L'influence de la conception des plaques de ski sur l'aérodynamique du véhicule

L'influence de la conception des plaques de ski sur l'aérodynamique du véhicule

Les plaques de ski sont souvent considérées comme des armures robustes pour le châssis d'un véhicule, mais leur conception influe directement sur l'aérodynamique, l'efficacité énergétique et la stabilité à grande vitesse. Pour les véhicules tout-terrain, les camions et les VUS, le dessous est généralement un paysage chaotique de composants saillants. Une plaque de ski bien conçue transforme cette zone en une surface plus lisse qui guide le débit d'air, réduit la traînée et améliore le refroidissement. Inversement, une plaque mal façonnée ou mal montée peut créer des turbulences qui dégradent les performances et augmente la consommation de carburant.

Que sont les plaques de ski?

Les plaques de ski sont des panneaux de protection montés sur le dessous d'un véhicule, couvrant des composants vulnérables tels que le bac à huile, la boîte de transmission, le boîtier de transfert, le réservoir de carburant et le système d'échappement. Elles sont de série sur les véhicules conçus pour une utilisation hors route – Jeep Wranglers, Ford Broncos, Toyota 4Runners et camions lourds – mais sont également de plus en plus présentes sur les VUS croisés et les véhicules électriques où la protection de la batterie est essentielle.

Les plaques de dérapage typiques sont fabriquées en acier, en aluminium ou en composites à haute résistance et sont fixées au châssis ou sous-cadre du véhicule à l'aide de boulons ou de rivets. Leur fonction principale est de détourner les roches, les billes et les débris des parties sensibles. Cependant, parce qu'elles occupent une grande zone sous le véhicule, elles deviennent un facteur important dans la gestion du flux d'air sous-marin.

L'évolution des plaques de ski : de la protection à la performance

Les véhicules devenant plus économes en carburant et les capacités hors route à grande vitesse se renforçant, les fabricants ont commencé à reconnaître la nécessité de conceptions intégrées. Les plaques modernes d'OEM sont souvent conçues pour équilibrer la résistance, le poids et le débit d'air. Les fabricants de l'après-vente offrent également des plaques de ski améliorées qui revendiquent une meilleure aérodynamique ainsi qu'une meilleure protection.

Principes fondamentaux de l'aérodynamique sous-jacente

Pour comprendre comment les plaques de dérapage affectent l'aérodynamique, il aide à examiner comment l'air se déplace autour et sous un véhicule. À la vitesse de l'autoroute, la pression d'air s'accumule à l'avant du véhicule, forçant l'air sur le capot, autour des côtés et sous. Le flux sous-marin est particulièrement critique parce qu'il représente une part importante de la traînée totale – souvent de 20 à 30 % pour les camions et les VUS à haute garde au sol.

Les principes aérodynamiques clés applicables aux plaques de dérapage sont notamment les suivants:

• Réduction du drag[: Des surfaces sous-corps continues et lisses réduisent la turbulence et la traînée de pression en empêchant la séparation du flux d'air.
• Livré et en descente: L'air se déplaçant plus rapidement sous un véhicule diminue la pression, créant ainsi un ascenseur.
• Flux d'air de refroidissement[: Les plaques de glissement doivent également permettre à l'air d'atteindre des composants comme la boîte de vitesses et la poêle à huile du moteur pour le rejet de chaleur, nécessitant des ouvertures ou des conduits soigneusement placés.

La recherche de SAE International[ a montré que même de petits changements dans la rugosité du dessous du corps peuvent changer les coefficients de traînée de plusieurs pour cent. Une plaque de dérapage est l'un des plus grands panneaux de sous-corps, de sorte que sa conception a un impact proportionnellement important.

La forme et le contour des plaques de ski affectent le débit d'air

La forme d'une plaque de déport détermine si l'air coule en douceur sous le véhicule ou si elle devient turbulente. Idéalement, la plaque doit suivre le contour naturel du dessous du véhicule, créant une rampe progressive du pare-chocs avant à l'essieu arrière ou plus loin.

Contours lisses vs Plaques plates

Les plaques plates qui ne correspondent pas à la forme du dessous du corps créent une étape ou une discontinuité soudaine. Cela provoque une séparation de l'air : l'air se détache de la surface et forme un réveil à basse pression derrière l'étape. L'écoulement séparé augmente la traînée et peut créer du bruit.

Par exemple, de nombreux camions modernes utilisent un barrage d'air de pare-chocs avant qui s'étend vers le bas puis se transforme en une plaque de dérapage contournée.Cette approche intégrée réduit la quantité d'air qui coule sous le véhicule et lisse l'air qui va sous.

Le rôle des diffuseurs sur les plaques de ski

Un diffuseur est un canal d'expansion en forme qui ralentit l'air à grande vitesse sous le véhicule, récupérant la pression et réduisant la traînée. Certains dérapages comportent des vanes de diffuseur ou une pente ascendante progressive à l'arrière. Cette technique est courante sur les voitures de performance et est adaptée aux plates-formes hors route. En ajoutant de petites nageoires ou un angle de rampe doux, le dérapage peut transformer le dessous en diffuseur fonctionnel, réduisant ainsi la portance et améliorant la manutention à grande vitesse.

Étude de cas: le rappeur Ford F-150

Le Ford F-150 Raptor est un exemple de véhicule de production où la conception des plaques de ski équilibre protection et aérodynamique. Sa plaque de ski avant présente une forme sculptée avec des scoops intégrés pour le refroidissement et une transition lisse et en pente vers un diffuseur arrière. Les ingénieurs Ford ont utilisé la dynamique des fluides informatiques (CFD) pour optimiser la forme, ce qui a donné un coefficient de traînée compétitif pour un camion de taille totale tout en offrant une protection hors route de premier plan.

Tests par MotorTrend a constaté que le package aérodermique sous-corps du Raptor a contribué à une amélioration de 1 à 2 % de l'économie de carburant par rapport aux générations précédentes, un gain significatif pour un véhicule avec une grande zone frontale.

Choix du matériau : poids, résistance et compromis aérodynamique

Le matériau d'une plaque de patins affecte non seulement la protection, mais aussi le poids, la rigidité et la finition de surface, qui ont tous une influence sur l'aérodynamique.

Plaques de dédotation en acier

L'acier est le choix traditionnel pour une durabilité maximale. Cependant, les tôles d'acier sont lourdes – un ensemble complet de plaques de dérapage en acier peut ajouter plus de 50 livres. Ce poids supplémentaire augmente la résistance au roulement et la consommation de carburant, compensant partiellement les gains aérodynamiques. L'acier a aussi une rugosité de surface élevée à moins de peint ou enduit, ce qui peut augmenter la traînée par rapport à une surface lisse.

Plaques à patins en aluminium

L'aluminium est environ un tiers du poids de l'acier et peut être formé en formes aérodynamiques complexes. Des plaques en aluminium de haute qualité (p. ex. 6061-T6) offrent d'excellents rapports résistance-poids. La surface peut être lisse et même polie pour réduire la traînée. L'aluminium dissipe également la chaleur, ce qui est bénéfique pour la transmission et le refroidissement des moteurs.

Plaques composites et à skis en plastique

Les composites à haute résistance (fibre de carbone, Kevlar ou nylon rempli de verre) deviennent populaires, surtout pour les véhicules électriques où le poids est critique. Les composites peuvent être moulés en formes très lisses et aérodynamiques avec des caractéristiques intégrées comme les côtes ou les conduits de refroidissement. Ils résistent également à la corrosion. Cependant, ils ne peuvent pas résister aux impacts de roche ainsi qu'au métal, et ils sont plus chers.

Montage et intégration : l'importance des transitions sans couture

Même la plaque de ski de la meilleure forme échouera aérodynamiquement si elle est montée avec des trous, des attaches exposées ou des bords tranchants. Le flux d'air est sensible aux discontinuités. Un écart entre la plaque de ski de la structure et le rail de cadre peut créer une zone haute pression ou provoquer un sifflement de l'air.

Pour parvenir à une intégration optimale:

• Utilisez des attaches de contrecoup ou de chasse lorsque c'est possible.
• Fill gaps with caoutchout scellements or mouss joints pour créer une surface continue.
• Extendre la plaque de dédoyage pour couvrir toute la largeur de la section inférieure du corps, en évitant les bords brusques.
• Coordonné avec d'autres panneaux de dessous de caisse tels que les gaines de roue et les couvercles de transmission.

Certains systèmes de dérapage de la plaque arrière du marché, comme ceux de MetalCloak, sont équipés de trous de précision et de matériel de coupe laser conçus pour minimiser les perturbations du flux d'air.

Essais et validation : tunnel éolien et CFD

La conception d'une plaque de patin aérodynamique nécessite une validation. Les ingénieurs utilisent deux méthodes principales :

Dynamique des fluides informatiques (CFD)

Le logiciel CFD simule le débit d'air sur le véhicule et le dessous du corps. Les concepteurs peuvent tester des dizaines de formes de plaques de dédotation, de matériaux et de configurations de montage en quelques heures. CFD révèle les zones de séparation du débit, de distribution de la pression et de contribution de la traînée.

Essais dans un tunnel éolien

Des essais à grande échelle ou à échelle permettent de mesurer la traînée et de visualiser le débit en utilisant des fumées ou des touffes. Certains fabricants utilisent des installations portatives pour tester des véhicules de production. Des preuves anecdotiques de tests après-vente suggèrent qu'un jeu de plaques de déport bien conçu peut réduire le coefficient de traînée de 0,01 à 0,02 sur un VUS typique, ce qui équivaut à une amélioration de 1 à 2 % de l'économie de carburant sur route à 70 mi/h.

Considérations spécifiques au véhicule

Tous les véhicules ne bénéficient pas de la même qualité de calotte aérodynamique. L'approche de conception doit tenir compte de la garde au sol, de l'utilisation prévue et de la géométrie sous-corps existante.

Camions et VUS de taille complète

Ces véhicules ont une grande garde au sol et souvent un sous-corps boxé plat. Un panneau sous-corps (parfois appelé une «panne de girouette») combiné à une plaque de dérapage assortie de contours peut réduire considérablement la traînée.

Jeeps hors route et véhicules à brugnette

Les véhicules comme le Jeep Wrangler ont un cadre et un corps séparés, avec de nombreuses pièces exposées. Les plaques de ski ici couvrent souvent seulement la poêle à huile et la transmission. L'objectif est de lisser le flux d'air entre les rails du cadre sans ajouter de poids inutile.

Véhicules électriques

Les EV sont montés sur des batteries lourdes et basses dans le châssis, souvent recouvertes d'une grande plaque de protection plate. Cette plaque est essentiellement une plaque de ski. Sa conception est critique pour l'aérodynamique et la gestion thermique. Les fabricants de EV comme Rivian utilisent des plaques de ski composites avec des canaux de refroidissement intégrés et des contours aérodynamiques.

Modifications apportées au marché après-vente: équilibrer la protection et l'économie

De nombreux amateurs de la route mettent à niveau les plaques de ski pour une meilleure protection, souvent en sacrifiant l'aérodynamique. Cependant, les produits récents montrent qu'il est possible d'améliorer les deux. Par exemple, les plaques de ski de marché avec des bords usinés par CNC et des diffuseurs boulons sont disponibles pour les modèles populaires.

Note importante: L'installation d'une plaque plate et lourde peut augmenter la consommation de carburant de 2 à 5 % à la vitesse de l'autoroute, selon les rapports des utilisateurs. Inversement, une plaque d'aluminium légère et profilée peut réduire la consommation de carburant de 1 à 2 % par rapport à une plaque d'acier OEM tout en offrant une protection équivalente.

Règlement sur l'impact environnemental et l'économie de carburant

Les étalons d'émissions se resserrent dans le monde entier, les constructeurs automobiles accordent une attention plus grande à l'aérodynamique sous-corps. Les plaques de ski ne sont plus seulement des accessoires boulonnés, ils sont intégrés dans le système thermique et aérodynamique du véhicule.

Des règlements comme les normes de l'EPA de la phase 2 des gaz à effet de serre encouragent les fabricants à adopter des dispositifs aérodynamiques « actifs ». Bien que les volets de grille actifs soient courants, des plaques de patin actives qui, à la vitesse réduite pour réduire la traînée, sont en cours de développement.

Tendances futures de l'aérodynamique des plaques de ski

La prochaine génération de plaques de skis comprendra probablement :

• Plaques aérodynamiques actives qui se déploient à la vitesse pour lisser le dessous du corps et se rétracter pour le dégagement hors route.
• Canaux de refroidissement intégrés[ avec géométrie variable contrôlée par des capteurs thermiques.
• Composites autoguérisants qui réparent des rayures mineures et maintiennent une surface lisse.
• Fabrication additive (3D impression) de plaques de skis personnalisées avec structures en treillis pour la résistance et le poids léger.

Les constructeurs automobiles comme Tesla et Rivian repoussent déjà les limites de la conception de carrosserie, et les fournisseurs de l'après-vente suivent la tendance. À mesure que les véhicules électriques hors route prolifèrent, la plaque de skid passera d'un simple bouclier à un composant aérodynamique sophistiqué.

Conclusion

En adoptant des formes profilées, en choisissant des matériaux légers et en assurant une intégration sans faille avec le dessous du véhicule, les constructeurs et les amateurs de produits de l'après-vente peuvent optimiser ces panneaux de protection pour une meilleure performance. Les jours de boulonnage sur une tôle d'acier plat se terminent; l'ingénierie moderne des plaques de ski nécessite une protection équilibrée avec la gestion du flux d'air. Pour toute personne qui construit un véhicule hors route capable qui navigue toujours efficacement sur l'autoroute, investir dans un système de plaques de ski aérodynamique est un choix pratique et intelligent.