La F1 2014 de A à Z du point de vue technique, le museau

 

Ce nouvel épisode de description des monoplaces de formule 1 2014, portera sur les museaux et leurs design que certains désigneront de disgracieux.

Cartoon Museau BILL copie

Tout d’abord il faut expliquer pourquoi les F1 de cette saison arborent un tel design sur la partie avant. Pour faire simple c’est une réponse des ingénieurs au règlement technique 2014 qui imposait que les museaux des monoplaces participantes à ce championnat soit à 185 mm du sol. Si les designers avaient simplement abaissé le museau complet à la hauteur voulue, le passage du flux d’air en direction du fond plat et donc du  diffuseur arrière, n’aurait eu qu’un impact mineur sur l’effet de sol des monoplaces, provoquant peu de dépression sou le fond plat et diffuseur, transformant simplement nos chères F1 en savonnettes …

Il a fallu ruser afin d’appliquer le règlement tout en préservant un flux d’air correct sous la voiture, et c’est là que nous avons pu observer de l’ingéniosité de chaque équipes.

Je ne détaillerai pas tous les museaux, mais je regrouperai ceux qui possèdent le même esprit technique.

Commençons « au pif » par McLaren

deux museaux différents ont déjà équipés la MP4-29 depuis Melbourne, l’un d’inspiration pure de Woking puis un autre plagié sur la Toro Rosso STR-9.

première version :

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En 2014 différents museaux ou nez sont envisagés et déjà vus, McLaren a choisi un « Finger Nose » un simple doigt dépassant entre les potences d’aileron et gênant le moins possible le passage du flux d’air en direction du sabot du fond plat, afin d’alimenter le diffuseur. Ces « nez » ne sont là que pour s’aligner sur le règlement 2014 qui selon deux articles, doivent voir leurs extrémités à 185 mm du plan de référence (sol) et dépasser de 220 mm l’aileron avant (J’ai simplifié volontairement).

Sur le premier schéma, j’ai indiqué que le flux d’air va tourbillonner autour du nez, vu l’angle du nez, ce phénomène se verra atténué, loin d’être un défaut, c’est que contraire une des qualités qui le distingue du nez de fourmilier que vous verrez sur la Sauber et la force India. cet air circulant autour captera et emmènera avec lui des flux d’air captés autour de lui (principe du vortex, toujours). ce qui amplifiera la masse d’air « avalé » par l’entonnoir créé par les deux potences d’aileron. c’est à mon goût la solution la plus aboutie des monoplaces déjà dévoilées.

Beaucoup de travail à été exécuté sur ce museau de cette toute nouvelle McLaren arborant une robe 100% argentée., sur le schéma ci-dessous on observe qu’un arrêt moulée sur le museau chargé de guider les flux le long de la coque, et malgré l’ambition de la FIA d’imposer l’emplacement des caméras de la FOM, avec Ferrari McLaren a adapté ce règlement et s’en sert comme protubérance aérodynamique. (déjà à transporter du poids qui ne sert pas à la performance, autant qu’il serve !). Voir schéma ci-dessous.

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En F1, on dit qu’une monoplace est conçue d’après son museau qui est l’élément déclencheur avec l’aileron avant de toute l’aérodynamique de l’auto? chez Mclaren la première inspiration de museau fut « bombé » afin de lisser le flux d’air autour de celui-ci, mais cette idée ne permet pas de canaliser exactement l’air à des endroits précis sur la partie supérieure de la monoplace. McLaren à donc changé son fusil d’épaule :
en arborant un nouveau museau inspiré de celui de la Toro Rosso STR9 àlors du GP de Sepang, avant que celle-ci ne change elle me de museau, nous y reviendrons plus tard.

mp4-29-nose-1

Il semble que le design Italien de la STR-9 fait des émules Anglais, la McLaren MP4-29 se dote d’un nouveau museau.

La MP4-29 se voit équipée d’un nouveau nez très inspiré de celui de la Toro Rosso STR-9, mais sans son évolution « Curve ».

Les designers Anglais de l’écurie de Woking ont développé un nouveau museau pour leur bolide :

Ancien nez :

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Nouveau Nez :

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Le Nez de la Toro Rosso :

nose toro rosso

Ce nez permet par rapport à l’ancien de capteur un flux plus important d’air dédié à aller alimenter le fond plat et de ce fait le diffuseur, la surface plate du  nouveau museau, permet un meilleur guidage du flux d’air venant à son contact, afin de mieux le redistribuer sur la base du capot moteur et pontons. Derrière l’aileron avant et en prolongement des potences d’aileron des grands déflecteurs verticaux sont montés afin d’assurer un guidage parfait du flux d’air capté par la partie frontale du museau en direction du sabot de fond plat.

Les deux potences d’aileron (pièces de carrosserie verticale auxquelles est fixé l’aileron avant) sont aussi très importantes sur les monoplaces, leur hauteur, angle « ouvert » et hauteur, définissent la quantité d’air destinée au spliter (sabot de fond plat) , chez McLaren ceux-ci sont très long et courent loin sous le museau afin de correctement canaliser l’air et d’éviter quelconque turbulence.

Donc comme le museau, enfin pour le dernier est de l’inspiration de celui de la Toro Rosso STR 9 attardons nous sur celui-ci qui a subit lui même une évolution :

Pour cela veuillez cliquez sur ce lien (Article paru sur Toile F1) : — Nez de la Toro Rosso   et son évolution —

je ne détaillerais pas ici le nez de la Force India, williams, ni celui de la Sauber, qui sont dans la même inspiration.

Passons à présent dans deux nez que je jugeait en début de saison comme peu efficace, et cela se vérifie avec le temps :

Caterham :

ct05-5

Une autre philosophie aérodynamique qui ne laisse que peu d’éléments gênants le passage d’air en direction du sabot de fond plat, mais ou il faut néanmoins canaliser l’air en direction de celui-ci (à voir photo ci-dessous), le concept de la poutre museau et sa fixation très basse sur l’aileron limite la taille, donc le poids des lests interchangeable sur l’aileron avant.

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Flèche rouge : canalisateur de flux d’air en direction du fond plat.

Lotus :

Le museau que j’ai le plus fortement décrié, à la base l’idée était géniale mais dès sa présentation, je n’ai pu m’empêcher de douter du concept qui pour moi était perturbateur avec ces deux cornes asymétrique et sans réel guidage du flux d’air.

Suite à nos doutes (Avec l’équipe l’équipe Toile F1), nous avons tenté de réfléchir sur le principe aérodynamique d’un flux d’air qui rencontre une surface cylindrique. Par nos connaissances en la matière et par simple logique, l’air en contact des cylindres va se mettre à tourner autour de ceux-ci, créant un tourbillon autour de ces mêmes cylindres.

Démontrons ceci par l’image afin de comprendre plus aisément :

JPEG - 102.1 ko

D’après nous, et toujours selon une certaine logique, ce système avec les deux pointes (antennes) de formes cylindriques et bombées à leurs extrémités vont créer un champ de turbulence (comme représenté sur ce schéma), en réduisant tout le bénéfice souhaité par un double nez. Un tel concept ne laisse passer qu’un infime pourcentage du flux rencontré.

Le voici donc, ce fameux museau asymétrique qui a fait tant parler de lui, une solution en adéquation avec le règlement, chargé de laisser passer le flux d’air le plus efficacement possible vers le sabot de fond plat afin que ce même flux puisse être conduit et exploité de la manière la plus efficace au diffuseur.

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Nous notons que ce concept impose une « poutre » (partie plane de l’aileron )d’aileron de largeur très limitée comme le concept de la Caterham et ce pour s’accorder au règlement 2014.

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Sur la photo ci-dessus et représentés par les deux flèches rouges, les deux déflecteurs chargés de guider le flux d’air collecté entre les deux « cornes » vers le sabot de fond plat.

Ce museau a subit depuis une évolution, chargée cette fois de canaliser le flux d’air plus précisément vers le spliter et voué à réduire les turbulences générés par les deux cornes asymétriques et les profils latéraux :

Lotus a apporté dès Bahreïn un update à son nez asymétrique afin de réduire les turbulences causées par ce design et mieux redistribuer l’air au splitter de fond plat et refroidissement moteur. Par manque de roulage ce nez à vraiment été testé lors de la course de Shanghai.

update nose lotus e22

Cette masse de carbone horizontale et verticale sert à « lisser » et redistribuer le flux d’air entrant entre les deux pointes, ce qui n’était pas le cas avant, en effet le nez créait de grandes turbulences et son efficacité était altérée par les effets néfastes du plan incliné à 50° environ que dessine le début du museau de la E22 (sous le marquage Renault).

Vu de coupe du museau de la E22 première version :

Sélection_007

L’idée originelle était superbe, mais le flux d’air n’était pas « domestiqué », le fait d’ouvrir grand le museau de la monoplace pour « avaler » le plus de flux d’air possible suite aux contraintes du règlement technique 2014 fut une bonne chose, si l’ont arrive à lisser et redistribuer les flux correctement. Comme on peut le voir sur le schéma ci-dessus, le flux d’air était projeté vers le sol, ce qui créait une force verticale, qui avait tendance à soulever l’avant de la voiture, et ce même flux d’air créait plus un barrage qu’une bonne alimentation en air du splitter de fond pat à destination du diffuseur arrière. le problème diminuait au fur et à mesure que la monoplace gagnait en vitesse, le flux d’air horizontale venait à rediriger l’air éjecté par le plan incliné du museau vers le splitter, mais en F1, à haute vitesse on souhaite réduire l’appui, c’est à basse et moyenne vitesse que l’alimentation en air du diffuseur et même l’air de refroidissement est à optimiser.

C’est pour toutes ces raisons que Lotus à apporté un nouveau dispositif à son nez :

update nose lotus e22

Sélection_009

La planche horizontale sert à collecter le flux d’air entre les pointes du museau afin d’éviter que ce même flux aille au contact du sol en créant une force élevant l’avant de la voiture, l’air en contact avec cette planche, crée désormais un appui supplémentaire à l’avant, les montants cylindriques verticaux servent eux à « casser » la turbulence et lisser le flux en direction du splitter de fond plat. Une solution maline, mais qui rajoute du poids à l’avant et encore plus d’appui à haute vitesse (hélas). Les montants verticaux servant à redistribuer et lisser le flux obturent quant à eux quelque peu le passage d’air au splitter. En résumé, il faut encore beaucoup de travail afin de compenser tous les effets néfaste de ce museau.

Je rappelle qu’à Shanghai la Lotus se voyait doté de grosse équerres de 10mm sur les bord de fuite des ailettes supérieure d’aileron avant et sur le volet DRS arrière afin d’obtenir un appui correct, ce qui la handicapait lors de la longue ligne droite par cette grosse traînée induite.

Mercedes :

 

 

nose w05-4

 

L’ancien nez :

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Le nouveau nez :

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A présent l’air est capté à l’extrémité arrière de a lame d’aileron avant, et le museau forme un « tunnel » plus haut de 50mm totalement fermé  sur les côtés afin de collecter et canaliser l’air bien plus efficacement. sous l’orifice de prise d’air pour le refroidissement du pilote, la partie inférieure est plus galbée, à l’identique de ce qu’utilise RED BULL sur sa RB10, afin d’éviter que l’air entrant ne turbule.

Sur le montage photo ci-dessous réalisé et confié par mon confrère Italien GRAFTECH Studio nous observons, que la pente du museau ainsi que la position des caméra de la FOM a aussi changé   :

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Le museau de la Ferrari  F14T, quoique plus bas est dans la même inspiration.

Red Bull :

Le nez  se fait discret dans l’harmonie globale de la RB10, tout en apportant son aide à l’aérodynamique en participant au soufflage du flux sous la voiture grâce à un collecteur d’air découpé sur sa face avant. Les têtes pensantes de l’écurie Autrichienne ont souhaité ainsi effacer l’effet négatif de cette protubérance 2014 :

rb10-1

Nous voyons sur la photo-ci dessus les découpes et le bombage de la partie centrale pour collecter l’air qui sera « soufflé » dans la partie intérieure du museau à des fins de refroidissement du pilote et je suppose circulant sur la face extérieure du canal du S-duct,

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L’air collecté à chaque extrémité du nez bombé et en forme de V, sur sa partie arrière, sera conduit sur le « bombage » inférieur du museau.

Le dessous du museau a été bombé afin d’éviter que l’air ne se mette à tourbillonner sous le museau, cette turbulence aurait pour effet de pousser le museau vers le haut. Grâce à ce bombage au contraire, la turbulence est très limitée et l’air distribué savamment de chaque côté de ce « ventre » . La couche d’air canalisée par la forme du nez participe aussi à éviter quelconque turbulence en créant une couche plate sous le bombage. L’air avalé par la partie frontale du museau se voit ainsi précisément canalisé vers le sabot de fond plat et les déflecteurs servant à collecter et canaliser l’air le long du fond plat

La Red Bull RB10 est équipée d’un S-Duct, l‘air collecté pour celui-ci ne se fait pas à lavant au niveau su museau, mais au-dessus du sabot de diffuseur, cet S-Duct est chargé de souffler de l’air sur la surface supérieure de la coque en direction de chaque côté du cockpit pilote, certainement en direction des ouïes d’extraction d’air chaud des pontons.

La collecte d’air du S-Duct s’opère sous la coque, au-dessus du sabot de fond plat :

rb10-4-1

Quand je disais qu’une partie de l’air collectée à l’avant du nez était destinée au sabot du fond plat, c’est que l’autre partie (celle rasante du bombage du museau) se dirige vers les embouchures de colecte d’air du S-Duct imaginé par les ingénieurs de l’écurie Red Bull, voir les flèches bleues clair ci-dessus.

Une fois le flux d’air nécessaire au fonctionnement du S-Duct capturé, il est guidé dans un canal recouvrant le système de frein électrique :

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Les flèches bleu ciel illustrent l’air circulant dans ce canal courbe, l’air est ensuite soufflé sur la partie supérieure de la coque par un diffuseur.

Les flèches bleu foncé définissent , une partie de l’air capté par les embouchures à l’avant du nez qui suivra la courbe extérieure du canal du S-Duct, augmentant ainsi le volume éjecté par celui-ci.

 

Voilà pour l’affaire des museaux et nez, le prochain billet portera sur la suspension avant .

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18 réflexions sur “La F1 2014 de A à Z du point de vue technique, le museau

  1. Impressionnant de voir de telles différences cette saison, même si, cela reste assez « disgracieux » … merci pour cette explication de texte en image. Toujours un grand plaisir de lire votre blog. BRAVO pour ce travail avant et après chaque GP !

  2. Pingback: La F1 2014 de A à Z du point de vue technique, le museau

  3. merci bill pour ce point de vue technique !!
    petite question est-ce que la Lotus marcherait mieux avec un autre style de museau type Toro Rosso. ou le design de la E22 ne permet pas de changer la physionomie.

    alors il y a des nouveaux arrivants c’est bien mais s’ils s’attaquent à Lotus. je vais sortir les griffes car ils oublient vite que l’année dernière c’était la seule équipe à pouvoir aller titiller RB en 2ème partie de saison !!

  4. Ahh Muriel, s’ils avaient fait un nez à la Toro rosso et viré leurs echappement décalé et tout remis sans asymétrie sur l’auto , il auraient de loin fait des progrès plus que sensible

  5. Bravo Bill article très fouillé et très instructif .
    Par ailleurs en débranchant le FRIC la Lotus semble encore plus instable et très difficile à conduire on dirait une savonnette sur un carrelage mouillé 😉
    Dès lors difficile de bien se qualifier et de bien figurer en course , déjà que le power-unit Renault est à la traîne par rapport au Mercedes.
    Dommage pour Romain qui ne sait pas de quoi son avenir sera fait , au vu de sa dernière partie de saison 2013 on pouvait espérer mieux cette année.
    Les nombreux départs de Lotus se font cruellement sentir ;-(

  6. Lewis doit avoir bénéficié du chat noir depuis quelques G.P.
    Après avoir enflammé le Hungaroring , si il ne veut pas laisser Nico s’échapper définitivement au CDM demain il faudra pédaler .
    Pastor n’aurait jamais du choisir le N° 13 , il ne vaut mieux pas provoquer la chance même si l’on n’est pas superstitieux .
    Pour Lotus quelle descente aux enfers , les voilà rendus à se battre avec les Marussia et Caterham quelle déchéance !!!

  7. Incontestablement un prochain champion du monde a signé cette victoire sur le Hungaroring.

    RBR et surtout Renault, en apnée depuis le début de la saison, peuvent respirer.

  8. Wouah qui aurait parié sur ce podium. Superbe GP avec une remontée incroyable de Lewis certes aidé par les safety-car mais qu’en même il est fort. Nico Rosberg qui revient comme un boulet de canon sur les 3 premiers. Fernando qui fait 35 tours avec ses pneus softs arrive a contenir Lewis. Et Ricciardo qui en 2 tours fait 2 sublime dépassements sur Lewis et Fernando pour le gain de la 1ère place.
    Déçue de l’abandon de Romain mais il a fait une faute qui lui coûte chère, il l’assume ça prouve qu’il a vraiment mûri. Et comme il dit: des erreurs, ça arrive, ce ne sont que des êtres humains. Maintenant tout le monde va être en vacances et ils nous reviendront en plus forts après un repos bien mérité.

  9. Salut tout le monde.
    Merci Bill pour ce billet fort instructif !
    Et pour Lotus, si je résume bien, ils ne sont pas sortis de la m……

    • salut Seninha

      on peut dire « shit » comme le dit Romain lors de sa pesée avant les essais libre2 😉

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