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1. (WO2019048710) AERODYNAMIC FOOT FOR A MOTOR VEHICLE SPOILER
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Pied aérodynamique d'aileron de véhicule automobile

La présente invention concerne le domaine de l'automobile. Elle concerne plus particulièrement un aileron arrière de véhicule automobile et son support de liaison sur le véhicule.

On appelle aileron (en anglais « spoiler ») une pièce de carrosserie destinée à améliorer l'aérodynamique du véhicule sur laquelle cette pièce est placée. Une telle pièce peut ainsi permettre d'augmenter la stabilité à haute vitesse du véhicule. Les ailerons sont également utilisés pour des aspects esthétiques du véhicule. L'aileron est fixé à l'arrière du véhicule. Il s'agit donc d'une pièce de carrosserie pouvant être située et fixée sur l'ouvrant arrière du véhicule. L'aileron peut par exemple être fixé à mi-hauteur à l'arrière du véhicule, c'est-à-dire entre la lunette et le pare-chocs arrière. Il peut aussi être fixé en partie supérieure du véhicule entre le toit et le bord supérieur de la lunette, sur le toit ou sur le hayon.

On connaît des ailerons montés fixes sur un véhicule automobile. Un inconvénient de ces ailerons est qu'il n'est pas possible d'améliorer l'aérodynamisme du véhicule en fonction de la vitesse, car la position optimale de l'aileron dépend de la vitesse.

Ainsi, les ailerons arrière montés fixes ont une efficacité globale (pour chaque régime de vitesse) moyenne. Ils ne permettent pas d'obtenir la meilleure efficience pour chaque régime de vitesse.

On connaît aussi des ailerons arrière montés mobiles sur un véhicule automobile. Ce type d'aileron permet d'adapter la position de l'aileron en fonction du régime de vitesse, afin d'obtenir la meilleure efficience.

De manière générale, l'aileron est constitué d'une lame aérodynamique reliée au reste de la carrosserie du véhicule par un ou plusieurs pieds.

De manière générale, pour les ailerons montés mobiles, le ou les pieds sont monté(s) mobiles par rapport à une pièce de carrosserie sur laquelle ils sont fixés. Ainsi, la position de la lame de l'aileron est ajustée en translation et en rotation par des cinématiques appliquées aux pieds. L'actionnement de ce déploiement de l'aileron est le plus souvent réalisé à l'aide de pieds constitués de vérins ou de biellettes.

Ces pieds peuvent présenter plusieurs formes différentes. On connaît par exemple des pieds de forme cylindrique, en matière plastique pouvant être réalisés d'un seul tenant avec la lame de l'aileron, ou vissés sur celle-ci. On connaît aussi des pieds métalliques, de formes diverses, étant souvent vissés sur la lame de l'aileron. Ces pieds sont fixés sur une pièce de carrosserie ou un dispositif permettant un déplacement relatif de l'aileron par rapport au véhicule.

En général, la forme extérieure des pieds est profilée pour améliorer l'écoulement

aérodynamique des flux d'air.

Ces ailerons et leurs pieds donnent de manière générale satisfaction à l'utilisateur, mais il existe un besoin constant d'améliorer les performances aérodynamiques des véhicules et de réduire leur consommation en carburant. Par exemple, le recollement aérodynamique, à l'arrière du pied de l'aileron des flux d'airs le contournant, perturbe l'écoulement des flux autour de l'aileron. Ainsi, ces perturbations réduisent l'efficacité de l'aileron, diminuant de fait le gain de stabilité procuré par celui-ci. Ces perturbations augmentent aussi la force de traînée subie par l'aileron, ce qui freine le véhicule et augmente de fait la consommation de carburant de celui-ci.

L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients en intégrant à l'aileron un pied apte à rediriger le flux d'air qui normalement le contourne seulement. Ainsi, l'objet de l'invention concerne un pied d'aileron de véhicule automobile, comportant une extrémité inférieure apte à être fixée à un véhicule automobile, et une extrémité supérieure apte à être reliée à une lame aérodynamique de l'aileron. Le pied comporte au moins un canal apte à rediriger un flux d'air en direction de la lame aérodynamique.

Un tel pied aérodynamique d'aileron permet de rediriger le flux d'air qui le contourne latéralement vers la lame aérodynamique. Ainsi, au droit de chaque pied, les flux d'air passant au-dessus de la lame aérodynamique et celui passant en-dessous, à proximité du pied, se rejoignent plus rapidement à l'arrière du bord de fuite, autrement dit se recollent à une distance plus proche du bord arrière de l'aileron. Ainsi, ce dispositif permet de diminuer l'influence néfaste du pied sur l'aérodynamique de l'aileron, et notamment de réduire la force de traînée à haute vitesse de l'aileron.

Le pied d'aileron peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :

- le pied comporte au moins un flanc entre l'extrémité supérieure et l'extrémité inférieure, et le canal comporte au moins une ouverture d'entrée du flux d'air.

- le pied comporte au moins deux flancs latéraux, et les flans latéraux sont orientés selon l'axe longitudinal du véhicule lorsque le pied est monté sur le véhicule.

- le canal comporte au moins une ouverture de sortie du flux d'air aménagée sur une zone du pied située sur l'extrémité supérieure et dirigée vers l'arrière du véhicule lorsque le pied est monté sur un véhicule.

- au moins une ouverture d'entrée et/ou au moins une ouverture de sortie est en forme d'ouïe ou de branchie.

- le pied comporte deux parties, l'une supérieure portant l'extrémité supérieure, et l'une inférieure portant l'extrémité inférieure, la partie supérieure étant apte à être insérée complètement dans la partie inférieure.

- la ou chaque ouverture d'entrée est située sur la partie inférieure du pied.

- la ou chaque ouverture de sortie est située sur la partie supérieure du pied.

- l'une des parties inférieure et supérieure du pied est réalisée au moyen d'un procédé de moulage par injection.

- la partie inférieure et la partie supérieure sont articulées entre elles au moyen d'au moins un axe de rotation apte à guider la partie supérieure dans un mouvement de rotation simple par rapport à la partie inférieure.

L'invention concerne aussi un aileron comportant au moins un pied d'aileron selon l'invention.

Avantageusement, l'aileron et la partie supérieure du pied sont réalisés au moyen d'un même procédé de moulage.

L'invention concerne aussi une pièce de carrosserie de véhicule comportant un aileron selon l'invention, dans laquelle l'aileron est mobile entre une position rétractée dans laquelle il affleure avec une surface externe de la pièce de carrosserie, et une position déployée.

Avantageusement, la partie inférieure du pied effectue un mouvement de translation par rapport à la surface externe de la pièce de carrosserie, lorsque l'aileron passe de la position rétractée et la position déployée et inversement.

Avantageusement, la partie supérieure du pied effectue un mouvement de rotation par rapport à la partie inférieure lorsque l'aileron passe de la position rétractée et la position déployée et inversement.

Avantageusement, la translation de la partie inférieure du pied et la rotation de la partie supérieure du pied sont simultanées lorsque l'aileron passe de la position rétractée à la position déployée, ou de la position déployée à la position rétractée.

Avantageusement, la translation de la partie inférieure du pied est préalable à la rotation de la partie supérieure du pied lorsque l'aileron passe de la position rétractée à la position déployée.

L'invention sera mieux comprise à la lecture des figures annexées, qui sont fournies à titre d'exemple et ne présentent aucun caractère limitatif, dans lesquelles :

la figure 1 est une vue d'un exemple de pied d'aileron selon l'invention, en position partiellement rétractée ;

la figure 2 est une vue du pied d'aileron de la figure 1 , dans lequel la partie supérieure est en position déployée par rapport à la partie inférieure ;

- la figure 3 est une vue de la partie supérieure du pied d'aileron de la figure 1 ;

la figure 4 est une vue de la partie inférieure du pied d'aileron de la figure 1 ;

la figure 5 est une vue en perspective de l'arrière d'un véhicule comportant un

exemple de pied d'aileron selon l'invention ;

la figure 6 est une vue de l'arrière d'un véhicule comportant un pied d'aileron selon l'invention, en cours de déploiement ;

la figure 7 est une vue de l'arrière d'un véhicule comportant un pied d'aileron selon l'invention, en position déployée ;

la figure 8 représente les flux d'air entrant et sortant du pied d'aileron illustré sur la figure 2.

Par la suite, les termes tels que « axe longitudinal X », « axe transversal Y », « axe vertical Z », « avant », « arrière », « au- dessus », « supérieur », « en-dessous », « inférieur », etc. s'entendent par référence à l'orientation usuelle des véhicules automobiles selon le repère représenté sur la figure 1.

Les figures 1 et 2 représentent un pied d'aileron 10 selon l'invention. Les figures 3 et 4 représentent quant à elles les parties supérieure 26 et inférieure 22 du pied 10. La partie inférieure 22 comporte une extrémité inférieure 20 destinée à être fixée à une pièce de carrosserie 60 de véhicule automobile, et la partie supérieure 26 comporte une extrémité supérieure 24 destinée à être liée à la lame aérodynamique de l'aileron. Le pied 10 comporte un canal 40 apte à rediriger un flux d'air depuis la partie inférieure 22 vers la partie supérieure 26, en direction de la face inférieure 32 de la lame aérodynamique 30, plus particulièrement vers le bord arrière 34 de l'aileron. Alternativement, le canal 40 peut être ouvert sur sa longueur, formant une ailette. Il peut également être constitué de deux ailettes parallèles entre elles. Il peut aussi former une tranchée, ou une gouttière, sur une surface du pied 10. Le bord arrière 34 de l'aileron est le bord de fuite de la lame et il est situé à l'arrière de celle-ci quand l'aileron est monté sur un véhicule automobile.

Le pied 10 présente une forme générale profilée vis-à-vis du flux d'air s'écoulant autour du véhicule. Cette forme profilée est plus longue (dans le sens X) que large (dans le sens Y). Le pied 10 présente ainsi deux flancs latéraux 28g et 28d, galbés dans le sens Y, formés à la fois par les parties supérieure 26 et inférieure 22 du pied 10. L'un de ces flancs 28g est situé au premier plan de la figure 1 , alors que le deuxième flanc 28d est caché, c'est-à-dire derrière le reste du pied 10. Par flan latéral on entend un flan situé sur un côté du pied 10 par référence à l'axe longitudinal X d'un véhicule sur lequel le pied serait installé. Ces deux flancs galbés délimitent entre eux le canal 40, qui est situé à l'intérieur du pied 10. Le pied 10 est donc creux, et c'est donc la partie évidée dans le pied 10 qui forme le canal, par lequel un flux d'air est redirigé. Le canal 40 comporte au moins une ouverture d'entrée 42 de flux d'air aménagée sur un flanc latéral 28. Dans le mode de réalisation détaillé, chaque flanc 28 comporte trois ouvertures d'entrée 42, ce qui fait un total de six ouvertures d'entrée 42 pour le pied 10. Mais ce nombre peut varier, chaque flanc 28 pouvant comporter une, deux, trois, quatre ou bien cinq entrées 42 différentes. Les deux flancs peuvent comporter un nombre différent d'ouvertures d'entrée 42. Ainsi, le nombre total d'ouvertures d'entrée 42 par pied peut aller de une à dix par exemple. Le canal 40 comporte aussi au moins une ouverture de sortie 44 du flux d'air aménagée sur une zone 46 du pied située dans la partie supérieure 26. L'ouverture de sortie 44 est dirigée vers la face inférieure 32 et le bord arrière 34 de la lame 30. Par zone 46 située dans la partie supérieure 26, on entend l'espace situé à la surface du pied 10, à l'endroit où les deux flancs latéraux 28 se rejoignent, à l'arrière du pied. Cet espace est situé juste en dessous du bord arrière de la lame 30, ce qui est particulièrement avantageux pour rediriger un flux d'air vers celui-ci. Le pied 10, comme on le voit sur la figure 2 et la figure 8, comporte ici deux ouvertures de sortie 44 qui sont situées à cheval sur les deux flancs latéraux du pied. Une troisième ouverture 44 est quant à elle formée entre la partie supérieure 26 et la partie inférieure 22. Le nombre de ces ouvertures de sortie peut être de une, deux, trois, quatre ou cinq.

Dans le mode de réalisation présenté, le canal 40 formé à l'intérieur du pied 10 a un contour fermé formé par les deux flancs latéraux 28, ce qui permet une meilleure redirection du flux d'air. Dans une variante de l'invention, le canal peut comporter un contour ouvert, pouvant être à la surface extérieure du pied 10. Ce canal peut prendre la forme d'une ailette ou d'une gorge par exemple.

Les ouvertures d'entrée 42 et de sortie 44 ont ici une forme de branchie. Cette forme est idéale pour permettre l'entrée du flux d'air et sa sortie en le perturbant le moins possible. De plus, cette forme a l'avantage d'être particulièrement esthétique, renforçant l'aspect sportif du véhicule sur lequel le pied est monté. Néanmoins, les ouvertures (ou orifices) d'entrée et de sortie peuvent aussi avoir une forme d'ouïe, c'est-à-dire une ouverture en forme de « S », ou ronde ou oblongue.

Ici, la partie inférieure 22, présentée seule en figure 4, comporte toutes les ouvertures d'entrée 42. Cette partie 22 est creuse ou évidée dans sa partie centrale, qui forme une portion inférieure 40i du canal 40. La partie supérieure 26 comporte plusieurs ouvertures de sortie 44. Cette partie 26 est creuse ou évidée dans sa partie centrale, qui forme une portion supérieure 40s du canal 40. Cette partie comporte une extrémité supérieure 24 destinée à être liée à la lame aérodynamique 30 de l'aileron. Dans le mode représenté en figure 2, la partie supérieure 26 s'insère à l'intérieur de la partie inférieure 22 en réalisant ainsi un tuilage partiel visible en pointillé pour améliorer la continuité de guidage du flux d'air depuis la portion inférieure 40i du canal vers sa portion supérieure 40s. De façon analogue, la partie inférieure 22 pourrait s'insérer à l'intérieur de la partie supérieure 26 en réalisant ainsi un tuilage permettant aussi d'améliorer la continuité de guidage du flux d'air depuis la portion inférieure 40i du canal 40 vers sa portion supérieure 40s. Ces parties 22, 26 sont réalisées de préférence à l'aide d'un procédé de moulage par injection. Toutefois, les parties supérieure 26 et inférieure 22 du pied peuvent chacune être réalisée à partir de plusieurs pièces. La partie supérieure 26 vient s'escamoter dans la partie inférieure 22 lorsque le pied 10 est en position rétractée, ou dans une position intermédiaire, comme nous le verrons plus loin. On peut le voir, en pointillé sur la figure 1 , dans une position intermédiaire partiellement rétractée en rotation. De cette manière le pied 10 occupe un espace plus faible lorsqu'il est rétracté. Ces parties du pied peuvent, de manière alternative, être réalisées à l'aide d'un procédé d'impression 3D.

Les deux parties 22, 26 du pied sont articulées entre elles au moyen d'au moins un axe de rotation 52 reliant les deux parties. Cet axe permet à la partie supérieure 26 d'effectuer une rotation simple uniquement par rapport à la partie inférieure 22 du pied, pour passer de la position rétractée à la position déployée et inversement.

Le pied d'aileron 10 est préférablement réalisé en matière plastique, matière présentant le meilleur compromis entre performances mécaniques (rigidité, poids), coût et facilité de mise en forme. On peut néanmoins réaliser les différentes pièces de ce pied dans un autre matériau, comme du métal, par exemple de l'aluminium ou de l'acier.

Nous allons maintenant décrire le fonctionnement du pied d'aileronl O.

Lorsque le pied 10 est monté sur un véhicule automobile et que celui-ci est en mouvement, un flux d'air contourne le pied 10, se dirigeant de l'avant vers l'arrière du véhicule. Lorsque l'aileron est partiellement ou complètement déployé en fonction des conditions aérodynamiques de roulage du véhicule, le pied 10 qui manœuvre et place la lame 30 dans la position requise, est alors totalement ou partiellement déployé, comme montré en figure 2. Le flux d'air 90, qui contourne seulement le pied 10 avec un aileron classique, est redirigé vers le haut, en passant par le canal 40 donc vers la lame 30, comme représenté en figure 8. Ainsi, les flux d'air passant au-dessus de la lame 30 et en-dessous, à proximité du pied d'aileron, se rejoignent plus rapidement à l'arrière du bord de fuite 34, autrement dit se recollent à une distance plus proche du bord arrière 34 de l'aileron. Le flux d'air entrant 90e pénètre dans le canal 40 via des ouvertures d'entrée 42. Les ouvertures d'entrée 42 sont constituées de surfaces progressivement désaffleurantes par rapport aux flancs latéraux 28. Ces surfaces désaffleurantes (ou rentrantes) débouchent à l'intérieur du pied par des fentes 43 ménagées sur une surface intérieure du pied. Les ouvertures d'entrée 42 permettent une bonne entrée du flux dans le canal 40, tout en générant une force de traînée faible. Le flux d'air sortant 90s sort du canal 40 par des ouvertures de sortie 44. Celles-ci sont positionnées dans un espace 46 de la partie supérieure 26 du pied, et elles renvoient et rapprochent bien le flux d'air initial pris sur les flancs latéraux en direction d'un bord arrière 34 de la lame 30. De plus, la

forme de ces ouvertures de sortie 44, débouchant et orientées vers la face inférieure 32 de la lame 30, et en particulier vers son bord arrière 34, renforce l'effet de redirection. Ainsi, ce dispositif permet de réduire la force de traînée à haute vitesse de l'aileron 50 et de son pied 10, améliorant de ce fait l'aérodynamique du véhicule.

La forme en branchie à surfaces progressivement désaffleurantes des ouvertures d'entrée 42 permet aux couches de flux d'air proches du pied 10 de pénétrer facilement dans le canal 40. Ainsi, elles redirigent une plus grande partie du flux que des ouvertures avec des formes plus communes.

Les figures 5 à 7 illustrent un aileron 50 selon l'invention installé sur une pièce de carrosserie 60 de véhicule automobile 70. Dans la figures 5, l'aileron est en position rétractée, dans la figure 6, celui-ci est dans une position intermédiaire entre la position rétractée et la position déployée, et en figure 7, celui-ci est en position déployée.

L'aileron 50 de ces figures comporte ici deux pieds 10 tel que celui décrit précédemment, et une lame aérodynamique 30 qui est reliée à l'extrémité supérieure 24 de la partie supérieure 26 du pied 10. L'aileron 50 peut comporter un nombre de pieds différent de deux, par exemple trois, quatre, ou bien un seul.

Dans le cas où la lame 30 et la partie supérieure 26 du pied sont des éléments distincts de par leur procédé de réalisation ou leur matériau constitutif, ils doivent alors être reliés par une fixation réalisée entre l'extrémité supérieure 20 du pied et la face inférieure 32 de la lame, par exemple par collage, vissage, rivetage, adhésivage, soudure...

On peut aussi avoir un aileron 50 où la lame 30 et la partie supérieure 26 du pied 10 sont formés d'un seul tenant et réalisés au moyen d'un même procédé de moulage. Ils forment donc la même pièce monobloc. Ce procédé de fabrication est particulièrement indiqué car il permet de réaliser cette pièce rapidement et en une seule étape, ce qui est particulièrement pratique lorsque la pièce est produite industriellement, et permet de réduire les coûts de production. Cela permet aussi d'obtenir une pièce plus robuste, apte à résister aux efforts aérodynamiques notamment au niveau de la liaison entre le pied et la lame.

Les figures 5 à 7 présentent aussi une pièce de carrosserie 60 comportant un aileron 50 selon l'invention. Cette pièce de carrosserie 60 est représentée ici assemblée sur un véhicule automobile 70. Elle est destinée à être assemblée sur une partie arrière du véhicule 70. Cette pièce de carrosserie peut être par exemple un hayon arrière ou un ouvrant arrière de véhicule. Cette pièce de carrosserie comporte un logement 62 dans lequel l'aileron 50 peut s'escamoter en position de repos, par exemple quand le véhicule est à l'arrêt.

Dans cette position, la face supérieure de la lame 33 affleure avec la surface externe de la pièce de carrosserie 64, de façon à ce que la face supérieure 33 de la lame et la

surface externe 64 forment une surface extérieure quasiment uniforme. Ceci permet à l'arrière du véhicule d'avoir une esthétique avantageuse lorsque l'aileron est totalement rétracté, ainsi que de ne pas présenter de protubérances, qui seraient néfastes d'un point de vue aérodynamique. Le pied 10 peuvent aussi se trouver dans une position déployée telle que décrite en figure 2. Dans cette position, la lame se trouve à distance de la pièce de carrosserie, et a effectué une légère rotation par rapport à sa position initiale. L'aileron 50 est ici dans une position idéale pour améliorer les performances aérodynamiques du véhicule dans son ensemble à haute vitesse. En général, cet aileron 50 est en position déployée à partir d'une vitesse d'environ 80 km/h.

Nous allons maintenant décrire le déploiement de l'aileron 50 étape par étape.

Nous partons donc de l'aileron 50 en position rétractée et escamoté dans le logement 62, tel que présenté en figure 6.

Lors de la première étape du déploiement, l'aileron effectue un mouvement de translation par rapport au logement 62 de la pièce de carrosserie 60 sous l'effet d'actionneurs pilotés, et appliquant un effort de déploiement sur la partie inférieure 22 du pied 10. Ce mouvement est effectué ici sur une course d'environ 100 mm, mais cette distance peut évoluer beaucoup (50 à 300mm) suivant le modèle de véhicule, et donc la pièce de carrosserie 64 sur laquelle l'aileron 50 est installé. Une fois cette première étape effectuée, l'aileron se trouve dans la position illustrée par la figure 6, c'est-à-dire partiellement déployée. Que ce soit avant ou à la fin de cette étape, les pieds 10 se trouvent dans la configuration illustrée par la figure 1 dans laquelle la partie supérieure 26 n'a pas encore effectué de rotation par rapport à la partie inférieure 22. Cette étape permet de décaler la lame 30 par rapport à la pièce de carrosserie 60. Cette mise à distance permet ensuite de la faire pivoter pour la placer dans sa position optimale, sans risquer d'interférence mécanique entre la lame 30 et le reste de la carrosserie.

La deuxième étape du déploiement consiste en la rotation de la partie supérieure 26 du pied 10 par rapport à sa partie inférieure 22. Cette rotation entraine de fait une rotation de la lame 30 qui est reliée et se trouve ainsi placée dans la position lui permettant d'agir au mieux sur l'aérodynamique du véhicule à haute vitesse. On voit aussi que dans cette position, les ouvertures de sortie 44 des pieds 10 sont dégagées, alors qu'elles se trouvaient encore précédemment escamotées à l'intérieur de la partie inférieure du pied. Ainsi, le pied peut rediriger de manière active le flux d'air comme nous l'avons décrit précédemment. Dans cette position déployée, l'aileron 50 améliore de manière significative les performances aérodynamiques du véhicule 70 à haute vitesse, baissant de fait sa consommation en carburant.

Le déploiement de l'aileron 50 se déclenche à partir d'une certaine vitesse programmée à l'avance, par exemple 80 km/h. La rétractation de celui-ci se déclenche

quand le véhicule passe d'une vitesse supérieure à ce seuil à une vitesse inférieure. Celle-ci se déroule suivant les mêmes étapes que celles du déploiement, mais dans le sens inverse, c'est-à-dire d'abord la rotation de l'aileron 50, puis la translation du pied 10 pour arriver en position rétractée.

Dans une solution alternative, la translation du pied et la rotation de l'aileron peuvent avoir lieu simultanément lors du déploiement ainsi que lors de la rétractation.

Le déploiement et la rétractation de l'aileron sont assurés par un système à base de vérins ou de moteurs électrique. On peut aussi assurer ceux-ci à l'aide d'un système utilisant un alliage à mémoire de forme.

Nomenclature

10 : pied d'aileron

20 : extrémité inférieure du pied

22 : partie inférieure du pied

24 : extrémité supérieure du pied

26 : partie supérieure du pied

28 : flancs latéraux du pied

28d et 28g : flancs latéraux droit et gauche du pied 30 : lame aérodynamique de l'aileron

32 : face inférieure de la lame aérodynamique

33 : face supérieure de la lame aérodynamique

34 : bord arrière de la lame aérodynamique

40 : canal

40i et 40s : portions inférieure et supérieure du canal

42 : ouverture d'entrée du canal

43 : fente de l'ouverture d'entrée du canal

44 : ouverture de sortie du canal

46 : zone comportant les ouvertures de sortie 50 : aileron

52 : axe de rotation

60 : pièce de carrosserie

62 : logement de l'aileron dans la pièce de carrosserie 64 : surface externe de la pièce de carrosserie 70 : véhicule automobile

90 : flux d'air

90e et 90s : flux d'air entrant et sortant