Côte D’or II est mâté, "ça finit le costume" !

26 juin 2010

Et oui, comme le dit une personne très proche de moi, la mise en place du mât sur Côte d’Or, "ça finit le costume". Cette expression assez peu usitée peut être utilisée à "toutes les sauces", domaine "voilistique" ou non : ça fini le costume, comme une pochette ou une cravate donne la touche finale à une tenue !

Côte D’Or II avec son mat – photo F Monsonnec 06-2010

Vendredi 18, j’ai reçu un SMS de Cédric Audran, de l’équipe de Côte d’Or, m’annonçant que le matage du bateau avait lieu à 14h00. Je n’ai pas pu me libérer mais voici, avec quelques jours de retard, des photos du bateau enfin équipé de sa perche. C’est vrai que comme cela il est plus beau que la plate forme seule. Cela faisait 8 années que les coques et bras de ce beau trimaran attendaient d’être surmontés d’un grand mat, de ses étais, haubans et bastaques. Auparavant (voir Côte d’or II renaissance), le bateau avait connu le même sort pendant 11 longues années de 1987 à 1998.

Un des mats visé par l’équipe était celui de Poulain appartenant au team "ODK". C’est en un fin de compte la mât en aluminium d’Explorer (ex. Etoile Explorer, Club Explorer, Atlantique Liberté, Ericson, Crédit Agricole II), qui est en place. Ce bateau, qui va aussi courir la Route du Rhum aux mains de Servane Escoffier, va être équipé d’un mat carbone de trimaran de 60 pieds.

Prochaine étape pour Bertrand, essayer les voiles dont il dispose. Pour les premiers essais, Bertrand utilisera des voiles du Team Banque Populaire. En course, celles qui proviennent du premier IDEC de Francis Joyon (Poulain, rallongé en : Un autre regard, Charal, Lyonnaise des Eaux-Dumez, Sport-Elec, Idec et perdu sur la cote Bretonne après le record de l’atlantique de F. Joyon en 2005) mais elles doivent être retaillées. Question finance, Bertrand est toujours à la recherche d’un sponsor car la souscription qu’il a lancé fonctionne moyennement. Dans un quinzaine de jours, le bateau doit appareiller pour la Trinité sur mer (entre autre pour laisser sa place à l’Hydroptère).

Bôme de Cote d'Or II - photo F Monsonnec 06/2010

Enfin gréé, le bateau est superbe. Il reste bien entendu du travail à réaliser, mais quelle belle histoire si Bertrand Quentin arrive à passer la ligne de départ de la prochaine route du Rhum le 31 octobre 2010…

Le cockpit de CDO ressemble plus à celui d'un voilier avec ses bastaques - photo F Monsonnec 06/2010

Remerciements

  • Bertrand Quentin
  • Cédric Audran

Dispositifs anti-ventilation

19 juin 2010

Les systèmes empêchant la propagation de la ventilation

Cet article essayera de traiter des dispositifs empêchant une bulle de ventilation de se propager depuis la surface vers une surface portante, le long d’une surface verticale (safran, jambe d’un foil en T) ou inclinée (foil traversant).

Lorsqu’un profil a une forte charge, cela crée une forte dépression sur son extrados, ce qui peut alors aspirer de l’air depuis la surface.

En transposant des astuces utilisées sur les avions, j’ai imaginé 6 familles de solutions résolvant ce problème. Les 3 premières étant bien connues, je les rappelle juste pour tenter d’être exhaustif.

I-Diminution de la charge alaire

Sûrement la solution la plus simple, elle consiste à :

  • augmenter la surface
  • diminuer l’incidence
  • changer de profil pour un profil avec un Cz plus faible.

Ainsi, la dépression locale sera plus faible, bien que la portance totale reste la même.

Ceci dit, ces 3 actions repoussent plutôt le problème (la ventilation réapparaîtra à plus haute vitesse) qu’elles ne le résolvent. De plus, on augmente fortement la surface mouillée, la traînée…

On peut aussi essayer de diminuer la portance totale : régler la voilure pour qu’elle pousse moins le bateau sous le vent (meilleur Cz/Cx, choquer, prendre un ris…), éviter les surcharges transitoires (contrôle de la pression du pied arrière en windsurf pour éviter le spin-out, systèmes d’amortissement, pilotage en douceur), incliner le bateau et se servir du foil principal pour assurer l’anti-dérive (moth à foil),…

II-Changement de l’angle de flèche

Un problème similaire s’est posé en aéronautique (ma référence préférée, les efforts de R&D y ayant été plus élevés) lorsque les premiers chasseurs à réaction ont fait leur apparition au sortir de la 2nde Guerre Mondiale, munis de l’aile en flèche inventée par les Allemands.

Messerschmitt 262, une des premières ailes en flèche - http://www.aviastar.org/air/germany/me-262.php

 

La flèche est l’angle formé entre le bord d’attaque et la direction d’avancement de l’appareil.

A faible vitesse (donc à forte incidence), les filets d’air ont tendance à glisser, vers l’extérieur. Ceci diminue la portance de l’aile. Or, c’est justement aux fortes incidences (virages serrés, atterrissage) que cela est critique. De plus, les bouts d’aile (qui sont munis des ailerons contrôlant le roulis) en pâtissent en premier, créant de graves problèmes de contrôle à basse vitesse (rajoutez à cela des réacteurs longs à changer de régime et vous obtenez une série de crash dans les années 50).

Bien que ca ne soit pas tout à fait comparable à la propagation de la ventilation, c’est une problématique similaire : bloquer la propagation d’une discontinuité de pression le long d’un profil.

La solution évidente de diminuer la flèche n’en est pas une puisqu’alors ce n’est plus une aile en flèche…

Par contre, on peut avoir une flèche dite négative

Sukhoï 47 berkut et moth. Flèche inverse sur les ailes ainsi que la jambe du foil - DR

Avantages : Intuitivement, on comprend bien que les filets d’air glissent alors vers l’intérieur, ou qu’une bulle de ventilation aura besoin de très forts gradients de pression pour se propager « vers l’avant ». La construction du moule est aisée.

Inconvénients : Comme dit dans l’article sur les obstacles, cette flèche négative est un piège à crasse. Cette formule crée de graves problèmes structurels en torsion, compliquant la construction de l’intérieur du foil (longerons, boites de torsion etc).

III-Les fameuses fences ou cloisons

Multiples cloisons d’un Sukhoï 22 - Dermsdorf/Kölleda, Allemagne - wikipedia

C’est la première solution qui a été appliquée aussi bien en aéronautique que dans le monde des foilers. Son adaptation aisée sur un profil déjà construit présentant des problèmes est une des explications de son succès. De plus, on comprend intuitivement son mode d’action. C’est une barrière physique bloquant un phénomène se propageant transversalement.

Fences empêchant la ventilation de descendre, foil en L Trifoiler - photo F Monsonnec 2005

Mais elles ont été abandonnées en aéro. à partir des années 60. Peu efficaces, créant beaucoup de surface mouillée, compliquant la construction. Dans le cas où elles auraient réussies à perdurer jusqu’aux années 90, l’apparition de la furtivité et de la réduction de la SER (Surface Equivalente Radar) les aurait supprimées.

L’hydroptère a depuis changé de foils et abandonnés ses fences, serait-il là aussi un précurseur ? - photo F Monsonnec 2003

Avantages : "retrofit" possible, conception intuitive, solution éprouvée. 

Inconvénients : piège à crasse, construction pénible, traînée (surface mouillée + liaison de 2 profils à 90°)

IV-Les décrochements de bord d’attaque

Cette solution vise à remplacer la barrière physique par une immatérielle, constituée par des vortex créant une forte discontinuité du champ de pressions.

Décrochement de BA et son vortex

Cette illustration ainsi que d’autres sont issues de ce très bon site.

Cette solution a été très utilisée sur les avions dotés d’aile delta (ailes qui nécessitent de toute manière des calculs poussés de vortex), mais on remarque peu ces décrochements car on les confond généralement avec les volets/becs de bord d’attaque.

Avantages : peu de traînée

Inconvénients : conception nécessitant des calculs poussés, non "retrofittable" ou ajustable (je me vois mal tronçonnant un foil), construction difficile (imaginez la forme d’un éventuel longeron, disposer les peaux sur le moule,…)

L’hydroptère présente maintenant des décrochements de BA, mais je pense que c’est plus pour séparer les profils « basse vitesse » servant au décollage et le reste du foil « haute vitesse »

V-Le bord de fuite en dents de scie

Là aussi, le but est de créer des tourbillons qui vont séparer les flux. Toutefois ici le but semble plus d’empêcher les décrochages de bouts d’aile de migrer vers l’avant.

 

B-2 et son bord de fuite en dents de scie

Cette fois, c’est de ce site que viennent les illustrations.

Cette solution est très peu documentée, c’est la plus récente et sûrement la plus complexe à calculer. De plus, son utilisation sur des appareils  modernes reposant sur un asservissement électronique pour voler est assez éloignée d’un foiler. Enfin, les dents de scie participent activement à la furtivité, dès lors il faut démêler avantages aérodynamiques et avantages signature radar, donc on ne sait pas toujours ce qui à poussé le concepteur à ce choix.

Avantages (sur le papier) : seule solution ne piégeant pas les algues.

Inconvénients : profils à corde variable (problème de nombre de Reynolds, etc), forme complexe, non "retrofittable", non ajustable, non éprouvée.

VI-La fente d’aile

Le meilleur pour la fin. Cette solution est appliquée sur de nombreux avions de combat, mais elle est peu remarquée car très discrète.

Fente réalisée sur le BA, créant des vortex

Cette solution, comme les deux précédentes, a l’avantage de créer peu de traînée à basse vitesse, et de gagner en efficacité au fur et à mesure que la vitesse augmente.

Avantages : facilement "retrofittable" et ajustable

Inconvénients : je n’en vois pas. Peut être est-elle peu efficace pour une application anti-ventilation ?

Il me semble donc que c’est la meilleure des solutions, peut être en combinaison avec la 1. Faire une encoche à la scie sur le bord d’attaque et poncer paraît plus simple qu’installer des cloisons. Et si cela ne marche pas, il suffit de réutiliser les moules femelles pour faire un coffrage et « reboucher », ou pour diminuer la fente. L’agrandir ne devrait pas être un soucis.

Conclusion

Aujourd’hui, les fences sont la réponse dominante (voire unique) des foilers ayant des soucis de ventilation. Au vu de leurs inconvénients et de l’existence de solutions plus simples (bien que moins intuitives), cela m’étonne que le monde de la voile ne s’en débarrasse pas tout comme l’aéronautique les a délaissées depuis 50 ans.


Question/réponse 5 : Formule de "caractérisation de la stabilité" par Maxime

11 juin 2010

Une nouvelle fois, je fais appel aux lecteurs pour donner un coup de main à un passionné.

Première page brevet Hydroptère EP 0694 008 B1

Maxime est en 2eme de classe préparatoire aux grandes écoles (option PSI).

Dans le cadre de son TIPE (Travail d’Initiative Personnelle Encadrée) il étudie la stabilité des navires à hydrofoils et les systèmes de régulation pour maintenir cette stabilité.
En faisant des recherches il est tombé sur un brevet de l’Hydroptère où il est donné une formule de "caractérisation de stabilité" :

C= R(d-g)-A.g+F(g²+r²)

D’après Maxime qui a étudié ce document :

- A : qui correspond à la dérivée de la portance des foil-avants en fonction de
l’assiette.
– F : est la dérivée de la portance en fonction de son enfoncement.
– R : est la dérivée de la portance du foil-arrière en fonction de son
inclinaison.
– d : est la distance séparant le plan porteur avant et arrière
– g : est la distance entre le plan porteur avant et le centre de gravité.
– r : est le rayon de giration.

La question de Maxime est la suivante :

Sauriez-vous d’où vient cette relation ?

Rajouté le 12/06, extrait du brevet avec partie comprenant la formule

Extrait brevet Hydroptère - "formule"

Maxime est aussi preneur d’informations sur les systèmes de régulation par « trainard ». Il a trouvé les articles que j’ai placé sur Foilers à ce sujet, et je lui ait envoyé un petit doc. made in Australie, mais si vous avez des pistes…

D’avance merci pour Maxime et pour les lecteurs de Foilers…


« Ptites news » 9

6 juin 2010

Triste nouvelle

Reg White, médaillé d’or olympique, créateur de nombreux catamarans dont certains avec Yves Loday, est décédé d’une crise cardiaque lors d’une sortie en mer. Reg White avait entre autre construit Lady Helmsman pour la Little America’s Cup en 1966, un des premiers bateau avec mat aile.

Mirabaud LX

Des news intéressantes de Mirabaud LX. Le bateau vient d’être remis à l’eau après modifications de la coque centrale. Le système de réglage des foils à  aussi été modifié (un équipier pourra intervenir manuellement), et de nouveaux foils sont en préparation. L’équipe adopte, entre autre, un bulbe à la liaison jambe de force / plan porteur (idem l’Hydroptère).

Petite curiosité à voir !

Une voiture dans le vent (merci Daniel Charles)

Idec

Après Sodebo de Thomas Coville, c’est Idec qui s’est mis au foils

Quand il n’y en a plus, « yen » a encore

Une vidéo de l’Hydroptère (voir les nombreuses déjà présentes sur le Net  dont celles proposées dans Ptites news 8)

Hydrofoils Design Build Fly by Ray Vellinga

En contactant l’IHS (International Hydrofoil Society) pour des recherches, j’ai eu l’occasion de rentrer en contact avec Ray Vellinga. Ray est fort sympathique (il aime la France et passe un mois par an à Paris, ce ne peut être qu’un homme bien !). Ray ait un passionné d’hydrofoils et a entre autre réalisé une « banane volante » qui est visible sur Youtube. Il est l’auteur d’un livre qui est en vente sur Internet. Je viens de le commander, car il semble très intéressant… Ce livre est disponible sur Amazon.com pour $19.77.

Ce livre a de très bonnes critiques comme vous pouvez le constater ci-dessous, en anglais. Il existe tout de même un avis traduit en anglais sur Amazone France.

Beesquare, Virginia:

Ray eases you into hydrofoil design principles by starting with flight characteristics: stability, control, and trim; lift, area, and speed; drag and power; and ventilation, cavitation, and stalling. Especially helpful is Ray’s careful grouping of interrelated characteristics so you begin to grasp how these conceptual characteristics will interoperate when the hydrofoil actually flies later in the book. You become comfortable with this. You get this stuff. Not only that, but the way Ray tells it, this stuff is funny. With those natural characteristics established, the ensuing chapters illuminate the various design parameters, explaining how they work together or in opposition: weight and lift distribution; height and pitch; steering and roll; materials, stress calculations, and fabrication; selection of hull (and motor, if applicable), foil profile, plan-form, and aspect ratio.The dynamic system of hydrofoils in flight sneaks up on you and comes together during the course of all this, whether or not you dive into the math. Ray puts it altogether on the printed page better and more palatably than I have ever seen it done. But that’s as far as Ray can go until Hollywood buys the rights and makes the book into a movie. For now you must contemplate the text until the beautiful dynamic of hydrofoil flight comes alive in your mind. It will happen. It’s like winding a watch and then watching the gears and springs come to life. You can do it. Start winding that watch now. Individual chapters are dedicated to individual interests: modeling, sailing, motor power, and human power.  Then you come to the final chapter on piloting and troubleshooting. The chapter begins, "If you think designing and building hydrofoils is fun you’ll go nuts when you first fly one. They are exciting because they truly fly."

Dr. Ian Ward "Wardy", Sydney:
Here is a book that covers in detail all the ideas and data related to my pet subject!  I have never come across a condensed, comprehensive resource like this before… if only it were around 15 years ago when I first started mucking around with foils!!
This book is comprehensive and well presented and finally confirms so much of what I had gleaned over the years but had no speaking partner to check with. It also provides all the elements that I can readily develop into new designs.  This is a fantastic resource of really neat ideas well worth testing. Totally recommended to anyone contemplating designing, building and flying with hydrofoils!

Dr. SAF, California:
The author’s obvious passion for hydrofoils comes through loud and clear and is quite infectious. He writes with a wry sense of humor that entertains as it informs. All in all, it is a great "how to" book, a great reference, and a fun read.

Scott Smith, IHS, Florida:
As a hydrofoil enthusiast and experimenter, I was impressed by the way the book flows through the design process, presenting enough theory and math to cover my needs, but simplified in a way that makes it easier for a person like me to put it to practical use.
It is not like some complicated and intimidating tech manual, but more like a mentor that walks me through the design, helping me to understand the process and avoid the pitfalls. The book is targeted at anyone who has ever thought about building a hydrofoil, and it really hits the mark.

JRF, California:
I’ve been waiting for this book and it didn’t disappoint! His ability to explain difficult concepts is exceptional and the illustrations and graphics complement the text perfectly. Five thumbs up!


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