- Coefficient de traînée
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Un mobile se déplaçant dans un fluide pesant subit de la part de ce fluide une distribution de pression dont la résultante s'oppose à sa marche. La composante de cette résultante selon la direction du mobile est appelée traînée. L'intensité de la force de traînée est exprimée en fonction de la vitesse, de la forme et de la taille du mobile, du fluide dans lequel il interagit. Le coefficient de traînée usuellement désigné Cx est un nombre sans dimension caractéristique de la forme du mobile uniquement.
Dans le secteur industriel (automobile, aéronautique, etc.) les coefficients de trainée sont en réalité au nombre de 6 : Cx, Cy, Cz pour exprimer la résistance dans les 3 dimensions respectives, et Cl, Cm, Cn pour exprimer les coefficients de moment[1].
Sommaire
Coefficient de traînée ou Cx
Le Cx désigne le coefficient de traînée d'un corps, en mécanique des fluides, en aérodynamique ou en hydrodynamique.
Il permet de quantifier la force de résistance d'une surface.
C'est le rapport entre la force de traînée Fx et le produit de la pression dynamique q par la surface de référence S du mobile :
- où la pression dynamique est donnée par
- avec ρ masse volumique du fluide et V la vitesse du mobile par rapport au fluide.
La masse volumique et la vitesse sont prises à l'infini amont (loin de toute perturbation locale due à l'obstacle).
La surface de référence est celle du maître-couple, plus grande section du solide par un plan perpendiculaire au déplacement, sauf dans le cas des ailes en aéronautique, pour lesquelles on rapporte les forces à la surface alaire, projection des ailes sur un plan contenant la corde des profils, ce qui permet de comparer des profils indépendamment de leurs épaisseurs.
Force (ou résultante) de trainée
Notée Fx ou Rx, elle s'exprime en newton et est une force dépendante du Cx et des autres facteurs aérodynamiques cités plus haut. On peut l'exprimer par la formule suivante :
- où ρ est la masse volumique du fluide dans lequel a lieu le déplacement (en kg/m³), S la surface frontale du mobile (en m²), Cx le coefficient de trainée et V la vitesse relative du mobile par rapport au fluide(en m/s).
Finesse
Le Cx intervient dans le calcul de la finesse (c'est le rapport
).Valeurs du Cx
Le Cx total d'un mobile dépend du coefficient de frottement, de la forme du profil de vitesse (profil « turbulent », profil laminaire), de la traînée induite par la portance.
Le coefficient de frottement dépend du nombre de Reynolds et du degré de laminarité de la surface.
- En aérodynamique, le Cx d'une aile est d'environ 0,005 à 0,010 en vol, selon le nombre de Reynolds et la laminarité.
- En hydrodynamique, le Cx d'un foil (aile portante immergée) est d'environ 0,03 à la vitesse de croisière (pour un Cz de 0,6 et une finesse de 20).
- Automobile : il peut être en-dessous de 0,14 pour des automobiles qui effectuent des records de kilomètres avec un litre d'essence. Pour les berlines familiales construites en 2000, le Cx est de 0,25 pour les plus aérodynamiques[2]. Le Cx est de 0,31 pour la citadine Citroën AX ou encore 0,35 pour la Renault Clio II. La Toyota Prius commercialisée en 2009 a un Cx de 0,25.
Voir aussi
Références
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