Question/réponse 3 : Vitesse maximale théorique … par Jérôme

Jérôme, en 2ème année de classe prépa. aux grandes écoles, souhaite proposer comme projet de fin d’année une étude des bateaux à foils. Il y a construit un engin à foils très sympa que voici.

Engin à foil de Jérôme Thauvin - photo J. Thauvin

Jérôme souhaite avoir notre avis sur la possibilité de calculer la vitesse maximale théorique que son engin peut atteindre. Ci-dessous ses interrogations et explications :

J’ai construit un bateau à foils RC, comme vous pouvez le voir sur la photo. Il est doté de foils en V auto-stables à l’avant qui portent le bateau tout entier et d’un petit stabilisateur à l’arrière. La propulsion est assurée par un petit moteur électrique d’avion monté sur un pylône en bois. Pour cette construction et ces calculs je me suis inspiré du travail réalisé par les concepteurs de MINIFOILER. Les résultats que j’obtiens avec mon bateau sont très satisfaisants, et n’ayant pas de moyen précis de mesurer sa vitesse maximale, je dirais que celle-ci a été multipliée par 1,5 voir 2 par rapport à la vitesse maximale du bateau sans foils. Ayant de bons résultats expérimentaux j’aurais aimé présenter à mon oral un calcul de vitesse maximale théorique. Après avoir passé plusieurs heures sur de longs calculs qui n’aboutissaient pas, je me suis rendu compte de cela :

1. La masse de mon bateau étant de 600g, la portance doit être de 6 Newton.
2. La poussé de mon moteur est de 300g donc à la vitesse maximale la Traînée totale est de 3 Newton.
3. Nous avons donc : 6=0.5*rho*S*(Vlim)^2*Cz  et  3=0.5*rho*S*(Vlim)^2*Cx + F(traînée stabilisateur et safran)
4. Où S est la surface immergée projetée sur un plan horizontale à la surface de l’eau.
5. On considérant que le stabilisateur et le gouvernail exerce une force de traînée de 1 N (ce qui est exagéré bien sur), nous obtenons que pour les foils portants,  Cz=3*Cx lorsque la vitesse limite est atteinte.
6. Or avec le logiciel javafoil que j’utilise les Cz sont de l’ordre de 0,3…0,8 et les Cx de 0,01..0,04 !!!

Mes questions :

• Je me demande donc si les coefficients de traînées données par Javafoil sont corrects et surtout s’il n’y a pas d’autres forces de résistances à l’avancement à ajouter comme la résistance de vague…etc.
• Y a-t-il une formule ou un moyen pour calculer le coefficient exact des hydrofoils ? Quelles sont toutes les forces de résistances à l’avancement qui s’appliquent ?

Alors lecteurs de “Foilers”, pouvez-vous conseiller Jérôme ?

Pour ceux qui voudraient en savoir plus sur Javafoil :

• Philippe Kauffmann, club des 5A Pardines, Auvergne
• Windracer

Précédents articles du même type :

• Question/réponse 1
• Question/réponse 2



Question/réponse-2 : Mesure de la pression hydrostatique à plus de 50 noeuds ? par Xavier

Rappel :

Vous avez une interrogation et vous pensez qu’un lecteur de « Foilers ! » pourrait avoir une réponse intéressante. Vous m’envoyez un mail avec votre proposition de question ou de sujet de discussion, je la diffuse, ou pas !

Mesure de la pression hydrostatique à plus de 50 noeuds ?

Bonjour,

Lecteur assidu de “foilers” et tout particulièrement de “l’aile d’eau” de Luc Armant, je voudrais profiter de cette rubrique Q/R…
Ma question est : peut-on avoir une mesure de la pression hydrostatique correcte, même a plus de 50 noeuds?
Je pense a un dispositif semblable à un tube de pitot (en (b) sur l’image du lien : http://www.centennialofflight.gov/essay/Theories_of_Flight/Ideal_Fluid_Flow/TH7G3.jpg… les “trous” sur le pourtour du cylindre sont-ils dans la couche limite, et dans ce cas je mesure bien la pression statique, ou y a t-il (malgré les soins apportés a l’état de surface) apparition d’une bulle de cavitation?

Pour contourner le problème, peut-on envisager deux prises de pression dynamiques, de géométries différentes, afin, via un étalonnage, d’en tirer la pression statique? dans ce cas, existe-t-il beaucoup de bassins permettant d’étalonner ce système?

Merci d’avance,
Xavier Labaume

 

Suite le 30/10/09 par Gurval

Suite à une réponse de Gurval, j’ai reçu une image et un petit texte qui va relancer cette question puisque Gurval propose une piste de résolution…

Message de Gurval le 30/10

Voila un petit dessin pour illustrer ce à quoi j’ai pensé, et l’idée de base la voici :
La pression statique peut se trouvé grace au differentiel entre la pression dynamique de surface et celle de profondeur. C’est à dire qu’en soustrayant 2 pressions dynamique ont trouve une pression statique, quelque soit la vitesse. Pour mettre en pratique tout ça, j’ai pensé a un truc dérivé de ce qui est utilisé en pèche.

Il faut que l’aile d’eau ait 2 lignes, une avant et une arrière, hors de l’eau elles sont attachées sur un triangle qui reçoit la ligne du CV. Sur les ligne il y a une sorte d’entonoir ( T1 et T2) comme une tuyère pour pouvoir régler leur fermeture. T1 est fixe sur la ligne avant, T2 coulisse sur la ligne arrière et sont poids est règlé pour qu’elle flotte juste en dessous de la surface. Comme elle freinent un peu elle tirent la ligne vers l’arrière et crèent un angle et donc un changement de longueur. Sachant que la tension de la ligne avant est très supérieur à l’arrière, on règle les tuyères en fonction pour qu’a la profondeur voulu elles déforment les lignes à l’identique. Lorsque l’aile d’eau plonge T1 tire plus que T2 ça tire la ligne avant, lorsque l’aile remonte T1 remonte  aussi et tire moins que T2 qui deforme la ligne arrière.

Voila le truc. C’est peut être pas la meilleur manière de jouer avec la difference de pression, on peut prendre 2 sondes pitot aussi….

Par Gurval Lego le 28/10/09

Question/réponse-1 : Ecoulement interface air/eau ? par Estelle

Je vous propose un nouveau type de “rendez-vous”. C’est Gérard Delerm (GG pour les intimes) qui me l’a soufflé il y a quelques semaines.

Le principe (à affiner), vous avez une interrogation et vous pensez qu’un lecteur de “Foilers !” pourrait avoir une réponse intéressante. Vous m’envoyez un mail avec votre proposition de question ou de sujet de discussion, je la diffuse, ou pas !

Je commence la série (car il y en aura peut être d’autres…) par la question posée par Estelle il y a quelques jours :

Ecoulement interface air/eau ?

Bonjour à tous,

Je m’excuse de m’incruster sans commentaires pertinents sur le sujet mais sur les conseils de Fred je viens me présenter.

Je m’appelle Estelle et je suis en 2ème année de prépa. Je veux faire un projet sur les foils mais le problème c’est que mes recherches sont vite limitées. En fait je voudrais étudier un foil en V, plus précisément l’écoulement à l’interface air/eau.

Je lance donc un appel à l’aide à toute personne qui pourrait m’aider à comprendre le phénomène. J’aimerais aussi faire une modélisation mais je vois pas trop quel profil de foil adopter pour optimiser mon étude.

SOS

Gérard (toujours lui), a déjà répondu à Estelle, mais peut être aurez-vous d’autres idées ?

Gérard Delerm dit : 5 octobre 2009 à 11:58 | Répondre

Bonjour Estelle,

Le fonctionnement d’un hydrofoil au niveau de l’interface eau/air n’est certainement pas l’étude la plus simple mais … pourquoi pas.
Je ne suis pas à la hauteur pour t’aider sur ce sujet mais je peux peut-être t’indiquer quelques directions à suivre, en particulier concernant tes recherches sur Internet (si ce n’est déjà fait) :

- Chercher des éléments d’explication du fonctionnement d’un plan profilé (un foil) dans un fluide homogène. Pour obtenir plus d’infos, je pense qu’il est souhaitable de prendre l’air comme fluide.
En d’autres termes, chercher des infos sur les sites aéronautiques (avec “aile”,”wing”,”profil”,”airfoil” etc. comme mots-clés)

- Chercher ensuite ce qui différencie les hydrofoils par rapport aux “aérofoils”.

- Lorsque tu auras une idée précise du fonctionnement d’un foil en milieu homogène (répartition des pressions autour du profil …), tu pourras émettre quelques hypothèses sur les phénomènes présents au niveau de la pénétration du foil dans l’eau et essayer de les confirmer expérimentalement.

Il est à noter que les modélistes (avions ou bateaux) sont parfois de bons spécialistes de ce domaine.
Tout en gardant à l’esprit que ce qui est écrit sur Internet n’est pas obligatoirement vrai.

Bon courage et tiens nous au courant STP,

GG