Aérodynamique

En 2006-2007, l’équipe de l’Alérion Supermileage a conçu une nouvelle coque. Étant donné que l’ancienne était tout de même performante du point de vue aérodynamique, nous avons commencé notre analyse en ciblant certains de ses défauts de conception et en proposant des améliorations pour la nouvelle. L’étude a mené à plusieurs concepts pour lesquels des analyses numériques d’écoulement des fluides ont été effectués.

Les forces aérodynamiques comptent pour environ la moitié des pertes une fois le véhicule accéléré. La principale préoccupation en ce qui a trait à ces forces est la réduction de la traînée. La traînée de frottement est difficile à réduire, cependant, la traînée de pression peut être considérablement réduite en évitant la séparation de l’écoulement de l’air. Cet aspect avait déjà bien été réalisé pour les conceptions des années précédentes. La principale différence pour cette nouvelle coque est l’aire frontale qui a grandement été réduite. Nous avons maintenant une aire de 0,285 m² comparativement à 0,375 m² pour le prototype de 2006, une réduction d’environ 25%. Il y a deux principaux facteurs qui ont rendu cette réduction possible. Premièrement, nous avons incliné les roues avant de 8 degrés vers l’intérieur du véhicule ce qui nous a donné l’opportunité de diminuer grandement l’espace nécessaire dans la partie supérieure de la coque. En second lieu, nous avons opté pour une coque auto-portante, c’est-à-dire qu’elle n’a pas besoin de châssis pour se supporter. La coque auto-portante laisse ainsi beaucoup plus de place au pilote et nous sommes donc capables de réduire considérablement l’aire frontale. Les deux aspects peuvent être observés sur l’image ci-dessous où les deux prototypes sont présentés.

L’analyse numérique d’écoulement des fluides nous permet d’estimer le coefficient de trainée à une valeur aussi basse que 0,10 contrairement à 0,14 pour le prototype précédent. Toutefois, aucune expérience n’a été menée en soufflerie pour confirmer ces résultats.

La fabrication

Une conception efficace d'un véhicule exige dans un premier temps d'être bien à l'affût des règlements car ceux-ci impliquent des contraintes qui doivent impérativement être respectées. Par exemple, la compétition SAE Supermileage demande la stabilité du véhicule lorsque incliné de 20 degrés latéralement. Du coté Shell Éco Marathon, on demande que la hauteur du véhicule n'excède pas 125% de la distance entre les deux roues avants. D'autres contraintes physiques tel l'espace requis par le pilote, les roues et le moteur doivent également être intégrées dans le modèle. Cette première étape est critique et permet de sauver du temps quand vient le temps de la modélisation. Il est donc très important de porter une attention particulière quant à l'exactitude des données qui servent à établir les contraintes. Le logiciel DAO qui a été utilisé est ProEngineer Wildfire.

L’étape suivante consiste à modéliser une forme de façon surfacique qui correspond le plus possible à nos besoins, ce qui signifie que nous devons respecter les contraintes établies tout en gardant à l'esprit nos préoccupations aérodynamiques. Plus d'une centaine d'heures ont été consacrées au perfectionnement de la forme.

Une fois la conception globale vérifiée et approuvée, le modèle DAO de la coque est exporté dans un logiciel capable de générer les commandes (code G). En 2006-2007, MasterCam a été utilisé pour accomplir cette tâche. Ces commandes sont par la suite envoyées aux équipements d'usinage numérique (CNC) qui permettent d’usiner une pièce de bois de façon très précise et avec une très faible tolérance. Étant donné que la coque était trop grande pour être usinée en une pièce, elle a été séparée en quatre parties. Heureusement, cela a simplifié le transport parce que le poids total est de 385 kilogrammes. Cette partie du processus a pris environ 3 semaines surtout parce que nous avons eu à nous familiariser avec les logiciels et les équipements utilisés. Le vidéo montrant l’utilisation des équipements CNC peut être visionné ci-dessous. Nous tenons à remercier le Centre de Recherche sur le Bois qui a rendu cette étape possible.

Chacune des étapes subséquentes ont été accomplies par notre partenaire Kayaks St-Laurent qui a développé une expertise dans la fabrication de kayaks en carbone et en fibre de verre.

Les quatre pièces du moule mâle doivent d’abord être fixées ensemble. Puis, elles sont polies jusqu’à ce que la surface devienne brillante.

Nous avons ensuite fabriqué le moule femelle avec de la fibre de verre et un enduit protecteur (gelcoat). La première des deux coques à avoir été construites n’était faite que pour être exposée et elle a été faite avec de la fibre de verre. Dans ce cas précis, la peinture était préalablement appliquée à l’intérieur des parties supérieure et inférieure du moule femelle. La photo ci-dessous illustre une partie de ce processus.

C’est seulement à ce moment que la fibre de verre est placée et fixée définitivement à l’aide de résine à base de polyester. Les deux parties obtenues après les avoir soutirées du moule sont ensuite rassemblés, ce qui nécessite la présence de quelqu’un à l’intérieur de la coque pour qu’il puisse déposer une couche de tissu autour des joints. Cette couche, visible de l’extérieur, est poli jusqu’à ce qu’elle soit à peine perceptible. Toutefois, dû à manque de temps, nous avons omis cette étape et avons placé du ruban adhésif noir. Voici le résultat.

Le même procédé est utilisé pour la coque en fibre de carbone excepté que la peinture est appliquée après. En fait, environ trois kilogrammes de peinture ont été utilisés pour la coque en fibre de verre et beaucoup moins pour celle en fibre de carbone qui sera utilisée en compétition. Au terme de ce processus, nous obtenons une coque rigide et légère pesant environ 11 kilogrammes. Elle est alors prête à recevoir les autres parties du véhicule telles que la direction et le moteur.