L’aérodynamique, synonyme de succès en Formule SAE

La fabrication de l’AXFF-15 avance à grands pas et nous partirons le 25 mars prochain pour ACE, le centre d’excellence en automobile appartenant à l’Université d’Ontario, où nous effectuerons des essais en soufflerie. Lors de nos deux articles précédents, nous vous avons présenté le département de l’électronique, de la dynamique du véhicule et du châssis. Ce mois-ci, nous parlerons du département de l’aérodynamique, de son rôle ainsi que des bénéfices des éléments aérodynamiques pour nos voitures.

Un département crucial pour gagner lors des compétitions

Pour la Formule ÉTS, les éléments aérodynamiques sont apparus pour la première fois sur l’AXF-13 lors de la saison 2012-2013. Cette innovation était alors nécessaire pour gagner des épreuves  lors des compétitions. L’ensemble aérodynamique permet à la voiture de coller le sol au maximum, ce qui autorise nos pilotes à effectuer des freinages tardifs et donc de maintenir une vitesse élevée aussi longtemps que possible. Ceci nous a permis de gagner plusieurs secondes et de nous différencier de nos adversaires.

Suite à la popularité des éléments aérodynamiques en Formule SAE, les organisateurs ont ajouté plusieurs règlements afin d’assurer la sécurité des pilotes en parallèle aux progrès constants dans l’innovation et l’optimisation des éléments aérodynamiques. Les nouveaux règlements étant beaucoup plus sévères que ceux de l’année dernière en termes de dimensions, plus de 75 % des profils aérodynamiques ont dû être repensés pour compenser les pertes.

Cette année, le département de l’aérodynamique a opté pour un plus grand nombre d’éléments avec de plus grands angles d’attaques qui tiennent compte de plus de profils aérodynamiques. Les systèmes de support pour ces éléments ont été totalement révisés afin d’améliorer l’écoulement de l’air autour de la voiture tout en tenant compte des nouvelles règles de la Formule SAE. Par exemple, le nouveau système de support avant permet de transmettre les forces créées par l’aileron au nez de la voiture plutôt que d’être attaché directement au châssis comme pour l’AXFF-14.

En outre, l’ensemble aérodynamique de l’AXFF-15 nous permettra de faire la validation des bénéfices d’un positionnement du système de refroidissement sur les côtés de la voiture. Auparavant, ce système se trouvait sous l’auto, mais en le positionnant sur les côtés, nous pourrons avoir de plus gros radiateurs et ainsi dissiper plus d’énergie, ce qui est nécessaire avec la puissance élevée produite par notre moteur.

La conception

La simulation des éléments aérodynamiques de la voiture est faite avec le logiciel STAR-CCM+ produit par notre commanditaire CD-adapco. En plus du logiciel, ce partenaire nous offre un très bon soutien technique. Les pièces aérodynamiques sont évaluées dans une soufflerie virtuelle par un algorithme qu’on appelle analyse des fluides par éléments finis (CFD). Ceci nous permet d’évaluer les différents développements aérodynamiques et de comprendre comment l’air se comportera autour de la voiture. Cette analyse aide grandement les choix de conception du département d’aérodynamique. 

C’est à ce moment qu’entre en jeu l’un de nos commanditaires : Calcul Québec. Calcul Québec nous donne accès au super ordinateur Guillimin de 22400 cœurs afin de faire l’analyse CFD du modèle 3D de notre voiture. Le développement des pièces aérodynamiques est alors plus rapide puisqu’on peut effectuer un plus grand nombre d’itérations. L’utilisation de ce superordinateur nous permet aussi d’utiliser un plus grand nombre d’éléments finis pour l’analyse, ce qui nous donne donc un résultat plus précis.

Finalement, nous validons le design des appendices aérodynamiques lors de tests en soufflerie et d’essais sur piste. Ces tests confirment les résultats obtenus lors de la CFD.

La fabrication

Tout comme pour le reste des départements, la plus grande priorité du département de l’aérodynamique est la légèreté. C’est pourquoi tous les éléments aérodynamiques sont en fibre de carbone. L’amélioration de l’aérodynamisme de nos voitures nous a permis de perfectionner notre expertise en matériaux composites. Ce qui fait que nous pouvons concevoir nous-mêmes tous les éléments aérodynamiques. Aussi, un plus grand nombre de membres de l’équipe s’occupe maintenant de la fabrication des composantes en fibre de carbone. 

Les moules pour les pièces aérodynamiques sont fabriqués et usinés par SAMCO, un commanditaire de la formule ÉTS depuis plusieurs années. Tous les éléments sont faits à partir de fibre préimprégnée. Tout d’abord, la fibre est appliquée sur les moules; le nombre de couches dépend de la structure de l’élément, à savoir ci celui-ci est rigide ou pas. Par la suite, les moules couverts de fibre de carbone subissent une cure dans un four à 90 degrés Celsius pendant 12 heures. Après la cure, les pièces sont prêtes à être démoulées, ébarbées, assemblées puis positionnées sur la voiture. Le positionnement de ces éléments sur la voiture est crucial puisque cela affecte grandement les performances aérodynamiques, les processus post cure sont donc très importants.

L’aérodynamisme est un domaine qu’il ne faut pas ignorer dans le domaine du sport automobile. La conception et la fabrication d’éléments aérodynamiques est une opération qui demande beaucoup de minutie et de main-d’œuvre, mais qui en vaut amplement la peine; nous pouvons le prouver suite à nos résultats lors des essais en soufflerie et en compétition. Le mois prochain, vous pourrez en apprendre plus sur le département de la gestion d’équipe et de l’organisation des évènements. 

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