Analyse complète de la Red Bull RB10

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L’analyse complète de la Red Bull RB 10 , n’a pas été facile à réaliser, je serais ironique en disant pas facile de décrypter les concepts d’une monoplace qui passe ses journées derrière des paravents dans son stand, ironique soit, mais pas trop…

Laissons l’ironie de côté et voyons ce que Newey et son équipe nous ont conçu.

Tout d’abord, un design agressif d’une vraie auto de course, affiné au maximum, c’est en partie de ce concept osé que les maux de la RB10 sont issus, mais Renault Sport F1 a aussi sa grande part de responsabilité.

L’analyse commence de l’avant vers l’arrière. Le nez est certainement l’un des plus réussi de la génération 2014, peint en noir, il 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 :

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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 (nous y reviendrons plus tard).

Comme à l’accoutumer chez Red Bull Racing, beaucoup de soin et de recherche ont été apportés à l’aileron avant , voyons ceci en détail :

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Cinq étages d’ailettes afin de favoriser un appui maximum, la dérive largement ajourée afin que les extrémités des ailettes d’appui (partie courbée) puissent refouler une partie du flux d’air en contact d’elles sur le côté de l’aileron en opposition au flux d’air circulant sur le côté de l’aileron et qui serait sans ce concept venu en contact de la bande de roulement des pneus et ainsi perturber leur gestion en température et perturber l’aérodynamique générale sur l’avant. Des ailettes sur la partie supérieure sont aussi conçues pour rejeter le flux d’air au dessus des pneus afin encore de créer une opposition au flux naturel. Enfin des ailettes verticales sont montées sur le dessous afin de guider parfaitement les flux sous l’aileron et créer un principe de diffusion.

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Les flèches bleu clair désignent l’air éjecté par l’extrémité bombé des ailettes d’appui, tandis que la dérive est-elle formée sur sa partie arrière pour dévier le flux d’air le plus possible du pneumatique. Cet air viendra s’opposer à l’air que le pneu rencontrerait naturellement depuis la réduction en largeur de l’aileron avant de 75mm par côté.

Comme cité plus haut un dispositif a été aussi monté sur l’aileron avant pour isoler le pneu du flux d’air naturel sur sa partie supérieure :

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La flèche rouge désigne l’ensemble d’ailettes chargées de collecter et tendre le flux d’air au dessus du pneu.

La flèche verte désigne une ailette chargée elle de collecter de l’air plus haut afin de le diriger vers l’ailette désignée par la flèche rouge. Tout ceci pour permettre d’augmenter le volume d’air éjecté vers le haut. (voir photo ci-dessous).

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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 :

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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 definissent (supposition), 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.

Pour le sabot de diffuseur , il est assez simple, toutefois un astucieux canal a été moulé de part et d’autre afin de guider une partie du flux d’air en direction de la partie supérieure du fond plat sous les pontons, flux d’air canalisé par les déflecteurs triangulaires. La partie centrale de la coque ou est fixé le sabot de fond plat a un angle très fermé pour scinder le flux de chaque côté d’une manière équitable et optimale :

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Les côtés de la monoplace ont été quant à eux travaillés afin de maximiser la collecte et le volume d’air parcourant et appuyant sur la partie supérieure du fond plat, les galbes sous les ouïes de refroidissement ont été taillés au maximum (voir photos ci-dessous) :

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Même les déflecteurs triangulaires à l’entrée de la partie supérieure du fond plat ont été formés non seulement pour canaliser le flux à l’arrière de ceux-ci, mais aussi de collecter de l’air sur leurs parties extérieure :

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Sur la partie supérieure des pontons plusieurs détails sont noter, tels que les ailettes de plaquage de flux sur la surface du ponton et les dérives servants à guider le flux d’air sur la surface des pontons :

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Les ouïes d’extraction ont été aplanies pour ne pas perturber le flux aérodynamique parcourant la base du capot moteur, l’air frais par son passage et sa vélocité aident à aspirer et extraire de ce fait l’air chaud d’une manière plus rapide (principe du venturi) :

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Les pontons sont parmi les plus affinées des monoplaces du plateau 2014, une culture du design agressif entretenue par Newey et ses collaborateurs, toutefois néfastes au bon fonctionnement du nouveau Power Unit Renault, nous avons pu remarquer lors des essais hivernaux de jerez et Bahreïn que la nouvelle unité de puissance Renault était très exigeante en refroidissement, c’est l’une des causes des maux infectants la RB10, la surchauffe est un problème récurant sur la RB10 entres autres pannes bien évidemment.

Ces pontons empêchent aussi les mécaniciens et ingénieurs d’intervenir rapidement sur les différents périphériques du power unit et des échangeurs, du fait que pour un tel design, la mécanique a été quelque peu monté d’une manière compacte. Chaque intervention prend des heures à être réalisée.

Ces pontons refluent l’air de refroidissement vers l’arrière en se joignant à la sortie du capot moteur, ce manque d’évacuation directe à la sortie des pontons à la manière de Mercedes (pontons ouverts sur l’arrière) ont engendré des problèmes de surchauffe des câbles liant la batterie ERS au moteur électrique ERS entrainant le volant moteur quand l’ERS est actif. Nous avons vu là une écurie dans la détresse , cherchant des solutions que je qualifierais de bricolées pour tenter de refroidir ces câbles fixés à l’interieur de la base des pontons :

Jerez :

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Lors de la première séance d’essais hivernaux, Red Bull, lors de la troisième journée avait déjà tenté de « bricoler » un système d’extraction pour tenter de tempérer ces câbles ERS :

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À Bahreïn, et ce, pour les deux séances Red Bull n’ayant pu corriger ce problème d’une façon définitive a encore tenter de monter un autre système pour tenter de refroidir ces câbles :

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Bref, tout a été tenté pour pouvoir engranger des kilomètres et collecter un maximum d’informations à la différence des autres écuries qui dès lors subissaient des problèmes de gestion informatique ou surchauffe de l’ERS rentraient aux stands pour le déconnecter afin d’aller faire un relais plus au moins long sur la piste (ces monoplaces étaient de 4 à 5 secondes des meilleurs temps de celles exploitant l’ERS).

Lors de la dernière journée plus aucun système « vite bricolé » ne se trouvait sur la monoplace, peut-être un des problèmes résolus.

J’ai le sentiment que Newey n’est pas du tout prêt à s’acrifier quelques points ou des gros concept aérodynamique afin de favoriser le refroidissement (façon Caterham CT-05 et ses pontons très volumineux, concept favorisant le refroidissement mais engendrant une trainée aérodynamique folle, pour ma part j‘appelle cela un « truck », l’ironie toujours).

Sur la photo-ci dessous, les deux prises d’air de la RB10 :

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La flèche verte est le air horn, chargé d’alimenter en air le moteur V6 Turbo HybrideLa flèche rouge est un orifice ou pénètre l’air frais afin de tempérer l’environnement moteur, cet air circule autour du moteur et des ses périphériques directs afin d’abaisser la température sous le capot moteur, cet air dit « forcé » est reflué à l’arrière du capot moteur autour du tube d’échappement. La carrosserie a été optimisée afin de guider précisément le flux d’air sur l’arrière dans la direction la plus centrale possible :

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Les écopes de freins arrières possèdent des ailettes d’appui de grosse taille sur leurs partie avant (flèche rouge ci-dessous) :

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Une seule potence de renfort d’aileron arrière pour rigidifier la structure d’aileron arrière depuis l’interdiction du beam wing. Cette potence sert de rigidificateur.

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L’arrière de la RB10 :

un arrière affiné, toujours dans le but de l’efficience aérodynamique, les essais de Jerez et Bahreïn ont démontré que des équipes sacrifiaient des points d’aérodynamique pour optimiser le refroidissement et surtout augmenter la vitesse ou l’air de refroidissement circule sous le capot moteur.

Exemple Mercedes : à voir ici.

Mais ce n’est pas le cas chez Red Bull, Newey et les siens, comme déjà énoncés plus haut, sont les plus « avares » en matière d’optimiser la mécanique au détriment de l’aérodynamique, certes cela finira par payer, mais quand ?, espérons pour eux pas trop tard dans la saison. Pour répondre à l’interdiction du Beam Wing imposé par le règlement technique 2014, et cette perte d’appui induite, les bras de suspension arrières ont été travaillés afin d’apporter un appui conséquent, ils profitent d’un fond plat dégagé au maximum et de l’air de refroidissement soufflé sur eux.

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Les flèches oranges désignent l’air chaud soufflé par les tuyères d’éjection du flux de refroidissement et les flèches bleu ciel représentent le flux d’air naturel s’appuyant sur ces bras inférieurs de suspension, l’air chaud provenant du refroidissement et l’air circulant sur la partie supérieure du fond plat circule sous le « wishbone » qui sert sur sa patie inférieure à « plaquer » ces flux.

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L’echappement souffle lui sur un Monkey Seat :

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L’air capté sous le Air horn traverse le capot moteur chargé de refroidir l’enironnement moteur  est éjecté de part et d’autres de la sortie d’échappement :

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Un carénage demi cyllindrique est greffé sur ‘larrière du flasque de l’écope de frein comportant 7 ailettes chargées d’apporter de l’appui sur le pneu, afin de réduire le patinage et augmenter l’efficacité de la motricité.

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3 commentaires pour Analyse complète de la Red Bull RB10

  1. patatrice dit :

    Bonjour Bill
    Je me pose une petite question, on imagine une grande différence de vitesses des flux aéro entre l’entrée en face inférieure du SDuct (lent et fortement perturbé) et sa sortie au dessus de la coque(rapide et très probablement laminaire)……
    Voilà donc ma question à propos du principe de fonctionnement du SDuct: ne s’agirait’il pas d’une aspiration en sortie(supérieure)par effet venturi du flux aéro sous la coque, assainissant ainsi cette zone primordiale dans le travail du fond plat qui offre encore à ce jour le meilleur ration appui/trainée des monoplaces???
    Le principe du nez « creux » est probablement très proche, les flux étant accélérés par les pylônes supportant l’aileron AV, ceux ci entrainent le flux circulant dans le nez pour réduire la trainée…cette zone entre les pylônes est traitée sensiblement de la même manière par toutes les équipes, la partie centrale de l’aileron AV doit rester le plus neutre possible, réduisant au minimum les perturbation aéro à son aval, au contraire elle stabilise le flux et ne procure aucun appui, le volume entre les deux pylônes est modelé par ceux-ci afin d’être constant à l’image d’un tunnel dans lequel tout est fait pour faciliter le transit des flux aéro, comme le prouve le bulbe des Redbull, principe inauguré par le RE29.
    Mais il reste un mystère à propos de ce nez RedBull, c’est son état de surface brut de stratification, ce n’est pas un effet esthétique visant à réduire son inélégance, un coup de peinture mate aurait suffit, on peut imaginer une paroi intérieure très lisse pour une circulation optimale des flux, mais quel est l’intérêt de cette surface extérieure pourtant facile à lisser en utilisant un contre moule.
    Voilà au final, j’ai plus d’une question sur cette Redbull

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  2. billsuserg dit :

    Bonsoir Patrice

    Je vous attendais, toujours des remarques pertinentes, pour commencer, je rappelle le slogan du blog « La technologie F1 en toute simplicité « , c’est-à-dire que je rentre dans les détails sur des billets spéciaux pas sur les analyses complètes, sensées à comprendre le concept global d’une auto.
    Mais soit, je suis toujours ouvert à échanger les points de vues.
    Concernant le S duct : je ne pense pas que l’aspiration créée par effet Venturi de l’air passant au dessus du déflecteur d’éjection du S-Duct , il y a en effet ce principe qui aura tendance à aspirer et accélérer le flux rejeté à cet endroit, mais, vu comment la construction de ce S-Duct à été entreprise avec ce canal courbe, c’est le principe de l’air forcé par l’écope de S-Duct au-dessus du sabot de fond plat qui prédomine. Comme vous pouvez le voir sur la photo concernée, l’écope est très large et le galbe se profile à la limite de la coque, donc capte enormément d’air avec beaucoup de velocité proportionelle à la vitesse. Je ne pense pas que seul l’effet de succion du principe venturi apporte suffisament de volume d’air, pour que ce S-Duct apporte vraiment un réel bénefice, sans nul doute la combinaison des deux principes, si la canal courbe possède un tel volume interieur c’est tout de même le forçage de l’air qui fait fonctionner le concept.
    Pour la surface plate de l’aileron avant, vous avez tout dit : aucune incidence afin de ne pas perturber le flux en créant une trainée et donc turbulence, c’est bien les potences d’aileron qui sont le guide du flux, je le précise toujours sur les analyses, là, il semble que j’ai oublié ceci, merci.
    Pour la structure du nez creux, je pense que le composite a été traité avec du vernis et plusieurs couches, qu’il soit noir Mat ou simplement de couleur pure des composites, rien en change évidemment, c’est un choix design « décor ». Effectivement, on devine une surface très lisse, certainement dû à réduire les perturbations de l’air à son contact, afin de favoriser l’entrée d’air dans les deux interstices. C’est juste un choix esthétique, si vous avez l’occasion de comparer le « Nez » Marussia à celui de la Red Bull RB10, vous observerez la différence de traitement du carbone.

    Bill

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  3. Gusgus dit :

    Et pour répondre à patatrice en ce qui concerne la zone centrale de l’aileron avant, si toutes les écuries la gèrent de la même manière, c’est tout simplement parce que c’est un profil d’aile mandaté par le règlement (article 3.7.3 et Annexe 1 Dessin 7 du Règlement Technique) sur une largeur de 50 cm au centre de l’aileron avant. Voilà ce que donne le profil quand on trace quelques uns des points mandatés : http://imageshack.com/a/img577/6342/h5nb.png

    Le profil a une longueur d’environ 240 mm, et son point le plus bas est situé au plus bas de la zone prévue pour l’aileron avant, c’est-à-dire 75 mm au-dessus du plan de référence. On constate que c’est un profil sans courbure (similaire à celui des caméras), dont l’incidence est négative (environ -4°). Il génère donc de la portance et non de l’appui. Il a été instauré en 2009 pour diminuer l’appui à l’avant, et limiter le déventage d’une monoplace qui en suit une autre de trop près : en l’état, dans l’aspiration, donc dans un champ de pressions plus faibles, la portance du profil diminue et il est plus aisé de suivre une voiture. Bien sûr, le phénomène de déventage demeure, mais est légèrement atténué par ce dispositif.

    Avant 2009, quand les écuries n’avaient pas à respecter ce profil, elles ne gênaient pas pour générer de l’appui en mettant des profils d’aileron très inclinés.

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