FORMULA STUDENT : FAUT-IL VRAIMENT DES AILERONS POUR ÊTRE RAPIDE ?

ANALYSE COMPARATIVE DE L’INFLUENCE DE L’AÉRODYNAMIQUE SUR LA PERFORMANCE

En FORMULA STUDENT, l’aérodynamique occupe une place particulière. Pour certains, elle représente un passage incontournable vers la performance. Pour d’autres, elle ajoute surtout de la complexité, du poids et de la traînée, sans garantir un gain sur l’ensemble des épreuves. L’objectif de cette étude n’est pas de défendre une idée préconçue, mais de comparer deux philosophies de conception de manière logique et mesurable. D’un côté, la FORMULA STUDENT FS26-DVP, équipée d’un package aérodynamique destiné à générer davantage d’appui. De l’autre, la FORMULA STUDENT FS27-DVP, développée sur une base comparable, mais dépourvue d’ailerons principaux afin de privilégier la simplicité, la réduction de masse et une moindre traînée.

La question est donc simple :

UNE FORMULA STUDENT ÉQUIPÉE D’AILERONS EST-ELLE RÉELLEMENT PLUS PERFORMANTE QU’UNE VERSION PLUS LÉGÈRE ET MOINS CHARGÉE AÉRODYNAMIQUEMENT ?

2 VÉHICULES EN COMPÉTITION

FORMULA STUDENT FS26-DVP

La FORMULA STUDENT FS26-DVP représente l’approche privilégiant l’aérodynamique. Son package est conçu pour générer davantage d’appui, améliorer la stabilité et augmenter la vitesse de passage dans les virages rapides. Ces gains potentiels s’accompagnent toutefois d’une masse, d’une traînée et d’une complexité de réglage supérieures.

FORMULA STUDENT FS27-DVP

La FORMULA STUDENT FS27-DVP représente une approche plus légère et moins chargée aérodynamiquement. Dépourvue des principaux ailerons de la FORMULA STUDENT FS26-DVP, elle privilégie une masse réduite, une moindre résistance à l’avancement et une conception plus simple. Elle conserve une base technique comparable, tout en adoptant une philosophie différente orientée vers l’agilité et l’efficacité globale.

MENTION D’INDÉPENDANCE

J3DMODDING n’est affilié à aucun organisateur officiel de la compétition.

QU’EST-CE QUE LA FORMULA STUDENT ?

La FORMULA STUDENT est une compétition internationale d’ingénierie destinée aux étudiants des écoles et des universités. Chaque équipe doit concevoir, fabriquer, développer et exploiter sa propre monoplace, thermique ou électrique, en respectant un règlement technique et de sécurité particulièrement exigeant.

L’évaluation ne repose pas uniquement sur la vitesse en piste. Les équipes participent à des épreuves statiques portant sur la conception technique, les coûts de fabrication et la présentation du projet, ainsi qu’à plusieurs épreuves dynamiques : Accélération, Skidpad, Autocross et Endurance. La compétition récompense ainsi le meilleur compromis entre performance, fiabilité, efficacité énergétique, maîtrise des coûts et qualité globale de l’ingénierie.

UNE COMPARAISON TECHNIQUE, PAS UNE OPINION

Dans les échanges autour de la Formula Student, l’aérodynamique est souvent directement associée à la performance. Elle constitue pourtant un compromis entre l’appui généré, la masse ajoutée, la traînée, la consommation énergétique et la complexité de conception. Un package aérodynamique peut améliorer l’adhérence et la vitesse de passage en courbe, mais ses avantages doivent compenser les contraintes qu’il impose au véhicule.

À l’inverse, une monoplace dépourvue d’ailerons principaux peut bénéficier d’une masse réduite, d’une moindre résistance à l’avancement et d’une conception plus simple. La véritable question n’est donc pas de savoir si l’aérodynamique fonctionne, mais si les gains obtenus compensent ses contraintes sur l’ensemble des épreuves.

Cette étude compare cependant deux philosophies de conception complètes. Les différences constatées ne peuvent pas être attribuées exclusivement aux ailerons, puisque la masse et la traînée des deux monoplaces sont également différentes.

PLUS D’APPUI NE SIGNIFIE PAS TOUJOURS PLUS DE PERFORMANCE

À basse vitesse, l’appui aérodynamique reste limité et la performance dépend principalement de la masse, de la motricité et de l’adhérence mécanique. Lorsque la vitesse augmente, les ailes peuvent améliorer l’adhérence et la stabilité dans les virages, mais la traînée qu’elles génèrent pénalise l’accélération, la vitesse en ligne droite et potentiellement la consommation d’énergie.

Chaque épreuve peut donc favoriser une philosophie différente. L’Accélération, le Skidpad, l’Autocross et l’Endurance permettront d’observer dans quelles conditions l’appui aérodynamique devient réellement avantageux et dans quelles situations une monoplace plus légère et moins chargée conserve l’avantage.

COMPARAISON SUR LES ÉPREUVES FORMULA STUDENT

FS ACCELERATION

L’épreuve ACCÉLÉRATION se déroule en ligne droite, sur une distance chronométrée de 75 mètres, avec un départ arrêté. Le chronomètre démarre au franchissement de la ligne de départ et s’arrête au passage de la ligne d’arrivée. Cette épreuve évalue principalement la motricité, la capacité d’accélération, la gestion du couple moteur et l’influence de la masse du véhicule.

Dans notre protocole de simulation, le classement repose sur la moyenne de quatre essais, afin de limiter l’influence d’un passage exceptionnel. La FORMULA STUDENT FS27-DVP remporte ainsi l’épreuve avec une moyenne de 4,936 secondes, contre 4,947 secondes pour la FORMULA STUDENT FS26-DVP, soit un avantage de seulement 0,011 seconde.

La FORMULA STUDENT FS26-DVP réalise néanmoins le meilleur passage individuel en 4,909 secondes, contre 4,912 secondes pour la FORMULA STUDENT FS27-DVP. Cet écart de seulement trois millièmes confirme que les performances des deux monoplaces sont pratiquement équivalentes sur un essai isolé. FORMULA STUDENT FS27-DVP se montre toutefois légèrement plus performante sur l’ensemble des quatre tentatives.

Elle atteint également une vitesse finale moyenne supérieure de 2,65 km/h. Sur un départ arrêté, l’appui généré par les ailes de la FORMULA STUDENT FS26-DVP reste limité à basse vitesse, puis augmente progressivement avec la vitesse. Il peut favoriser la motricité, mais la traînée supplémentaire pénalise davantage la voiture en fin de parcours. La masse réduite et la moindre traînée de la FORMULA STUDENT FS27-DVP contribuent ainsi à sa vitesse finale plus élevée et à sa victoire, pour seulement onze millièmes de seconde en moyenne.

RÉSULTATS

FORMULA STUDENT FS26-DVP :

Essai 1 : 4,969 s – VMAX : 101,4 km/h
Essai 2 : 4,909 s – VMAX : 102,6 km/h
Essai 3 : 4,962 s – VMAX : 102,6 km/h
Essai 4 : 4,948 s – VMAX : 102,6 km/h
Moyenne : 4,947 s
Vitesse finale moyenne : 102,3 km/h

FORMULA STUDENT FS27-DVP :

Essai 1 : 4,942 s – VMAX : 104,8 km/h
Essai 2 : 4,912 s – VMAX : 104,8 km/h
Essai 3 : 4,925 s – VMAX : 105,1 km/h
Essai 4 : 4,964 s – VMAX : 105,1 km/h
Moyenne : 4,936 s
Vitesse finale moyenne : 104,95 km/h

FORMULA STUDENT FS26-DVP

DÉFAITE

FORMULA STUDENT FS27-DVP

VICTOIRE

FS SKIDPAD

L’épreuve SKIDPAD mesure principalement l’adhérence latérale et l’équilibre dynamique d’une monoplace sur un parcours en forme de huit. Le tracé réglementaire est constitué de deux cercles dont les centres sont espacés de 18,25 mètres. Chaque cercle possède un diamètre intérieur de 15,25 mètres et un diamètre extérieur de 21,25 mètres, formant un couloir de 3 mètres de largeur.
Un passage réglementaire comprend quatre tours : un premier tour à droite pour établir la trajectoire, un deuxième tour à droite chronométré, puis un premier tour à gauche suivi d’un second tour à gauche chronométré. En compétition, le résultat correspond à la moyenne des deux tours chronométrés, à laquelle sont ajoutées les éventuelles pénalités.

Assetto Corsa ne permettant pas d’isoler ces deux passages avec une précision suffisante, notre application chronomètre les quatre tours complets, puis divise le temps total par quatre. Le classement final repose ensuite sur la moyenne des deux sessions réalisées. Ce résultat constitue donc une mesure comparative propre à notre protocole de simulation et non un temps officiel Formula Student.
La FORMULA STUDENT FS26-DVP remporte l’épreuve avec une moyenne de 5,305 secondes, contre 5,730 secondes pour la FORMULA STUDENT FS27-DVP, soit un avantage moyen de 0,425 seconde. Elle réalise également le meilleur résultat individuel avec 5,120 secondes, contre 5,724 secondes pour la FORMULA STUDENT FS27-DVP.

La FORMULA STUDENT FS27-DVP se montre néanmoins beaucoup plus régulière : seulement 0,011 seconde sépare ses deux sessions, contre 0,369 seconde pour la FORMULA STUDENT FS26-DVP. Elle enregistre aussi le pic d’accélération latérale le plus élevé avec 1,34 g, mais cette valeur instantanée ne suffit pas à produire le meilleur temps moyen. La performance dépend également de la trajectoire, de la stabilité et de la capacité à maintenir l’adhérence sur l’ensemble du parcours. À ces vitesses relativement faibles, l’effet aérodynamique reste limité : l’avantage de la FORMULA STUDENT FS26-DVP traduit donc surtout un meilleur compromis global entre équilibre, pneumatiques, suspensions et appui disponible.

RÉSULTATS

FORMULA STUDENT FS26-DVP :

Session 1 – moyenne droite/gauche : 5,120 s
Accélération latérale maximale : 1,33 g
Vitesse maximale : 43,5 km/h
Session 2 – moyenne droite/gauche : 5,489 s
Accélération latérale maximale : 1,25 g
Vitesse maximale : 39,0 km/h
Moyenne des deux sessions : 5,305 s

FORMULA STUDENT FS27-DVP :

Session 1 – moyenne droite/gauche : 5,724 s
Accélération latérale maximale : 1,31 g
Vitesse maximale : 42,5 km/h
Session 2 – moyenne droite/gauche : 5,735 s
Accélération latérale maximale : 1,34 g
Vitesse maximale : 42,3 km/h
Moyenne des deux sessions : 5,730 s

FORMULA STUDENT FS26-DVP

VICTOIRE

FORMULA STUDENT FS27-DVP

DÉFAITE

FS AUTOCROSS

L’épreuve AUTOCROSS se dispute sur un seul tour chronométré, sur un tracé court et technique dont la longueur réglementaire doit rester inférieure à 1,5 km. Le parcours combine des lignes droites limitées à 80 mètres, des slaloms, des chicanes, des virages serrés et des changements de direction. Sa largeur minimale est de 3 mètres et son diamètre minimal de braquage est fixé à 9 mètres. Dans notre simulation, le tracé mesure environ 1,2 km.

Cette épreuve constitue un test complet du comportement dynamique de la monoplace. Elle sollicite simultanément le freinage, la motricité, l’agilité, la stabilité, l’adhérence mécanique et l’efficacité aérodynamique. Contrairement aux épreuves d’Accélération et de Skidpad de notre protocole, le résultat correspond ici directement au temps réalisé sur un tour complet.

La FORMULA STUDENT FS26-DVP remporte l’épreuve en 52,176 secondes, contre 53,496 secondes pour la FORMULA STUDENT FS27-DVP, soit une avance de 1,320 seconde. Les deux monoplaces atteignent pourtant la même vitesse maximale de 140,8 km/h et terminent avec un niveau de batterie identique.

Malgré une masse plus élevée et une traînée supérieure, la FORMULA STUDENT FS26-DVP bénéficie de l’appui généré par ses ailes, qui améliore son adhérence et sa stabilité dans les portions rapides. La FORMULA STUDENT FS27-DVP reste compétitive grâce à sa masse réduite et à son agilité, mais ces qualités ne suffisent pas à compenser l’avantage aérodynamique de la FORMULA STUDENT FS26-DVP sur ce tracé. Ce résultat montre que la vitesse maximale ne suffit pas à déterminer la performance : la capacité à conserver davantage de vitesse dans les virages peut produire un gain significatif sur l’ensemble du tour.

RÉSULTATS

FORMULA STUDENT FS26-DVP :

Temps au tour : 00:52.176
Vitesse maximale : 140,8 km/h
Batterie restante : 95 %

FORMULA STUDENT FS27-DVP :

Temps au tour : 00:53.496
Vitesse maximale : 140,8 km/h
Batterie restante : 95 %

FORMULA STUDENT FS26-DVP

VICTOIRE

FORMULA STUDENT FS27-DVP

DÉFAITE

FS ENDURANCE

L’épreuve ENDURANCE est la discipline dynamique la plus complète de la Formula Student. Elle évalue les performances sur la durée, la régularité des pilotes, la fiabilité du véhicule et son efficacité énergétique. Le règlement prévoit une distance totale d’environ 22 km, répartie entre deux pilotes effectuant chacun un relais d’environ 11 km. Dans notre simulation, le circuit mesure environ 1,54 km. L’épreuve est donc composée de 14 tours, soit une distance totale proche de 21,6 km, correspondant à la distance réglementaire avec une adaptation au tracé disponible.

L’aérodynamique peut améliorer la vitesse de passage en courbe, mais l’augmentation de la traînée peut aussi accroître la consommation d’énergie. Cette épreuve permet ainsi de comparer le temps total, le meilleur tour, la vitesse moyenne, la régularité et la réserve énergétique finale des deux monoplaces.

Contrairement à une véritable épreuve FORMULA STUDENT, notre simulation ne comprend aucun changement de pilote à mi-parcours : les 14 tours sont effectués successivement par le même pilote, sans interruption. Le protocole ne reproduit donc pas les conditions réglementaires liées au changement de pilote, à la reprise du rythme et aux éventuelles pénalités. Les chronos obtenus doivent être considérés comme des résultats propres à notre simulation et ne peuvent pas être comparés directement à ceux d’une compétition officielle.

La FORMULA STUDENT FS27-DVP remporte l’épreuve avec une avance de 40,404 secondes. Elle réalise également un meilleur tour plus rapide de 3,407 secondes et affiche une vitesse moyenne supérieure de 3,2 km/h. Sa masse réduite et sa moindre traînée lui permettent de maintenir un rythme plus élevé sur l’ensemble des 14 tours, malgré l’appui aérodynamique supérieur de la FORMULA STUDENT FS26-DVP.

Les deux monoplaces terminent avec 20 % de batterie restante selon l’indication affichée par la simulation. La FORMULA STUDENT FS27-DVP obtient donc une meilleure performance sans diminution visible de sa réserve énergétique finale. Cette valeur étant arrondie, elle ne permet toutefois pas de mesurer précisément la différence de consommation ou de récupération d’énergie entre les deux véhicules.

RÉSULTATS

FORMULA STUDENT FS26-DVP :

Temps total : 16:15.741
Meilleur tour : 01:07.937
Vitesse moyenne : 79,7 km/h
Vitesse maximale : 140,9 km/h
Batterie restante : 20 %

FORMULA STUDENT FS27-DVP :

Temps total : 15:35.337
Meilleur tour : 01:04.530
Vitesse moyenne : 82,9 km/h
Vitesse maximale : 140,9 km/h
Batterie restante : 20 %

FORMULA STUDENT FS26-DVP

DÉFAITE

FORMULA STUDENT FS27-DVP

VICTOIRE

CONCLUSION

RAPPEL DES RÉSULTATS

FS ACCELERATION : FORMULA STUDENT FS27-DVP
FS SKIDPAD : FORMULA STUDENT FS26-DVP
FS AUTOCROSS : FORMULA STUDENT FS26-DVP
FS ENDURANCE : FORMULA STUDENT FS27-DVP

La comparaison entre la FORMULA STUDENT FS26-DVP et la FORMULA STUDENT FS27-DVP met en évidence deux philosophies de conception différentes. La FS26-DVP privilégie l’appui aérodynamique afin d’améliorer l’adhérence, la stabilité et la vitesse de passage en courbe. La FORMULA STUDENT FS27-DVP repose au contraire sur une conception plus simple, plus légère et moins pénalisée par la traînée.

Les résultats sont partagés, avec deux victoires pour chaque monoplace. La FORMULA STUDENT FS27-DVP prend un léger avantage en Accélération et s’impose plus nettement en Endurance, où sa masse réduite et sa moindre traînée favorisent la vitesse moyenne et la performance sur la durée. La FORMULA STUDENT FS26-DVP remporte le Skidpad et l’Autocross, deux épreuves dans lesquelles son équilibre dynamique et son appui supplémentaire peuvent être davantage exploités. Aucun classement général n’est cependant établi, car notre protocole n’applique pas le barème officiel de points FORMULA STUDENT.

Cette étude compare deux concepts de véhicules complets. Les différences observées ne peuvent donc pas être attribuées exclusivement à la présence ou à l’absence des ailerons, puisque la masse et la traînée diffèrent également entre les deux monoplaces. Pour isoler précisément l’influence de l’aérodynamique, il faudrait tester un même véhicule avec et sans son package aérodynamique, sans modifier les autres paramètres.

Les ailerons ne garantissent donc pas automatiquement un meilleur chrono sur toutes les épreuves. Leur intérêt dépend du tracé, de la vitesse, de la masse ajoutée, de la traînée générée et de la capacité du véhicule à exploiter réellement l’appui supplémentaire. La meilleure solution n’est pas nécessairement celle qui produit le plus d’appui ou celle qui possède la masse la plus faible, mais celle qui offre le compromis le plus adapté à l’ensemble des épreuves.