-1- DISPOSITIF AERODYNAMIQUE DE VEHICULE AUTOMOBILE ADAPTE A ETRE INTEGREAERODYNAMIC DEVICE FOR A MOTOR VEHICLE ADAPTED TO BE INTEGRATED
DANS UN ELEMENT DE CARROSSERIE La présente invention se rapporte à un dispositif aérodynamique de véhicule automobile adapté à être intégré dans un élément de carrosserie du véhicule. Elle concerne en particulier un tel dispositif qui comporte un panneau externe délimitant un orifice et une chambre dont le volume est variable. Un tel dispositif est décrit dans le document FR2859160 dans lequel il y a deux orifices opposés pour un même actionneur. Le dispositif selon FR2859160 est destiné à générer des flux d'air à travers les orifices pour réduire la traînée aérodynamique du véhicule lorsqu'il est en mouvement, en contrôlant des écoulements d'air sur la carrosserie. Ce contrôle constitue un moyen efficace pour diminuer la résistance au déplacement dans l'air et par conséquent, pour réduire la consommation énergétique dudit véhicule. En outre ce contrôle peut être utilisé pour améliorer la stabilité dynamique du véhicule. En effet, lorsqu'un véhicule automobile est entraîné en mouvement dans l'air au niveau du sol, des contraintes qui résultent d'actions aérodynamiques de contact, s'exercent sur la surface externe des parois. Ces actions aérodynamiques se décomposent en deux, des premières actions aérodynamiques d'origine visqueuse et turbulente et des secondes actions aérodynamiques de pression. Bien que les premières soient essentiellement liées à la formation des couches limites qui se développent à la surface des parois et les secondes à la géométrie du véhicule, elles sont néanmoins fortement liées entre elles. La somme de ces actions aérodynamiques de pression et de frottements se traduit par la traînée aérodynamique dont la réduction permet de diminuer la résistance au déplacement du véhicule dans l'air. -2- Dans le document FR2859160, la réduction de la traînée est effectuée par l'actionneur qui déplace à coulissement un organe tubulaire monté à coulissement dans un évidement cylindrique. L'organe tubulaire est entraîné alternativement en translation pour faire varier alternativement le volume de chambres à chaque extrémité de l'organe tubulaire, chaque chambre communiquant avec des fentes formant les orifices pour générer les flux d'air. L'actionneur selon FR2859160 peut être volumineux, ce qui pose des problèmes pour l'intégration dans un véhicule à des emplacements où la place disponible est comptée, surtout s'il faut implanter plusieurs dispositifs. Le document EP0315806 décrit un dispositif aérodynamique à électro aimant qui présente pour inconvénient d'avoir une certaine inertie et qui peut aussi être volumineux. The present invention relates to an aerodynamic device for a motor vehicle adapted to be integrated into a bodywork element of the vehicle. It relates in particular to such a device which comprises an outer panel delimiting an orifice and a chamber whose volume is variable. Such a device is described in document FR2859160 in which there are two opposite orifices for the same actuator. The device according to FR2859160 is intended to generate air flows through the orifices to reduce the aerodynamic drag of the vehicle when it is in motion, by controlling air flows on the bodywork. This control is an effective way to reduce the resistance to movement in the air and therefore to reduce the energy consumption of said vehicle. In addition, this control can be used to improve the dynamic stability of the vehicle. Indeed, when a motor vehicle is driven in motion in the air at ground level, stresses resulting from aerodynamic actions of contact, are exerted on the outer surface of the walls. These aerodynamic actions are decomposed in two, first aerodynamic actions of viscous and turbulent origin and second aerodynamic actions of pressure. Although the former are mainly related to the formation of boundary layers that develop on the surface of the walls and the second to the geometry of the vehicle, they are nevertheless strongly related to each other. The sum of these aerodynamic actions of pressure and friction results in the aerodynamic drag whose reduction makes it possible to decrease the resistance to the displacement of the vehicle in the air. In the document FR2859160, the drag reduction is performed by the actuator which slidably moves a tubular member slidably mounted in a cylindrical recess. The tubular member is alternately driven in translation to alternately vary the volume of chambers at each end of the tubular member, each chamber communicating with slots forming the orifices to generate the air flow. The actuator according to FR2859160 can be bulky, which poses problems for integration into a vehicle at locations where the available space is counted, especially if it is necessary to implement several devices. The document EP0315806 describes an aerodynamic device with electromagnet which has the disadvantage of having a certain inertia and which can also be bulky.
Le document WO99/26457 décrit un dispositif miniature à jet synthétique pour appareil électronique, pour une aération ponctuelle de composant. Il ne permet pas d'agir sur une grande surface telle qu'une surface de véhicule automobile. L'invention vise à améliorer les diverses solutions proposées ci-dessus. L'invention a pour objet un dispositif aérodynamique de véhicule automobile adapté à être intégré dans un élément de carrosserie du véhicule, le dispositif comportant un panneau externe délimitant un orifice et une chambre dont le volume est variable. Le dispositif selon l'invention comporte une pluralité de membranes dont un mouvement est animé par réaction d'un matériau de la membrane à l'application d'une tension électrique, les membranes étant intégrées au moins à une paroi qui délimite la chambre. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention qui peuvent être prises séparément ou en combinaison : - le matériau de la membrane comporte un matériau polymère électro actif ou piézo électrique, - l'orifice est une fente ou est circulaire, -3- - la membrane est sensiblement perpendiculaire au panneau délimitant l'orifice, - le dispositif comporte deux membranes parallèles de part et d'autre de l'orifice, - chaque chambre comporte une pluralité d'orifices, L'invention a également pour objet un véhicule qui comporte au moins un dispositif selon l'invention. Le dispositif est un dispositif de contrôle de l'écoulement de l'air autour du véhicule adapté à générer des flux d'air à travers les orifices de manière à réduire la traînée aérodynamique du véhicule lorsqu'il est en mouvement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante des modes de réalisation non limitatifs de celle-ci, en liaison avec les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective de trois quart arrière et de dessus d'un véhicule comportant un dispositif selon l'invention, - la figure 2 est une section pour apprécier le fonctionnement d'un dispositif selon l'invention, - la figure 3 est une vue en perspective en éclaté d'un premier mode de réalisation de dispositif selon l'invention, - la figure 4 est une coupe du dispositif de la figure 3, - la figure 5 est une vue en perspective du dispositif de la figure 3, - les figures 6 et 7 sont des vues en perspective de divers modes de réalisation de dispositifs selon l'invention. Dans la description qui va suivre, la direction désignée L est la direction longitudinale correspondant à l'axe d'avancement d'un véhicule, la direction désignée T est transversale, la direction désignée V est verticale. L'axe L est orienté de l'avant vers l'arrière du véhicule, l'axe T de la gauche vers la droite et l'axe V du bas vers le haut. Selon l'invention, un véhicule 10 automobile est équipé de dispositifs 20 intégrés dans un élément de carrosserie, ici le pavillon -4- du véhicule. Il y a un ensemble de dispositifs 20, à proximité du pare brise et un ensemble de dispositifs 20 à proximité de la lunette arrière. Chaque dispositif est situé à un emplacement où l'air est susceptible de s'écouler au voisinage de la surface externe 22 du pavillon en formant une couche limite comprise entre une lame d'air fortement perturbée proche de la surface externe 22 et une lame d'air non perturbée éloignée de la surface externe 22, lorsque le véhicule automobile est en mouvement. Chaque dispositif, assemblé au pavillon, présente une portion 10 de la surface externe 22 sur un panneau externe 24 délimitant un orifice 26 de jet synthétique. Chaque dispositif comporte une chambre 30 dont le volume est variable par le mouvement des membranes 32, la chambre étant ouverte au niveau de l'orifice 26. Ici, chaque dispositif comporte au 15 repos une chambre parallélépipédique rectangle. Selon l'invention, chaque dispositif 20 comporte au moins un orifices 26. Afin de proposer un dispositif compact, la membrane 32 est placée directement sur au moins une des parois qui délimite la 20 chambre 30. Le mouvement de la membrane 32 est animé par réaction d'un matériau de la membrane à l'application d'une tension électrique. Lorsque la membrane 32 est actionnée en appliquant une 25 tension électrique (générateur non représenté), il y a un déplacement radial et transversal de la membrane, qui se traduit par une flexion périodique, qui crée un jet d'air composé de structures tourbillonnaires 40 à travers l'ouverture, ce qui permet de contrôler l'écoulement extérieur 42. Le jet est appelé jet synthétique. 30 Le principe de fonctionnement ci-dessus d'un dispositif selon l'invention est illustré de façon schématique à la figure 2. Sur cette figure, la membrane 32 est sur la paroi de fond de la cavité 30 qui est sensiblement parallèle au panneau délimitant l'orifice, à distance de ce dernier. -5- Dans un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, le matériau de chaque membrane comporte un matériau polymère électro actif, du type connu par l'homme du métier dans le document US2003/0214199. Le principe de fonctionnement est l'application d'une tension aux bornes d'électrodes déposées sur une couche de polymère isolant, la tension continue induisant une différence de potentiel entre les deux électrodes et une déformation du polymère. Les avantages d'une membrane avec polymère électro actif sont les suivants : grande capacité de déformation, fonctionnement à haute et basse fréquence et dans une large gamme de température, fonctionnement silencieux, grande énergie spécifique (supérieure à celle des matériaux électro céramiques ou des alliages à mémoire de forme), temps de réponse de l'ordre de la milliseconde, faible coût de production. The document WO99 / 26457 describes a miniature device with synthetic jet for electronic apparatus, for a specific ventilation of component. It does not allow to act on a large area such as a motor vehicle surface. The invention aims to improve the various solutions proposed above. The subject of the invention is an aerodynamic device for a motor vehicle adapted to be integrated into a bodywork element of the vehicle, the device comprising an outer panel delimiting an orifice and a chamber whose volume is variable. The device according to the invention comprises a plurality of membranes, a movement is caused by reaction of a material of the membrane to the application of a voltage, the membranes being integrated at least in a wall that defines the chamber. According to other advantageous features of the invention which can be taken separately or in combination: the material of the membrane comprises an electroactive or piezoelectric polymer material; the orifice is a slot or is circular; the membrane is substantially perpendicular to the panel defining the orifice, the device comprises two parallel membranes on either side of the orifice, each chamber has a plurality of orifices, the subject of the invention is also a vehicle which comprises at least one device according to the invention. The device is a device for controlling the flow of air around the vehicle adapted to generate air flows through the orifices so as to reduce the aerodynamic drag of the vehicle when it is in motion. Other characteristics and advantages of the invention will become clear from reading the following description of non-limiting embodiments thereof, in conjunction with the appended drawings, in which: FIG. 1 is a perspective view of three rear quarter and top of a vehicle comprising a device according to the invention, - Figure 2 is a section for assessing the operation of a device according to the invention, - Figure 3 is an exploded perspective view of a first device embodiment according to the invention, - Figure 4 is a sectional view of the device of Figure 3, - Figure 5 is a perspective view of the device of Figure 3, - Figures 6 and 7 are perspective views of various embodiments of devices according to the invention. In the following description, the designated direction L is the longitudinal direction corresponding to the axis of advance of a vehicle, the designated direction T is transverse, the direction designated V is vertical. The L axis is oriented from front to rear of the vehicle, the T axis from left to right and the V axis from bottom to top. According to the invention, a vehicle 10 is equipped with devices 20 integrated in a bodywork element, here the flag -4- of the vehicle. There is a set of devices 20 near the windshield and a set of devices 20 near the rear window. Each device is located at a location where the air is likely to flow in the vicinity of the external surface 22 of the horn forming a boundary layer between a highly disturbed air gap close to the outer surface 22 and an air gap. undisturbed air remote from the outer surface 22, when the motor vehicle is in motion. Each device, assembled to the flag, has a portion 10 of the outer surface 22 on an outer panel 24 defining a synthetic jet orifice 26. Each device comprises a chamber 30 whose volume is variable by the movement of the membranes 32, the chamber being open at the orifice 26. Here, each device comprises at rest a rectangular parallelepiped chamber. According to the invention, each device 20 comprises at least one orifices 26. In order to provide a compact device, the membrane 32 is placed directly on at least one of the walls which delimits the chamber 30. The movement of the membrane 32 is driven by reaction of a material of the membrane to the application of a voltage. When the membrane 32 is actuated by applying an electrical voltage (generator not shown), there is a radial and transverse displacement of the membrane, which results in periodic bending, which creates an air jet composed of vortex structures 40 through the opening, which controls the external flow 42. The jet is called synthetic jet. The above operating principle of a device according to the invention is illustrated diagrammatically in FIG. 2. In this figure, the membrane 32 is on the bottom wall of the cavity 30 which is substantially parallel to the delimiting panel. the orifice, at a distance from the latter. In one embodiment of a device according to the invention, the material of each membrane comprises an electroactive polymer material of the type known to those skilled in the art in document US2003 / 0214199. The operating principle is the application of a voltage across the electrode terminals deposited on an insulating polymer layer, the DC voltage inducing a potential difference between the two electrodes and a deformation of the polymer. The advantages of a membrane with electro-active polymer are: high deformation capacity, high and low frequency operation and in a wide range of temperatures, quiet operation, high specific energy (higher than electro-ceramic materials or alloys) shape memory), millisecond response time, low production cost.
Dans un autre mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, le matériau de la membrane comporte un matériau piézo électrique, du type connu par l'homme du métier dans le document WO99/26457. Selon l'invention, une céramique piézo électrique est collée sur un support métallique formant la membrane. L'avantage d'une membrane piézo électrique selon l'invention est qu'elle assure un régime linéaire de fonctionnement jusque dans les hautes fréquences (autour du KHz) dans une large gamme de température, avec un temps de réponse rapide de l'ordre de la milliseconde. Sa consommation d'énergie est minimale comparée à celle consommée par des actionneurs de type électro aimant agissant sur un piston. Sa masse est très faible, tout comme son coût et son encombrement. La vitesse du jet en sortie de l'orifice est fonction de la tension d'alimentation de la membrane piézo électrique. Ce type de dispositif est suffisamment compact pour être intégré dans un pavillon de véhicule. Selon l'invention, le dispositif aérodynamique comporte une pluralité de membranes, comme représenté aux figures 3 à 7. Dans les modes de réalisation représentés aux figures 6 et 7, la paroi présentant les membranes 32 est sensiblement -6- perpendiculaire au panneau 24 délimitant l'orifice 26 ou les orifices 26. Dans le mode de réalisation représenté aux figures 3 à 5, les membranes 32 formant paroi sont sensiblement perpendiculaire au panneau 24 délimitant l'orifice 26 ou les orifices 26. In another embodiment of a device according to the invention, the material of the membrane comprises a piezoelectric material, of the type known to those skilled in the art in the document WO99 / 26457. According to the invention, a piezoelectric ceramic is bonded to a metal support forming the membrane. The advantage of a piezoelectric membrane according to the invention is that it provides a linear operating regime up to high frequencies (around KHz) in a wide temperature range, with a fast response time of the order of the millisecond. Its energy consumption is minimal compared to that consumed by actuators type electromagnet acting on a piston. Its mass is very low, as is its cost and size. The jet velocity at the outlet of the orifice is a function of the supply voltage of the piezoelectric membrane. This type of device is compact enough to be integrated into a vehicle roof. According to the invention, the aerodynamic device comprises a plurality of membranes, as represented in FIGS. 3 to 7. In the embodiments shown in FIGS. 6 and 7, the wall presenting the membranes 32 is substantially perpendicular to the panel 24 delimiting the orifice 26 or the orifices 26. In the embodiment shown in FIGS. 3 to 5, the membranes 32 forming the wall are substantially perpendicular to the panel 24 defining the orifice 26 or the orifices 26.
Dans les modes de réalisation représentés aux figures 6 et 7, la chambre est sensiblement trois fois plus longue que large et haute. Il est possible que la chambre soit encore plus longue par rapport à sa hauteur et sa largeur. Les membranes de chaque dispositif sont alimentées en phase dans le cas des modes de réalisation des figures 6 et 7, les membranes étant alignées sur une même paroi. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 6, la chambre 30 comporte une pluralité d'orifices. Les orifices sont de section circulaire et sont alignés sur la longueur du panneau 24 de la chambre. Dans le cas du mode de réalisation des figures 3 à 5, le dispositif comporte deux parois 32A parallèles porteuse de membrane 32. Ces parois porteuses 32A sont perpendiculaires au panneau 24. Ces parois sont montées dans un cadre 50 de section sensiblement carrée, de côté sensiblement égal à 50 millimètres, et de hauteur sensiblement égale à 25 millimètres. Le cadre 50 comporte le panneau 24. Les deux parois 32A porteuses de membrane 32 sont vissées sur le cadre. La chambre 30 est délimitée par le cadre 50 à sa périphérie et par chacune des parois porteuse 32A de membrane 32. L'orifice débouche dans la chambre 30 entre les deux parois porteuses, qui en s'éloignant font aspirer de l'air par l'orifice et en se rapprochant font éjecter de l'air par l'orifice, de manière à créer le jet synthétique. In the embodiments shown in Figures 6 and 7, the chamber is substantially three times longer than wide and high. It is possible that the room is even longer compared to its height and width. The membranes of each device are powered in phase in the case of the embodiments of Figures 6 and 7, the membranes being aligned on the same wall. In the embodiment shown in Figure 6, the chamber 30 has a plurality of orifices. The orifices are of circular section and are aligned along the length of the panel 24 of the chamber. In the case of the embodiment of Figures 3 to 5, the device comprises two walls 32A parallel membrane carrier 32. These carrier walls 32A are perpendicular to the panel 24. These walls are mounted in a frame 50 of substantially square section, side substantially equal to 50 millimeters, and of height substantially equal to 25 millimeters. The frame 50 comprises the panel 24. The two walls 32A carrying membrane 32 are screwed onto the frame. The chamber 30 is delimited by the frame 50 at its periphery and by each of the carrier walls 32A of membrane 32. The orifice opens into the chamber 30 between the two supporting walls, which moving away from it cause air to be sucked by the orifice and getting closer eject air through the orifice, so as to create the synthetic jet.
Dans le mode de réalisation des figures 3 à 5, les membranes sont alimentées en opposition de phase. In the embodiment of FIGS. 3 to 5, the membranes are supplied in phase opposition.