données.
En alignant en nombre sur un grillage, ces sondes autour de la carrosserie de l'auto, on mesurera la pression de l'air rencontré au fur et à mesure qu'on s'éloigne du corps de la voiture, le but étant, bien sûr, d'avoir une pression d'air rencontré bien moindre le long de la voiture que plus à l'extérieur ? Si cela se traduit ainsi à de bonnes proportions, les aérodynamiciens seront satisfaits, ils auront réussi grâce à divers éléments aérodynamiques à créer une couche d'air autour de la carrosserie l'isolant du flux d'air naturel en opposition améliorant de ce fait le Cx (coefficient de pénétration dans l'air).
Fernando Alonso (ESP) Ferrari F14-xpb images
Naturellement, la mesure est effective lorsque le flux traverse le grillage et non avant, c'est logique, mais c'est juste un rappel. Ces grillages de pitots sont déclinés à plusieurs endroits, devant les roues avant, au-dessus , sur le museau, à l'arrière, et même au niveau du diffuseur.
Outil de mesure de déformation :
Employé depuis quelques années déjà, la mesure laser McLaren pour calculer la déformation de l'aileron avant, ceci pour deux effets indésirables, le premier la FIA autorise une certaine déformation par rapport à un poids vertical à un point donné de l'aileron avant pour éviter les avantages de l'aérodynamique mobile (aérodynamique variable par déformation des éléments par rapport à la vitesse), le deuxième effet souhaitant être évité est la déformation trop grande des côtés de l'aileron avant, en effet les étages d'ailettes (winglet) dédiés à l'appui aérodynamique et au guidage des flux changeant d'angle sous cette même déformation pourraient projeter les flux à des endroits non désirés. Ci-dessous le système employé par McLaren et la Scuderia Toro Rosso en 2015 :
Nous finirons par les stickers thermo-réactifs à simple donnée ou donnée multiples, collés sur les pneus par Pirelli, lire l'article concerné ( cliquez ici ) pour le donné simple, il indique une température maximum atteinte, mais sur l'unité de puissance et à proximité, on trouvera ce même genre de sticker themo-réactif qui eux indiqueront la température maximum atteinte et la moyenne :
Simple donnée :
Double données :
