Aérodynamique sur les pistes intermédiaires – NASCAR Talk

Circuit du Kansas n’est que la deuxième piste intermédiaire du calendrier de la NASCAR Cup Series 2022 étant donné qu’Atlanta organise un configuration super speedway. Ces pistes de 1,5 mille, souvent injustement dérivé en tant que “pistes à l’emporte-pièce”, soulignent l’importance de l’appui aérodynamique.

L’aérodynamique est la science qui permet de comprendre et de prédire le comportement de milliards et de milliards de molécules d’air se déplaçant à grande vitesse autour d’objets complexes comme les fusées, les avions et les voitures de course. Je trouve que l’aérodynamique est l’un des aspects les plus difficiles du sport automobile.

Le Dr Eric Jacuzzi, titulaire d’un doctorat. en génie aérospatial de l’Université d’État de Caroline du Nord, est directeur général, aérodynamique/performance des véhicules à Centre de recherche et développement NASCAR. Il convient que l’aérodynamique peut être un défi à comprendre – et à expliquer.

“En général”, a-t-il déclaré, “les gens essaient d’être trop simplistes en matière d’aérodynamique. C’est un sujet complexe, et je pense que parfois les gens essaient d’aller avec l’extrait sonore.

J’ai ri.

“Et cela ne fonctionne généralement pas.”

Allons donc au-delà de l’extrait sonore pour en savoir un peu plus sur l’appui aérodynamique et pourquoi il est si important sur des pistes comme le Kansas Speedway.

Comment les voitures de course vont vite

L’adhérence d’une voiture dépend du frottement entre ses pneus et la piste. L’adhérence est proportionnelle à la force qui presse les pneus dans la piste. La force d’appui est littéralement une force vers le bas.

Vous ressentez l’importance de l’appui chaque fois que vous essayez de faire glisser ou de faire glisser quelque chose. Comparez le fait de pousser un classeur vide à pousser un classeur plein. Le classeur complet crée plus de friction – plus d’opposition au mouvement – car il pèse plus. Le classeur complet a plus d’adhérence.

L’adhérence est mauvaise si vous déplacez des meubles, mais bonne si vous faites la course. L’adhérence permet aux pneus de tourner sans trop glisser et permettant à la voiture de remonter la piste.

Le poids d’une voiture produit une adhérence mécanique. Même le conducteur ajoute à l’appui. Selon le règlement NASCAR, une voiture et un pilote de la Coupe doivent peser au moins 3 665 livres. La façon dont ces 3 665 livres d’appui mécanique sont répartis entre les quatre pneus est importante, mais nous ne nous en préoccuperons pas maintenant.

Grip signifie vitesse. Les équipes veulent autant d’adhérence que possible. Une voiture plus lourde a plus d’adhérence mécanique mais nécessite également que le moteur produise plus de force pour accélérer le poids supplémentaire.

Alors, comment obtenir plus d’adhérence sans alourdir la voiture ?

La réponse est (littéralement) soufflant dans le vent.

Aérodynamique et principe de Bernoulli

Nous exprimons généralement Le principe de Bernoulli comme une équation mathématique longue et compliquée. Mais, en fait, tout ce que vous devez savoir, c’est :

Plus l’air se déplace rapidement, moins il crée de pression.

Vous pouvez comprendre beaucoup de bases de l’aérodynamique des voitures de course avec cette seule phrase.

Par exemple : L’air circule rapidement sur le capot et le toit d’une voiture. Sans suffisamment d’appui dans ces zones, la voiture peut ressentir une portance. La portance est idéale pour les avions, mais dangereuse pour les voitures de course. C’est pourquoi les volets de toit et de capot se déploient lorsque la pression dans ces zones devient trop faible.

Les séparateurs utilisent le même principe. L’air se déplace plus lentement au-dessus du séparateur qu’en dessous. La force au-dessus du séparateur est donc supérieure à la force en dessous du séparateur. La force nette est en baisse, ce qui pousse les pneus avant dans la piste.

L’autre chose que vous devez savoir est que, contrairement au poids de la voiture, les forces aérodynamiques changent en fonction de la vitesse à laquelle la voiture roule.

Les forces aérodynamiques dépendent de la vitesse au carré

La traînée et la force d’appui sont toutes deux des forces aérodynamiques. L’appui appuie sur la voiture, tandis que la traînée agit toujours à l’opposé de la direction dans laquelle la voiture se déplace. Les deux forces dépendent quadratiquement de la vitesse. Ça signifie:

  • Si vous doublez la vitesse, la traînée et la force d’appui augmentent d’un facteur quatre.
  • Tripler la vitesse augmente la traînée et la force d’appui par un facteur de neuf.

Une voiture de la série NASCAR Cup roulant à 180 mph a neuf fois plus d’appui que la même voiture roulant à 60 mph.

Plus vous allez vite, plus vous obtenez d’adhérence. Cela ne fonctionne que jusqu’à un certain point, bien sûr, car vous finissez par dépasser les capacités des pneus.

Jacuzzi cite une valeur typique pour une voiture non superspeedway d’environ 2 000 livres d’appui aérodynamique à 200 mph. Les voitures Superspeedway ont environ 500 livres supplémentaires d’appui aérodynamique à 200 mph.

Ci-dessous, j’ai tracé l’appui mécanique en noir, l’appui aérodynamique en bleu et l’appui total en rouge.

Un graphique linéaire montrant l'appui aérodynamique, l'appui mécanique et l'appui total sur une voiture typique de la NASCAR Series Cup

Étant donné que la voiture et le pilote pèsent 3 665 livres et que l’appui aérodynamique à 200 mph est de 2 000 livres, la voiture de course subit 5 664 livres d’appui à 200 mph. C’est à peu près le poids d’un petit éléphant.

Les pneus de la voiture doivent supporter toute cette force d’appui. La plupart des voitures particulières, dont la principale source d’adhérence est le poids de la voiture, nécessitent des pressions de pneus de 30 à 35 psi. La pression des pneus recommandée par Goodyear pour les pneus du côté droit à Kansas est de 50 psi (avant) et 46 psi (arrière). La pression des pneus plus élevée est nécessaire car les voitures de course doivent supporter la force d’appui supplémentaire qui accompagne les vitesses élevées.

L’appui aérodynamique représente environ un tiers de l’appui total à 200 mph. Tout ce qui diminue l’appui aérodynamique – comme s’approcher trop près d’une autre voiture – donne au conducteur l’impression qu’il vient de heurter une plaque de glace. A 200 mph.

Ci-dessous, je représente graphiquement les pourcentages d’appui mécanique et aérodynamique par rapport à l’appui total en fonction de la vitesse. J’inclus ce graphique pour souligner à quel point le conducteur dépend de l’appui aérodynamique sur les pistes à grande vitesse.

Un graphique montrant le pourcentage d'appuis à chaque vitesse décomposé en appuis mécaniques et aérodynamiques et

L’appui aérodynamique comprend :

  • 10% de l’appui total autour de 90 mph,
  • 25% de l’appui total à 156 mph,
  • 28% de l’appui total à 170 mph.

Appui aérodynamique au Kansas Speedway

Le clip ci-dessous, de Ryan Newmann au Course du Kansas Speedway d’automne 2021 montre comment sa voiture change de vitesse au fur et à mesure qu’elle parcourt la piste.

Une vidéo montrant une partie d'un tour de Ryan Newman au Hollywood Casino 400 2021, montrant les vitesses minimale et maximale

Dans les trois secondes pendant lesquelles sa voiture passe de 183 mph à 169 mph, l’appui aérodynamique passe de 1 674 livres à 1 428 livres, soit une perte de 246 livres d’appui. C’est comme perdre le poids d’un secondeur en prise.

Le travail du conducteur est de maintenir la voiture aussi près que possible des limites de traction. Les conducteurs doivent constamment s’adapter non seulement aux changements à long terme comme l’état de la piste et l’usure des pneus, mais aussi à l’évolution de l’adhérence à mesure que la vitesse de la voiture change à chaque tour. La voiture Next Gen ne fournit pas beaucoup de force latérale, ce qui signifie que le dépassement de la limite de traction entraîne une pénalité beaucoup plus élevée qu’auparavant. C’est peut-être pourquoi nous sommes près de correspondre le record de spins de l’an dernier.

Quand je vivais dans le Nebraska, j’avais l’habitude de mettre quelques sacs de sable dans le lit de ma camionnette en hiver. Cette force d’appui arrière supplémentaire a aidé à maintenir la traction lorsqu’il y avait du verglas. Vous pouvez considérer l’appui aérodynamique sur une voiture de course comme un sac de sable – mais un sac de sable dont le poids change en fonction de la vitesse à laquelle la voiture roule.

Et qui peut disparaître sans prévenir.

Chaque fois que la vitesse sur piste dépasse 150 mph, dit Jacuzzi, l’aérodynamisme sera important. Cela ne veut pas dire que ce n’est pas important sur les autres pistes. Mais plus vous allez vite, plus l’aérodynamisme est important.

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