Tout d’abord une mise en garde, je ne qu’un simple passionné. Il faut donc faire attention à mes élucubrations !
Au siècle dernier, lorsque j’ai commencé à m’intéresser aux foils, j’ai essayé de lister les avantages et inconvénients des deux principaux types de foils. Je rassemble sous le terme « foils en V » les foils aussi appelé à 45° (ou traversants) et les foils courbes (aussi appelés en cuillère). Sous l’appellation « foils en T », l’ensemble des foils nécessitant un asservissement (régulation de l’incidence en temps réel). Il est bien entendu difficile de généraliser et illusoire de penser que chaque point sera valable pour l’ensemble des cas! Les avantages et inconvénients listés concernent surtout les engins ayant vocation à voler (hydroptères), même si j’évoque aussi dans cet article quelques foilers (engins « archimédiens »).
Bien évidemment, il ne s’agit que de mon point de vue et comme tout l’intérêt d’un blog est la possibilité d’échanger, échangeons…
I – Les foils en V
Bien qu’appelés foils de première génération, les foils en V ne sont pas dépassés. C’est simplement une solution apparue vers la fin du 19ème et le début du 20ème siècle, soit environ ½ siècle avant les foils avec asservissement. D’ailleurs avant les foils en V, existaient les foils en échelle (superposition de plans). Les foils en V pourraient donc s’appeler foils de seconde génération et le foils en T foils de 3ème génération !? Non car la notion de génération est surtout attachée au fait que les foils de seconde génération nécessitent un asservissement (les foils en échelle fonctionnant comme les foils en V par diminution de la surface). Les foils courbes ou en cuillère, ont été pour la première fois utilisés par Marc Lombard en 1999 sur Banque Populaire II (même si d’après MVP-VLP, ce cabinet avait dans l’idée de mettre des foils courbes dès 1986 sur un formule 40). Ces foils différent surtout par le fait de ne pas être rectilignes et sont presque exclusivement présents sur les trimarans n’ayant pas vocation à décoller.
A – Quelques exemples
En V : Icarus des frères Grogono, Spitfire 12 de BDG Marine, Loisirs 3000 de M Gahagnon & JB Cunin (premières évolutions), l‘Hydroptère de A Thébault, Vestas Sailrocket de Malcom Barnsley & Paul Larsen, Syz & Co de VPLP et du Team Syz & Co…
A noter sur ce dernier, la présence de volets de bord de fuite sur les foils avant. Volets qui seront, réglables en navigation. Ce qui, bien qu’étant une régulation, ne peut être considéré comme un asservissement. S’ils sont bien réglables « manuellement », ils se rapprocheraient de ceux utilisés il y a bien longtemps sur Cotes d’Or II (1986).
En cuillère : trimarans Orma de M Lombard, VPLP, N Irens ; Banque Populaire V de VPLP, Enya 3 d’Olivier Schaller…
B – Foils en V
Développés aussi bien pour faire décoller un engin que pour soulager les flotteurs, ils sont utilisés sur des engins de vitesse et hauturiers. Pour les engins hauturiers n’ayant pas vocation à voler, c’est l’option foils en cuillère qui est dorénavant la plus choisie.
C – Foils en cuillère
Apparus sur les trimarans Orma de Marc Lombard, les foils courbes , ont de multiples avantages. Lorsqu’ils sont incorporés dans les flotteurs (ce qui est la majeure partie des cas), la sortie du foil se fait vers le fond du flotteur, et non pas sur le bordé (cas des foils en V rectilignes), ce qui permet de diminuer les risques de ventilation. Ils développent, par rapport aux foils « classiques », une meilleure portance et une meilleure force antidérive pour une profondeur identique. Le puit de foil est plus verticale ce qui d’un point de vue structurelle, est plus facile à gérer.
Utilisé sur un engin ayant vocation à voler, il semble que cette solution ne soit pas parfaite. Ce type de foil se situe entre le foil en V et le foil en L, la base du foil se rapprochant de l’horizontale. Le rapport surface mouillée/enfoncement n’est pas linéaire, ce qui entraîne de fortes variations de surface mouillées donc des instabilités de portance. Olivier Schaller, qui est un lecteur assidu de Foilers, pourra sans doute nous donner son point de vue sur la question et me contredire si besoin !
D – Avantages des foils en V
- Les foils en V conservent en navigation le même angle d’incidence (par rapport à la plate forme). La régulation de la hauteur de vol se fait par une diminution de la surface (auto régulation), ce qui permet de se passer d’un système de régulation fragile et difficile à mettre en oeuvre. De même la stabilité latérale est le fruit de la dérive qui modifie l’incidence du foil au vent par rapport à celui sous le vent. Plus, bien entendu, de la différence de surface immergée des foils quand le bateau gîte.
- Pour la même surface efficace (par rapport à un foil en T), les foils en V sont plus long. De ce fait l’allongement (rapport long/largeur), est plus important ce qui améliore la finesse du foil.
- La mise en place d’un système de rétraction est plus facile à concevoir sur les foils en V.
E – Inconvénients des foils en V
- Les foils en V ont comme inconvénient d’être « traversants ». L’interface air/eau augmente les risques de ventilation. Ce qui oblige les concepteurs à avoir recours à des fences pour éviter que l’air ne descende le long du profil.
- La surface efficace correspond à la projection du foil sur le plan horizontal. Les foils en V, pour une même efficacité que des foils en T, doivent donc être plus longs.
- Du fait de leur plus grande longueur, les efforts sont plus importants (contre partie de l’allongement !).
- Une bonne partie du foil travail à faible profondeur : ils ont donc plus de chances d’être perturbés par les mouvements de l’eau en surface (vagues).
- Le foil ne travail pas à une profondeur constante. Il évolue donc dans un « milieu différent » entre la base et la partie proche de l’air, il y a donc risques d’instabilité.
- Les molécules d’eau exécutent une rotation dans les vagues, ce qui a tendance à modifier l’angle d’incidence réel du plan. Ce phénomène est plus important près de la surface, les foils en V sont donc plus sensibles à ce phénomène.
- Il n’y a pas de régulation de la portance en fonction de l’état de la mer comme cela peut exister sur certains systèmes de régulation (« palpeur en avant »). D’où une plus grande instabilité.
- De part leur portance liée à l’enfoncement, ils sont plus sensibles au moment de chavirement induit par les voiles. Problème d’autant plus difficile à résoudre si le gréement est prévu pour avoir une surface de voilure ajustable (multiplication des configurations).
II – Les foils en T et autres systèmes nécessitants un asservissement
Apparu environ 50 ans après les foils en V, les foils avec asservissement sont dû au génie de l’anglais Christopher Hook. C. Hook travailla dès 1945 à la résolution des problèmes de ventilation en développant des foils asservis sur des engins à moteur (Hydrofin avec hélice aérienne puis Icarus avec hors bord). C’est au départ à partir d’une structure en T inversé que les systèmes d’asservissement ont été mis au point. Ensuite, plusieurs formes de plans porteurs ont été développées sur le même principe : T, Y, L, U, O…
A – Quelques exemples
En T : Force 8 des frères Pattison ; Windrider, Scat, Eifo… de Sam Bradfield ; Stress Boat de Christophe Chenot, Moth à foils, PK de « l’aut. con » de F Monsonnec, Le Foilboard PAV de G Delerm, Calliope de G Chapman, Tétrafoil de C Tisserand (pionnier des foils sur un voilier en France !)…
En Y : Foilers de Sylvestre Langevin comme Meccarillos, Avenir … ; Promocéan F40 de Marc Lombard, Sebago 60 pieds d’Adrian Thomson, planche à voile de Rich Miller.
En L : Trifoiler de Greg Ketterman ; Kiteboatspeed sur la base d’un Trifoiler ; Sylphe de Tadeg Normand ; Loisirs 3000 de M Gahagnon & JB Cunin (dernières évolutions).
En U : Brest Nautic de M Gahagnon
En O : O Paf des frères Durand
B – Les foils en T
Dans la famille des foils nécessitants un asservissement, le foil T est de part sa « simplicité » le modèle le plus répandu.
C – Les foils en L
Variante des foils en T, les foils en L, surtout développés par Greg Ketterman (TF20, TF2, Avocets, Longshots, Trifoiler), permettent de supprimer la jonction jambe de force/foil et donc de la traînée. Toutefois, ils sont aussi plus difficiles à réaliser et on peut imaginer qu’en l’absence d’intersection jambe de force/plan porteur, ils sont plus exposés à la ventilation.
D – Les foils en Y, U et O
Les foils en Y, surtout utilisés sur des engins n’ayant pas vocation à décoller (à l’exception de la planche à foils de Rich Miller). Ils permettent de travailler à une profondeur plus importante ce qui limite les problèmes de ventilation.
Les foils en U, que je n’ai « vu » que sur l’engin Brest Nautic, ont une surface mouillée plus importante (2 jambes de force) mais ont l’avantage de ne pas avoir de « nœud » de liaison (comme les foils en L), tout en ayant une plus grande solidité.
Les foils en O ont, sauf erreur, seulement été utilisés par les frères Durand. Ils permettent, d’après leurs concepteurs, d’obtenir un foil très solide, donc pouvant être très fin tout en étant « facilement » réalisable.
E – Avantages des foils en T
- Un foil en T, fonctionne à la même profondeur sur toute la longueur du profil (moins vrai pour foil en U, Y et O).
- Il travail théoriquement à une profondeur assez importante (fonction de la longueur de la jambe de force et de la hauteur de décollage).
- Son plan porteur n’a pas de zone traversante (air/eau). Il y a donc moins de risques de ventilation pour la partie portante (moins vrai pour U et O).
- Du fait de sa profondeur, le plan porteur est moins soumis aux perturbations dues aux vagues et à la rotation des molécules d’eau.
- Le foil est moins long, donc plus résistant (attention à la flexion des foils en L !).
- Pour le foil en T, l’architecture même du système est plus solide, sa portance étant transmise verticalement par l’intermédiaire de la jambe de force.
- Si le système de mesure de la hauteur de vol se trouve en avant des foils, une régulation en fonction de l’état de la mer peut exister.
F – Inconvénients des foils en T
- Obligation d’avoir un système de régulation de l’incidence du plan.
- Les systèmes de régulation sont fragiles et difficiles à concevoir : il faut faire léger et solide, créer un système capable de s’adapter à des conditions différentes (mer et vitesse), doser avec finesse la modification de portance…
- Le mouvement du plan porteur peut générer des décrochages. Une « filtration » des mouvements est donc nécessaire. Exemple sur le Trifoiler : souplesse des baguettes de liaison palpeur/flotteurs et système d’amortisseurs situé entre le flotteur et le gréement.
- Il n’est pas très évident de mettre en place un système de rétraction sur ce type de foils (sauf pour U).
- Sur les foils en T et en Y, la présence d’un «nœud de liaison» entre la jambe de force et le ou les plans porteurs (Y), occasionne une perte de surface portante sur l’extrados et surtout de la traînée (d’où la mise en place par certains concepteurs de bulbes à la liaison).
G – Les systèmes de régulation de l’incidence du plan porteur
Différents systèmes possibles :
- Par mouvement complet du plan et de la jambe de force (Trifoiler).
- Avec mouvement du plan porteur seulement. Dans ce cas, celui-ci est articulé en bas de la jambe de force. (Force 8, Calliope, Tétrafoil).
- Par le mouvement d’un volet fixé sur le bord de fuite (« flap ») et qui cabre artificiellement le profil (Windrider, Moth)
La régulation peut se faire grâce à :
- Des capteurs et à des vérins (engins à moteur, Boeing Jetfoil …)
- Un palpeur en avant des foils (Trifoiler, Force 8 )
- Un palpeur ou « traînard » en arrière du foil (Windrider, Moth)
III – Alors, quelle « lettre » pour quel programme ?
Petite photographie des engins qui labourent la surface au 21ème siècle.
- Engins hauturiers : l’Hydroptère, foils en V ; trimarans de 60 pieds et autres géants non conçus pour voler, foils en V (courbes) ; Spitfire 12, foils en V ; Scat, foils en T. Scat ne mesure « que 12m » et ses performances en haute mer sont sûrement moins convaincantes que celles de l’Hydroptère. Il est vrai que le programme et l’investissement n’est pas le même non plus.
- Engins de loisirs : Windrider & Moth, foils en T ; Trifoiler, foils en L. De nombreux engins de « loisirs » avec foils en V griffent aussi la planète (Inox marine …) mais pour ce programme en terme de quantité ce sont les foils en T qui sont les plus nombreux.
- Engins de vitesse : l’Hydroptère, foil en V ; Vestas Sailrocket, foils en V (même si le but du foil, pour cette engin, n’est pas le décollage mais une accroche au plan d’eau). A part Kiteboatspeed qui dispose de foils en L (engin réalisé sur la base d’un Trifoiler et propulsé par une aile de kite), les engins les plus pointus du moment utilisent des foils en V.
Que faut il en déduire ? Pour la haute mer et la vitesse, le « V » l’emporte, pour les loisirs, le « T » est le plus approprié ? A voir car avec des moyens économiques et techniques du niveau de ceux de l’Hydroptère par exemple, je serais curieux de savoir ce qu’un engin basé sur l’architecture développée par Greg Ketterman serait capable de faire (43.55 nœuds en 1992 à Tarifa).
Alors, foils en V ou foils en T ?
Peut être que l’un d’entre vous travail secrètement sur les foils en X …?
Foilers ! 
Bonjour,
Je vois que vous parler du bateau Brest Nautic, et surtout des foils en U.
J’ai choisi ce type de foils pour plusieurs raisons :
– Les deux foils sont identiques babord = tribord, donc 1 seul moule,
– il y a deux dérives (plans verticaux) sur chaque foil donc moins de risques de ventilation, en cas de ventilation sur un plan de dérive les conséquences sont minimes (pas de fences).
– l’élancement considéré du foil est > à 5, pour le calcul de la portance ce n’est pas du tout négligeable, il n’y a plus de problème de bout d’aile et de vortex.
– en ce qui concerne la résistance, le fait d’avoir 2 encastrements réduits l’échantillonnage du profil, le foils est construit en monolitique UD verre-époxy, la corde du profil est de 16 cm pour une épaisseur maxi de 15 mm et un poids de 7 kg.
Je peux vous faire parvenir un DVD de ce bateau filmé en 1993 lorqu’il navigue avec un vent de plus de 30 noeuds. (adresse postable)
Bonjour Maurice,
Une nouvelle fois merci de participer à Foilers.
Je n’ai pas trop détaillé chaque type de foil (l’article est déjà assez long), merci d’avoir fait le complément pour les foils en U. Je dois avouer que ce type de foil est très très intéressant et qu’il a vraiment de nombreux intérêts. Si j’avais la possibilité de réaliser un nouveau canot, je me demande si je n’opterai pas pour un foil en U qui a les intérêts du foil en L sans les inconvénients (flexion …).
C’est avec plus que du plaisir que je recevrai votre DVD, à l’adresse suivante :
Frédéric Monsonnec 3 impasse Rémy Belleau 56600 Lanester.
Bien entendu, en échange, je vous enverrai un DVD vierge et je me chargerai d’envoyer une copie Suisse chez mon ami Philippe !
D’avance merci
Merci aussi si vous avez d’autres commentaires à faire sur cet article en espérant ne pas avoir mis trop de bêtises !).
Fred
En effet les foils en U ont bien des avantages , sauf celui de la regulation automatique d’elevation de l’engin !!! Ils doivent etre asservi donc ??!!
Suis tres interaissé a voir les Video of course MERCI d’avance a TOUS … A +
Bonjour Fred,
Chapeau pour cet article particulièrement synthétique et complet.
Au cas où il y aurait un problème avec ce site, je fais vite un copier/coller.
Pas grand chose à rajouter à mon avis. Je me permets néanmoins d’insister sur le fait que les foils « en cuillère » sont bien des foils totalement immergés qui s’apparentent plus aux foils en T, U …
En ce qui concerne la comparaison entre foils traversants et foils totalement immergés, j’avais trouvé il y a un peu plus d’un an, un message d’un certain Scott Smith sur l’IHS que j’avais traduit.
La traduction est là :
http://gerard.delerm.free.fr/divers/Conception%20des%20foils.doc
Malheureusement, je n’arrive pas à retrouver l’original sur le site de l’IHS.
Encore Bravo et à bientôt,
Gérard
Heureux de te retrouver sur ce blog « mon GG » !
Merci pour les compliments (!) et surtout pour tes commentaires.
Merci aussi pour cette traduction (pourquoi je dessinais des bateaux au lieu de bosser en cours ?).
Très intéressant. D’ailleurs, il parle d’un élément que je n’ai pas développé, c’est la possibilité de passer un incidence négative pour réguler l’assiette avec des foils asservis…
Fred
Bonjour,
Un petit complément d’information à propos de ce que j’ai écrit hier.
Le foil en U a 2 autres avantages non négligeables :
– le premier, un nombre de Reynolds plus faible qu’un foil en L du fait de sa petite corde, on repousse en théorie le régime turbulent à des vitesses plus élevées.
– Le deuxième, un angle d’incidence variable le long de la corde de la partie foils : L’angle d’incidence maxi se trouve au milieu du foil et va en diminuant au fur et à mesure que l’on se rapproche des parties verticales.
A cette jonction il n’y a jamais d’incidence. Ce qui veut dire que près de la surface il n’y a pas de portance et donc pas de ventilation. La portance se fait au plus profond sur la partie horizontale offrant une poussée verticale maximale (but recherché).
Dans le cas du foil en L avec un rayon de liaison, entre la partie verticale et horizontale, relativement faible, les dépressions du foil (dérive et extrados foil) sous le vent viennent s’additionner, ce qui favorise la ventilation.
A propos, ce genre de foils est obligatoirement asservi, j’envisage sur mon prochain bateau un asservissement soit par palpeur soit au pied sur le palonnier de direction.
Je vous fais parvenir sur le DVD quelques vidéos du tornado à foils de mon collègue Francois LYS sur lequel j’ai navigué cet été.
D’avance merci Maurice.
Avec en bonus des images d’Inox marine, pff…
Fred
Maurice,
Ma réponse d’hier soir était un peu rapide. Merci pour ce nouveau complément d’info.
C’est vrai que cette architecture permet de réaliser pour la « même » rigidité, un foil plus fin et plus étroit. Intéressant aussi l’intérêt pour la ventilation. Le foil en L est intéressant mais je me demande s’il n’est pas à grande vitesse victime de ce que l’on appel l’effet de flutter. Effet que l’on voit très bien sur le lien ci-dessous (vidéos) et qui ne doit pas exister sur un foil en U !
http://www.avat.fr/blog/2007/09/pour-ceux-qui-ne-connaissent-pas-voici.html
Fred
Pour des foils on « O », aussi JJ Deboichet en a experimenté avec, pour des aileron de Formula windsurfing (avec une « tube » a l’extremité du lame), mais sans grand succes jusque ici.
Merci « Wouter D » pour cette info.
Je n’ai pas trouvé de photos de ce type d’ailerons sur le net (en tapant « JJ Deboichet). Ce « tube » devait avoir l’effet d’un foil ?
je pense plutôt que les O en bout d’aileron étaient pour réduire les phénomène de vortex voir le site http://www.minix.fr/
Tu as raison « Gyls », pour l’utilisation du « tube » en bout d’aileron.
C’est pour cela que je souhaitait voir une photo.
C’était pour estimer les dimensions et la potentiel portance développée.
C’était sûrement, pour obtenir le même effet qu’un winglet (delta ou withcomb) ou comme une plaque d’extrémité ou enfin un bulbe.
De toute façon, si ce tube était immergé, la question est vite résolue.
Puisque théoriquement, la résultante de l’ensemble des forces de portance développée par ce tube devait se trouver à son centre.
Donc il n’y avait pas de portance verticale.
Dans la pratique avec la dérive, le fléchissement de l’aileron, la présence de la fixation à l’aileron … c’était sûrement moins vrai. Mais je ne suis pas un pro !
Fred
bonsoir,
Je veux vous parler d’un phénomène que très peu de gens connaissent.
Il s’agit du pompage des foils fixes dans de la grande houle.
Il y a quelques années, lorsque le bateau loisirs 3000 était encore équipé de foils en V , nous avions navigué en mer d’Iroise par houle de plus de 4 m , la distance entre les bosses était de plus de 50 m. Nous naviguions à plus de 20 Noeuds face à la houle d’ouest par vent de nord.
Le bateau s’est mis à monter et descendre très rapidement au ryhtme de la houle. Lorsqu’une vague arrive le bateau monte du fait de l’augmentation de la surface mouillée puis redescent dans le trou suivant, au bout de quelques vagues il se retrouve très rapidement déphasé par rapport à la houle si bien que le bateau descend dans la vague et remonte quand elle est passée.
A chaque vague on recoit une superbe poussée sous les fesses. Il devient indispensable de s’attacher car on décolle du trampoline et à chaque fois on recule un peu plus risquant de se retrouver à l’eau derrière le bateau.
Sur les foils asservis nous n’avons pas tout à fait le même problème, car le bateau colle d’avantage au profil de la houle, le problème réside dans le fait que les foils tirent le bateau vers le bas lorsque les foils passent en incidence négative sur l’arrière de la vague, celui ci descent plus vite que la gravité et donc plus vite que l’équipage, d’où l’obligation de s’attacher aussi.
à+
Tout d’abord bonjour à tous!
Je suis l’histoire de foilers depuis plusieurs mois sans avoir eu l’occasion d’y laisser un message, mais cet article récapitulatif me semblait une occasion de vous donner cette référence, que je n’ai pas vue dans la biblio de foilers, et qui me semble précieuse:
http://puceduciel.free.fr/IMG/doc/Des_Hydrofoils_a_la_portee_de_tous.doc
et du coup, pour se dépayser un peu, je vous offre aussi un article plus exotique sur un avion à foils…
http://pagesperso-orange.fr/alain.vassel/pegna.htm
Merci Satya,
Tu as raison, je n’ai pas fait le lien avec la page de Claude Tisserand alors que je fais référence à son dernier engin (foils en T) : « Tétrafoil de C Tisserand (pionnier des foils sur un voilier en France !) ».
C’est en effet un document très très intéressant que j’avais eu la chance de lire en avant première lors de sa nouvelle édition il y a 1 an ou 2. Claude est un pionnier méconnu. Il a fait voler en France, de nombreux bateaux bien avant la maquette d’Eric Tabarly (76). Et ensuite de très beaux ULM. Sa dernière réalisation que l’on peut voir sur mon site page « Quelques engins » est très intéressante (Tétrafoil).
Autre pionnier qu’il ne faut pas oublier : Roland Tiercelin.
Merci pour avoir réparé cet oubli.
Très intéressant aussi cette page sur l’hydravion à foils.
Page que j’avais déjà trouvé puisque mon site était en lien sur la page suivante du même auteur !!!
http://pagesperso-orange.fr/alain.vassel/piaggio.htm
Bravo Satya, belle culture hydrofoilesque, à bientôt sur « Foilers ».
Fred
Je reviens sur le message de Maurice sur le « pompage ».
Cela démontre la difficulté de la mise au point de la régulation.
Qu’elle soit théoriquement automatique sur des foils en V, et l’exemple de Maurice montre qu’il y a des trous ou qu’elle soit « mécanique » avec des foils asservis.
Il n’y a que quelqu’un comme Maurice qui a navigué sur des structures en « V « et « T » pour connaître ces détails ! Détails a rajouter aux éléments complémentaires déjà collectés.
Maurice, as-tu tenu un cahier avec tes heures de vols ? Tu dois être un de ceux qui a le plus volé en France !
Fred
bonjour,
je suis novice sur le sujet. c’est pourquoi je m’adresse à ce qui me semble être un éminent spécialiste sur la question des foils.
est-ce qu’à votre avis des profils de foils spécifiques peuvent être mis au point pour dépasser des vitesses de 50-60 noeuds?
Si oui, existe-t-il une vitesse limite théorique que ne peut dépasser un foil compte tenu des connaissances scientifiques sur le sujet et des applications pratiques existantes?
Christophe
@christophe:
bienvenue sur foilers!
le phénomène physique qui empêche les foils de fonctionner au dessus de 50 noeuds est la « cavitation », que j’ai abordé dans cet article et dans plusieurs d’autres ensuite.
Dépasser cette vitesse est assez proche du franchissement du mur du son dans l’air: les ailes supersoniques ont un profil très différent des ailes d’avions « lents ». Dans l’eau, il faut des profils « supercavitants », que l’on sait faire (utilisés dans les bateaux hydrofoils à moteur et dans des torpilles qui atteignent 200 noeuds sous l’eau entre autres) mais qui conviennent mal à basse vitesse…
pour un voilier, je dirais que le problème clé est de trouver une configuration de foils assurant une portance élevée à basse vitesse pour décoller, puis de passer à d’autres foils lorsqu’on approche de la limite de cavitation.
De plus, un bateau se déplace sur l’interface eau/air, et ceci induit des forces variables dues aux vagues, aux rafales de vent etc qui rendent le problème beaucoup plus complexe que celui d’un avion franchissant le mur du son.
Je vous encourage à parcourir les articles sur les sujets « Physique, Cavitation et Supercavitation », accessibles par le nuage de « sujets » en haut à droite.
Et n’hésitez pas à demander plus d’infos si vous le souhaitez, ce blog est là pour ça et outre les auteurs, les lecteurs peuvent aussi vous répondre.
Bonjour à tous,
Je suis l’inventeur du dispositif Minix qui a été référencé par gyls29 le 16 Novembre 2008 dans ce blog. Si vous avez des questions, pas de problème!
Bonjour Hugues,
Merci beaucoup pour ce message. J’ai trop rapidement visité votre site, je vais devoir trouver un peu de temps pour y retourner. Votre invention m’a l’air très très intéressante. Votre site regorge d’info. elles aussi intéressantes. Je ne l’avais pas trouvé lorsque je me suis intéressé aux dispositifs d’extrémité d’aile il y a quelques années (pour en mettre sur mes foils en T). Parmi les article que je comptais faire, j’avais à l’idée d’en faire un sur les dispositifs d’extrémité mais en n’abordant pas avec précision les performances (car j’en suis bien incapable !). Avez-vous eu l’occasion de faire des essais sur une aile sous marine… ?
Fred
Bonjour Fred,
Merci de votre réponse. Effectivement, j’ai eu l’occasion de faire des essais mais les résultats sont différents selon les profils utilisés.
Pour avoir des résultats précis il suffit de faire des essais avec les foils adéquats.
Hugues.
Bonjour à tous,
Tout d’abord bravo aux créateurs de ce site il est vraiment superbe. Moi qui pensait que le foil en était plus ou moins à ses balbutiements j’ai été scié en parcourant ce site! Ca fait un petit bout de temps que j’essaie d’acquérir des connaissances dans le domaine dans l’espoir de pouvoir prochainement me lancer dans la construction d’un kitefoil. Pour l’instant le foil en T est semble-t-il le seul sur le marché mais le concept de kitefoil en T ne m’attire pas vraiment, raison pour laquelle je me suis tourné vers le foils en V. En lisant cet article et les commentaires je me demandais donc pour quelles raisons est-ce que personne ne s’intéressait plus sérieusement à d’autres foils comme ceux en U ou pourquoi pas en W ou /\. Il doit surement y avoir des raisons mais je vois pas lesquelles vu que ceux en V marchent bien!
Bon vent a tous.
Francois.
Bonjour François,
Merci pour ces encouragements.
Je te conseil de visiter le dernier article du blog ou tu trouveras un « sommaire » des articles édités.
J’ai un article en prévision dans lequel j’aborde le cas des engins propulsés par Kite. J’espère donc que dans les prochaines semaines ou mois, tu nous rendras visite….
Fred de Lo
Bonjour Fred de Lo.
Effectivement en relisant certains articles j’ai trouvé pas mal de réponses à mes questions. D’ailleurs je commence à reconsidérer les foils en T; j’ai réussi à mettre la main sur floworks, logiciel de simulation, et je regarde un peu ce que donnerait différents types de profils de foils en T. Ce qui me gene pour l’instant avec les foils en T c’est la régulation qui semble vraiment pas évidente à mettre en oeuvre. En effet la portance est plus ou moins proportionnelle au carré de la vitesse donc je vois mal comment un foil en T disons « fixe » sans systeme de régulation peut etre viable sur une large plage de vitesse.
Francois
Re-bonjour François,
En effet, les foils en T (O, Y, L …) ont besoin d’une régulation. Les foils en V peuvent s’en passer puisque la surface portante diminue avec la hauteur de vol. Par contre, un foil en T pourra théoriquement éviter un décollage complet d’un engin propulsé par un kite. Ce que ne fera pas un foil en V !
Mésaventure arrivée au cata Jacob’s Ladder comme tu pourras le voir sur le lien ci-dessous (vol à 9 ou 10 m de hauteur !):
http://www.cobrakite.com/jaclad.html
Fred de Lo
salut,
quand tu dis qu’un foil en T peut éviter un décollage complet contrairement à celui en V je comprends pas trop pourquoi?
J’avais aussi une deuxieme petite question, pourquoi est-ce que les foils sont-ils aussi discrets dans le monde nautique?
Francois
Hello François,
Tu comprendras, j’espère, que mes réponses ne peuvent être que « simples » sur des sujets qui ne le sont pourtant pas !
I – Eviter le décollage complet
Sur un foil en T ou plus généralement sur un foil avec asservissement (« pilotage »), il est possible que le foil passe en incidence négative et que la portance soit donc dirigée vars le bas. De ce fait, le foil peut « coller » le bateau à la mer. Les réalisations de Greg Ketterman, sont de très beaux exemples de cette particularité. Sur ces bateaux, le pilote ne peut se déplacer (il est dans la coque centrale) et pourtant le bateau ne gite pas. Le foil au vent peut, à partir d’une certaine auteur de vol, tirer le bateau vers le bas tandis que le foil sous le vent continue à le faire décoller. Cela permet de contrecarrer la force du gréement. Si tu veux en savoir plus je te conseil 3 articles sur ce blog « Historique des système mécaniques de régulation » (voir la rétrospective). Je vais aussi, je pense en septembre, diffuser un article comparatif entre 2 systèmes de régulation en prenant comme exemples les engins de G Ketterman et le S Bradfield. Soit patient donc !
II – Pourquoi les foils sont ils si discrets
Et bien par ce qu’ils ne sont pas la réponse à tous les problèmes, qu’il ne sont pas simples à réaliser (choix du profil, de la surface, du type …) et simples à utiliser (profondeur, technicité…)
Par ce qu’ils sont fragiles, chers, techniques
Par ce qu’ils sont victimes de la ventilation et de la cavitation
Par ce que comparer à l’aviation, il n’y a pas eu beaucoup d’études surtout en ce qui concerne la voile. Que certains de ceux qui s’y intéressent, n’étudient pas ce qui a pu se faire auparavant !
Voilà c’est un peu en vrac, j’espère que cela te sera tout de même utile !
Dans le registre kite / foils
http://projet-dared.com/category/bateau/
https://foils.wordpress.com/2007/08/11/kiteboatspeed/
http://www.canadianwindrider.com/products/watercraft/kitecat.html#Kite_Cat
http://www.dbcat.ch/english/kite.htm
http://www.dcss.org/speedsl/index.html
Fred de Lo
Merci pour tes réponses Fred.
Ca fait plaisir de voir autant de passionés se lancer dans des projets comme ca!
Bonjour,
Je suis élève en classe prépa physique et m’intéresse aux foils en V et T, plus précisément j’aimerais savoir si il est possible d’étudier un voilier possédant foil en V et foil en T. Donc voir ce que celà donnerait et en tirer des conclusions quant au rendement au niveau vitesse.
Merci d’avance
Cordialement
Lorédane Dintheer
Bonjour Lorédane,
Un bateau comme l’Hydroptère, et ce n’est pas le seul, dispose de foils en V et d’un foil en T : son safran.
Peux tu préciser ta question ?
Penses tu à une même base, genre trimaran, qui pourrait être équipé de foils en V ou en T ?
Si oui, c’est envisageable, mais onéreux, donc difficilement envisageable !
Je pense qu’un expert te répondrait que, même si l’étude globale à son importance avec les interactions des foils avec la structure et le gréement, l’étude peut déjà se limiter à l’intérêt de chaque type de foil, à leurs conceptions et que le choix est surtout soit déterminé par les affinités, soit par le cahier des charges de l’engin…
Peut être que d’autres articles pourront t’intéresser, même s’ils sont surtout dédiés aux foils en T… ?
https://foils.wordpress.com/2009/09/23/palper-en-avant-ou-en-arriere%C2%A0/
https://foils.wordpress.com/2009/06/17/historique-des-systemes-mecaniques-de-regulation-13/
N’hésite pas à revenir sur la « planète Foilers » !
Fred
Bonjour,
Merci beaucoup pour votre réponse!
je m’étais inspirée de l’hydroptère, et donc je me demandais si les avantages et inconvénients des deux types de foils pouvaient se combiner, afin de voir s’il était possible de concevoir un voilier de ce type…Donc je pensais étudier les contraintes, les interactions entre les foils, la vitesse limite que l’on pourrait atteindre…C’est encore un peu flou car je ne m’y connais pas beaucoup mais c’est un domaine qui m’intéresse énormément!
De plus, je voulais savoir si vous ne connaîtriez pas des labos d’études ou des professionnels dans les environs de nantes qui étudieraient les foils…
Je vous remercie encore de votre attention!
Lorédane
Bonjour Lorédane,
Le choix du sujet n’est pas simple ! Car même si ce domaine est fort intéressant, obtenir des informations et réaliser des tests n’est pas simple. De plus, rapidement, on peu arriver a des niveaux assez élevé.
Je ne connais pas de labo du côté de Nantes qui s’intéresse au foils. Il y a une école d’archi. qui peut être travail sur certains sujets… ?
Tu peux nous tenir au courant, poser de nouvelles questions…
Fred
Bonjour,
Il est vrai que le niveau d’étude est assez hard^^ Est il possible quand même d’étudier les problèmes de résonances dûs à la vitesse atteinte,au niveau des foils souples, avec les problèmes d’hydroélasticité…? Ou bien j’ai remarqué que le problème de la ventilation au niveau de la zone traversante était récurrent….Après le dossier que je fais doit être présenté en 10mn donc je ne pourrais pas me lancer dans des équations et des études très poussées^^ J’ai vu qu’une élève ingénieur, Estelle, vous avait contacté pour son TIPE sur les plans porteurs, auriez vous son adresse mail?
A bientot!!
Réponse ci-dessous !
Ce que tu proposes d’étudier dépasse largement mon niveau de compétence !
J’espère qu’un autre auteur ou lecteur pourra te répondre.
Maintenant, je pense qu’il est toujours possible d’étudier, mais cela dépend aussi du « matériel » que tu as à ta disposition…
Je vais essayer de retrouver l’adresse d’Estelle.
Tu me relances si besoin. Soit sur le blog, soit tu trouves mon adresse mail sur mon site que tu trouveras lui (!!) sur la page « Les auteurs » !
Fred
Bonjour,
Je suis en classe préparatoire (maths spé) et je fais un TIPE (Travail d’Initiative Personnelle Encadré) sur les bateaux à hydrofoil.
Savez-vous quelle est l’inclinaison maximale des foils en T dans le cas de l’hydroptère par exemple (ou autre bateau du même style) ? Un décrochage de la portance est-il possible ?
J’ai également recherché les dimensions des foils de l’hydroptère pour effectuer des expériences en soufflerie en gardant le même nombre de Reynolds mais je ne les ai pas trouvés. J’aimerai notamment connaitre « l’épaisseur » des foils. Auriez-vous ses informations ?
De plus, savez-vous ou se situe le centre de masse de l’hydroptère par rapport à son centre de gravité ? Notamment pour savoir dans quel sens incliner le foil en T pour par exemple faire sortir l’avant du bateau.
Merci pour vos réponses
Bonjour Claire Marie,
à ma connaissance l’incidence des hydrofoils n’est que de quelques degrés au maximum. Je crois me souvenir avoir lu quelque part (prudence donc…) que l’empennage arrière de l’Hydroptère est réglable sur +/- 3° et qu’en navigation à haute vitesse il est orienté « vers le bas » d’environ 1°, créant ainsi une portance négative pour contrebalancer le couple du au centre de poussée vélique, qui tend à faire piquer le bateau du nez.
A mon humble avis, ces angles d’incidence sont trop faibles pour créer un décrochage en fonctionnement normal (mais on oublie souvent de parler du safran, sur ce blog…).
Il n’y a pas d’informations publiques sur le profil utilisé par l’Hydroptère. Mais je pense qu’en utilisant le profil Eppler E817 on ne devrait pas être trop faux…
Bonne idée le test en soufflerie au même Reynolds, mais pas facile : la viscosité cinématique de l’air étant 17x plus ELEVEE que celle de l’eau, si tu fais une maquette au 1/10ème il te faudra une vitesse du fluide 170x plus élevée, donc supersonique… (ce qui montre très bien le problème d’ailleurs) D’ailleurs pour obtenir un écoulement équivalent à celui de l’eau autour d’un foil, il ne suffit pas d’obtenir le même Reynolds, mais il faudrait avoir aussi le même nombre de Mach (http://fr.wikipedia.org/wiki/Nombre_de_Mach ) et en plus il faudrait un fluide aussi incompressible que l’eau…
Donc personnellement je me demande s’il ne vaudrait pas mieux tester un foil miniature dans un bac de mélasse ou de graisse. En fait, c’est en passant mon couteau dans un pot de Nutella que je me sens le plus proche d’un concepteur d’hydofoils 😉
Bonjour,
Merci pour votre réponse rapide!
Je crois que vous oubliez de tenir compte de la masse volumique dans la calcul du nombre de Reynolds… Celui-ci est en effet défini comme Re=(v*d*µ)/n (avec v:vitesse, d:distance caractéristique, µ:masse volumique du fluide, n:viscosité).
Certes la viscosité de l’air est 17 fois plus élevée que celle de l’eau, mais la masse volumique de l’eau est 1000 fois plus élevée que celle de l’air!
Dans mon calcul du nombre de Reynolds, j’ai pris les applications numériques suivantes :
v hydroptère = 12 noeuds = 6.17m/s
d hydroptère = 10 cm (correspond à l’épaisseur)
µ eau = 1000 kg/m3
n eau = 1.3e-3
et pour la maquette :
d = 3.7 cm
µ = 1.3kg/m3
n air = 1.3e-5
Et pour avoir l’égalité des nombres de Reynolds, je trouve que la soufflerie doit avoir une vitesse de 14.8 m/s, valeur donc tout à fait possible à avoir en pratique!
Nous n’avons pas vu en cours le nombre de Mach. Si j’ai bien compris, il faut que pour l’hydroptère et pour la maquette, le nombre de Mach soit inférieur à 0.94, mais une égalité stricte n’est pas forcément nécessaire?
Merci d’avance
Si le nombre de Reynolds équivalent est obtenu avec une vitesse en soufflerie de seulement 15 m/s, il n’y a pas à se préoccuper des problèmes de compressibilité qui n’apparaissent dans l’air qu’au delà de Mach 0.6. Sources :
Mark Drela (auteur d’Xfoil). There is no fundamental difference between low-speed airfoils in air and water, as
long as you specify the correct Reynolds number.
Michael Selig (UIUC Applied Aerodynamics Group)
« When you run XFOIL out of the box it assumes zero Mach number, which means no compressibility. Compressibility begins to be a concern around 400-500 mph (>175 m/s) in air.
Bonjour Paul,
C’est un plaisir de te lire sur Foilers.
J’espère que nous ne racontons pas trop de bêtises !
La possibilité de laisser des commentaires permet de potentiellement signaler un point litigieux !
A bientôt je l’espère.
Fred
Concernant « Les systèmes de régulation de l’incidence du plan porteur », il existe aussi le système simple de Grundberg.
Coque(s) planante(s) à l’avant, foil immergé à l’arrière, CG en avant du foil arrière. Le système peut être complètement fixe; la surface planante avant sert de charnière en tangage, la régulation en altitude et en incidence est automatique (pour une vitesse donnée). On peut régler en route le calage du foil arrière pour pouvoir faire varier la vitesse de croisière. On peut aussi mettre une suspension sur la surface avant (pour filtrer les petites vagues).
Concernant la terminologie employée dans l’article : Foils dits en V.
Les foils « en V » sont des foils traversants composés de deux foils obliques joints formant un V.
Les foils de l’Hydroptère sont des foils traversants obliques, mais pas en V. Un foil oblique peut être traversant ou non (foils d’appoint de certains tris).
Un inconvénient des foils obliques traversants : très forte traînée de vague (de surface) et d’embruns, à cause du profil épais et porteur à l’interface air-eau.
Concernant la nécessaire régulation des foils en T.
Je pense que prendre de l’angle comme les kite ou les moth permet de diminuer la poussée verticale.
Ceci pour dire que diminuer la puissance du foil en T n’est sans doute pas obligatoire si on l’oriente en oblique.
Bonjour,
je suis étudiante en classe préparatoire physique et science de l’ingénieur (PSI), et dans le cadre de mon cursus je dois réaliser un TIPE, Ce qui consiste à trouver un sujet en rapport avec un thème général (cette année les transports), et à élaborer une problématique autour de laquelle va s’axer un ensemble de recherches. Le résultat final est présenté aux oraux des concours.
J’avais pensé à un sujet autour des foils, et c’est en cherchant des informations que j’ai trouvé votre article, qui a eu (et je vous en remercie) le don de m’inspirer. J’ai plusieurs idées, comme d’étudier pourquoi utiliser une certaine forme de foils (T, U, V etc) plutôt qu’une autre en fonction du contexte (loisir, vitesse), ou d’étudier la différence entre plusieurs systèmes d’asservissement pour un foil en T et déterminer lequel serait le plus intéressant (encore en fonction d’un contexte précis)
n’étant qu’en deuxième anée de prépa mes ressources en mécanique des fludies sont encore limitées, de plus dans le cadre des TIPE nous devont réaliser plusieurs expériences, et en général apporter de la valeur ajoutée à notre sujet. J’ai cru comprend que des modalisation étaient possibles mais qui restent théoriques. Ainsi des expériences sont-elles réalisables ? quelles plateformes existent pour effectuer des modélisations ?
y- at-il des formes de foils plus faciles à étudier que d’autres? Auriez-vous des suggestions de sujets qui soient plus réalisables ?
merci pour votre aide
Bonjour Jeanne,
Difficile de répondre à toutes tes questions !
Déjà, le format blog est pratique mais difficile de s’y retrouver parmi presque 400 articles, pour poursuivre ta lecture centrée sur les types de foils et la régulation, je ne sais pas si tu as eu l’occasion de tomber sur ces pages :
Types de foils : L’alphabet du foil
https://foils.wordpress.com/2014/10/26/lalphabet-du-foil/
Types de régulation mécanique : Historique des systèmes de régulation (3 articles, voici le premier)
https://foils.wordpress.com/2009/06/17/historique-des-systemes-mecaniques-de-regulation-13/
Pour les palpeurs : Palper en avant ou en arrière ?
https://foils.wordpress.com/2009/09/23/palper-en-avant-ou-en-arriere%C2%A0/
Le best de la régulation mécanique (?) : Greg Ketterman, la saga du concept Trifoiler (2 articles aussi)
https://foils.wordpress.com/2011/03/20/greg-ketterman-%E2%80%93-la-saga-du-concept-trifoiler-12/
… pourquoi utiliser une certaine forme de foils (T, U, V etc) plutôt qu’une autre en fonction du contexte (loisir, vitesse), ou d’étudier la différence entre plusieurs systèmes d’asservissement pour un foil en T et déterminer lequel serait le plus intéressant (encore en fonction d’un contexte précis)…
Bonne idée, tu auras normalement de la matière avec les articles déjà présent sur Foilers et tu pourras faire aussi ta propre analyse à partir de tes recherches…
….J’ai cru comprend que des modalisation étaient possibles mais qui restent théoriques….
Oui, des modélisations sont possibles, cela dépend du matériel dispo. dans ton école ou celui qu’elle pourrait obtenir, ce n’est pas toujours très facile d’obtenir les bons logiciels couteux et compliquer à mettre en oeuvre sans oublier les « données à entrer dans la machine ».
Ainsi des expériences sont-elles réalisables ?
Oui, il est toujours possible de réaliser de petites maquettes, là aussi tout dépend ce que tu souhaites démontrer et si tu es toi même agiles de tes doigts ou si tu connais du monde pour t’aider…
Quelles plateformes existent pour effectuer des modélisations ?
C’est bien pratique de partir d’un support existant comme une maquette pas trop chère.
Tu peux imaginer partir d’un drone hydrofoil Parrot mais je lance cela sans y avoir plus réfléchi !
…y- at-il des formes de foils plus faciles à étudier que d’autres?
C’est un peu trop tôt pour y répondre, il faut d’abord que tu fouilles, que tu définisses bien ton sujet, ce que tu souhaites montrer/prouver… pour ensuite que j’essaye, ou d’autres lecteurs de t’aider.
Je te rajoute de la lecture si tu n’es pas tombé dessus :
Le futur du foil ?
https://foils.wordpress.com/category/questions/
Exemple de sujets traités par des étudiants :
https://foils.wordpress.com/2009/10/06/questionreponse-1-ecoulement-interface-aireau-par-estelle/
https://foils.wordpress.com/2009/12/10/questionreponse-3-vitesse-maximale-theorique-%E2%80%A6-par-jerome/
https://foils.wordpress.com/2010/03/10/questionreponse-4-les-limites-des-hydrofoils-par-alban-et-tristan/
https://foils.wordpress.com/2010/06/11/questionreponse-4-formule-de-caracterisation-de-la-stabilite-par-maxime/
https://foils.wordpress.com/2016/09/07/questionreponse-6-possible-modelisation-de-la-ventilation/
A bientôt
Fred
Merci beaucoup Fred pour votre aide, je vais me lancer dans la lecture des articles !
à bientôt
Jeanne
Bonjour,
je me lance finalement sur l’étude de l’asservissement du foil. Mon but serait de réaliser un schéma bloc équivalent et une fonction de transfert, et après peut-être de me baser sur celle-ci pour faire jouer différents paramètres en vue d’une optimisation.. or problème, je ne trouve pas de description technique et précise du mécanisme de régulation, auriez vous des ouvrages ou des articles à me conseiller ?
merci encore pour votre aide
Jeanne
Bonjour,
Dans le cadre de mon TIPE je m’intéresse au Sea Bubbles (un taxi « flottant » grâce à des foils sur la Seine qui devrait se développer dans les années à venir) et j’aimerais déterminer le profil de foil (en T ou en V) qui permettrait à ce véhicule futuriste de décoller aux plus faibles vitesses, c’est-à-dire celui qui assure la meilleure portance aux faibles vitesses, car ce taxi serait alors soumis à des réglementations de vitesses dans la mesure ou il se déplace en ville (la limitation sur la Seine est de 18km/h). Ainsi si il décolle rapidement de l’eau il y aurait moins de frottements avec le taxi et donc des économies d’énergie qui répondrait aux enjeux de ce véhicule : un transport respectueux de l’environnement.
C’est pourquoi je voudrais modéliser sur Solidworks un foil en T et un foil en V afin de les étudier avant de les imprimer grâce à une imprimante 3D et de réaliser mes expériences mais je ne parviens pas à trouver sur Internet des coordonnées de ces profils de foils que je pourrais exploiter sur Solidworks donc si par hasard quelqu’un pourrait m’aider ou me donner des pistes je suis preneur !
Merci pour votre aide 🙂
Bonjour Louis,
Je ne suis pas certain que le choix du type de foil, en V ou en T, se fasse sur le paramètre traînée. Il s’agit plus d’une question de gestion de la régulation. Même si bien entendu la traînée est impactée par le type d’architecture. Entre autre, car ce n’est pas facile de lister tous les parametres, les foils en T comme ceux utilisés sur le Seabubble vont pouvoir être plus facilement électroniquement régulés et comme ils ne vont pas dépasser des côtés du bateau les accostages seront plus aisés.
Maintenant un comparatif de la traînée de deux foils qui, à surface et profil identique, est possible. Avec, pour moi, comme « étalon », la portance qui devrait être identique entre les deux modèles.
Mais il y a un gros « mais », la régulation de la maquette de foil en T. Comme tu as du le lire, un foil en T doit être régulé. Un foil en V a une incidence fixe et la régulation de sa portance se fait par la diminution de la surface (proportionnelle à la hauteur de vol). Un foil en T à une surface qui ne varie pas (pour la partie portante) mais son incidence si. Cette incidence peut varier en faisant pivoter la partie portante du foil, tout le foil ou enfin juste un volet sur le bord de fuite.
Les profils utilisés font partie des paramètres les plus secrets. Les formes (foil en T, L, V…) et les surfaces sont des paramètres qui peuvent être difficilement cachés. Mais déterminer les profils à partir de photos ou même devant un foil, c’est difficile. Si tu concerve cette problématique ( comparaison traînée foil en T et V) tu peux prendre un profil type ce sera toujours du comparatif. Reste le problème de la régulation de ton foil en T…
Bonjour,
existe-il un programme en open source pour similer le comportement d’un bateau selon le profil de carène, voile, foils face à des vagues? en python ou autre.
car si le programme connait déjà les comportements de ventilation et cavitation en fonction de certains profils, ça ne doit pas être très difficile de modéliser les choses,
et ça permettrait de répondre à toutes ces questions / tester des choses inédites / voir ce qui fonctionne