Caractérisation des phénomènes physiques sur un véhicule terrestre soumis à un vent latéral stable

par Marc Gohlke

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides

Sous la direction de Fabien Anselmet.

Soutenue en 2007

à Aix Marseille 2 .


  • Résumé

    Le vent latéral génère sur des véhicules terrestres des efforts supplémentaires qui peuvent être à l’origine d’une gêne pour les passagers et ainsi une source potentielle d’accident routier. Il est donc nécessaire d’analyser l’impact du vent, dans le but de le réduire. La voiture est un système très complexe et sa réaction dynamique au vent dépend de divers paramètres (liaison au sol, direction, répartition des masses, chargement aérodynamique, …). Nous nous concentrons ici sur la partie aérodynamique du problème. L’intérêt d’un point de vue industriel de cette thèse est la caractérisation de l’origine des efforts aérodynamiques sur une voiture soumise à un vent latéral, afin de proposer des axes d’amélioration qui peuvent permettre de réduire ces efforts. La valeur fondamentale de notre étude est l’analyse du lien entre les structures cohérentes et les efforts induits sur un corps dans le cas particulier d’un écoulement asymétrique et turbulent. Dans cette thèse, nous utilisons des approches complémentaires pour analyser l’écoulement autour d’un corps à faible rapport d’aspect, en nous appuyant sur des résultats expérimentaux (maquettes à échelle 1/5ème) et numériques (méthode de Lattice Boltzmann). Sur une maquette académique (corps à faible rapport d’aspect, inspiré d’un monospace), à proximité du sol, le rôle important de deux structures tourbillonnaires longitudinales sur le côté sous le vent est mis en évidence. Leur impact sur les efforts latéraux et le moment de lacet est démontré. Un couplage à la fois sur l’écoulement moyen et dynamique entre ces deux structures est soulevé. La mise en oeuvre d’une méthode spécifique à la caractérisation des structures cohérentes révèle des propriétés génériques d’éclatement tourbillonnaire et d’étirement. Ces résultats sont ensuite étendus à un cas plus réaliste (maquette de véhicule échelle 1/5ème). L’effet des modifications de forme sur les structures tourbillonnaires et le torseur est analysé. Nous soulignons l’importance du tourbillon de montant de baie. Le rôle essentiel des roues sur les propriétés de l’écoulement est mis en évidence. En raison d’un couplage avec l’écoulement latéral, elles sont responsables d’une augmentation de la force latérale de 6% (pour un angle de dérapage de 30°).

  • Titre traduit

    Charactérisation of physical phenomena on a vehicle in ground proximity under constant cross-wind


  • Résumé

    Cross-wind on vehicles in ground proximity can generate additional forces on cars; this can create a discomfort for the passengers and can lead to an increasing accident risk. It is therefore necessary to analyse the role of the cross-wind on the driving stability, so that its impact can be reduced. Cars are complicated mechanical systems; their dynamical response depends on different parameters (ground/vehicle interaction, steering, mass distribution, aerodynamic loads, …). In this thesis we are focusing on the aerodynamic aspect of the cross-wind problem. The industrial interest of this study is to analyse the origin of the aerodynamic forces on cars under crosswind, and to propose possibilities to reduce them. The fundamental aspect is concerned with the analysis of the link between coherent structures and the forces induced on a body in an asymmetric and turbulent flow. We have used complementary approaches to tackle this problem: the study is based on experimental results (obtained on 1/5th scale models) and numerical results (Lattice Boltzmann method). By using a bluff-body (geometrically close to a minivan) in ground proximity, the important role of two longitudinal vortices on the lee side of the model is underlined. Their impact on the lateral force and the yawing moment is shown. Furthermore, a coupling between these two flow structures is found, stressing the importance of the cylindrical struts representing the wheels. A method is developed to closely analyse the characteristics of these vortices: the importance of generic phenomena such as vortex bursting and vortex stretching is revealed. Finally, a more realistic model has been used (1/5th scale) and the influence of form changes has been studied, underlining the importance of the A-pillar vortex in a cross-wind situation. Especially, the role of the wheels was stressed: through a coupling mechanism they are responsible for a 6% increase of the sideforce at a yawing angle of 30°.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (161 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.157-161

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  • Bibliothèque : Université Aix-Marseille (Marseille. Luminy). Service commun de la documentation. Bibliothèque de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 47360
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