Historique des systèmes mécaniques de régulation 2/3

De Hook à Ketterman

Déjà publié :

1/3 – Les Pionniers

1 – L’utilisation sur un voilier

Christopher Hook – Miss Strand Glass & Miss Bosham

Développé par Christopher Hook « himself » vers 1972, Miss Strand Glass était un voilier de vitesse équipé de foils en T asservis. Il était aussi possible d’intervenir manuellement sur le pilotage des plans porteur. Ce bateau a connu, sous le même nom, de multiples variations de configurations. Il ne brilla malheureusement pas lors de ses apparitions à la semaine de vitesse de Weymouth. Il fut victime de problèmes de contrôle de la hauteur de vol et de casses. Malgré de multiples modifications, il fut toujours handicapé par son sur poids. Il se passa même à une époque de son système de régulation pour un pilotage de l’incidence manuel mais il ne décolla jamais réellement. C. Hook travailla aussi sur un second engin baptisé Miss Bosham qui fut brièvement équipé de foils asservis mais sans plus de résultat. Le gréement était de type biplan « auto piloté » et l’engin avait été réalisé à partir d’une coque de canoë.

Proposition de régulation d’un voilier par C Hook - Aero-hydrodynamics of sailing - CA Marchaj 1998

Proposition de régulation d’un voilier par C Hook - Aero-hydrodynamics of sailing - CA Marchaj 1998

Une des versions de Miss Stand Glass à Weymouth - Yachting world juill 1974

Une des versions de Miss Stand Glass à Weymouth - Yachting world juill 1974

Philip Hansford – Mayfly

En 1974 Philip Hansford, concepteur du génial Mayfly, testa un système de « Hook Hydrofin » sur ce bateau qui était auparavant équipé des foils en V. Le système comportait de petits patins que P. Hansford changea, après un premier essai. Les premiers tests étaient encourageants, malheureusement en 1974 lors de son premier run à la semaine de vitesse de Weymouth, un des foils se brisa alors que le bateau était piloté par Philip Hansford et Andrew Grogono (Icarus). Ce problème était peut être lié au sur poids du deuxième occupant… Philip Hansford remit donc en place son ancien jeu de foils en V et abandonna ce concept, pour Mayfly…

Mayfly de P Hansford en version foil en V – Photo Guy Gurney

Mayfly de P Hansford en version foil en V – Photo Guy Gurney

Pattison and Wynne – Force 8

En 1976 le système « Hook Hydrofin » est enfin adopté avec succès sur le trimaran Force 8 des frères Pattison. Comme sur les engins de C. Hook, le système de régulation comportait un bras dirigé vers l’avant et muni d’un patin effleurant la surface. Ce bras pilotait le plan porteur via une tringlerie et un système de câbles push pull. C’était un système proportionnel « simple », mais les frères Pattison avaient aussi intégré un réglage manuel (volant), semblable dans sa fonction au « manche » d’un avion : gauche/droite, réglage de l’assiette et tiré/poussé, hauteur de vol.

Force 8 des frères Pattison -  Bateaux N°307 décembre 1983

Force 8 des frères Pattison - Bateaux N°307 décembre 1983

2 – Phillips et Shaughnessy, une nouvelle voie

Pendant que les frères Pattison testent le système Hook, en 1976, Phillips et Shaughnessy travaillent eux un système de « traînard » constitué d’une baguette presque verticale qui pivotait à partir de sa fixation sur la coque. La variation de profondeur d’immersion de la baguette devait fournir « le retour d’information » nécessaire à la régulation de hauteur de vol.

Fonctionnement

D’après les maigres informations que j’ai pu trouver, l’idée était théoriquement la suivante : un bras immergé aurait, en fonction de la hauteur de vol et donc de sa surface immergé, été plus ou moins entraîné vers l’arrière. En vol, la faible surface immergé aurait eu tendance à ramener le bras vers la jambe de force du foil et donc, par l’intermédiaire de la tringlerie et un système de câbles push pull, à diminuer l’angle d’un volet de bord de fuite. Toutefois si en vol la surface diminuait, par contre la vitesse augmentait et par la même occasion la force appliquée au traînard. Normalement un contrepoids devait permettre de remettre en position le traînard et ainsi de contrecarrer l’accélération de l’engin. Mais cela ne semblait pas fonctionner parfaitement. Même si l’essai ne fut pas couronné de succès, il s’agit là, sauf erreur de ma part, d’un des premiers développements de régulation « vers l’arrière ».

Schéma Philips et Shaughnessy par FM

3 – Simmonds, un nouveau concept réussi

Vers 1977, Simmonds, hydrodynamicien chez « Southern Hydrofoils Co », développa un système de traînard qui suivait la surface de l’eau et régulait l’incidence d’un volet de bord de fuite. Il le testa sur son classe A Rampage mais qui n’était équipé que d’un seul foil sur une des coques. En 1985 Philip Hansford (voir Mayfly), adopte ce système et le dispose des deux côtés de son trimaran Dot qui deviendra plus tard Philfly. Cette configuration lui permis d’obtenir un engin qui vola dès sa première sortie et qui se révéla extrêmement stable dans toutes les conditions testées. Le fait de ne réguler seulement que l’angle du « flap » lui permettait de diminuer l’échantillonnage de la tringlerie et du palpeur. Plus tard, G.C.Chapman, équipa Bandersnatch (4.9 m), son catamaran, du même type de régulation. Ce catamaran servi de plate-forme de test pour une variété de configurations convergeant finalement à l’utilisation d’un volet de bord de fuite. Bandersnatch fut suivi de Calliope (5,36 m), puis de Ceres (6,15 m).

Fonctionnement

De part la taille du bras et sa position sur l’étrave, ce système s’apparente à un « Hook Hydrofin » à l’envers. Cette fois, le bras est dirigé vers l’arrière et non vers l’avant. La hauteur du palpeur, équipé ou non d’un flotteur, régule l’incidence d’un volet de bord de fuite (deuxième changement par rapport au Hook Hydrofin)

Schéma Simmonds par FM

 Philfly de Philip Hansford -  Livre “Icarus the boat that flies” James Grogono 1987

Philfly de Philip Hansford - Livre “Icarus the boat that flies” James Grogono 1987

4 – Greg Ketterman, les hautes vitesses

Force 8 et les travaux de Hook ont inspirés Greg Ketterman mais il a apporté, entre autre, l’idée d’utiliser un système souple permettant d’amortir les mouvements. Greg Ketterman qui est ingénieur en mécanique et architecte naval, a démarré ses recherches sur la régulation des foils en 1981 avec comme but de battre le record du monde de vitesse à la voile. Il a aussi travaillé sur de nombreux engins de loisirs pour le service R&D de Yamaha puis pour Hobie cat ou il travail aujourd’hui. C’est à lui que l’on doit le foils en L. Au cours de sa longue période d’expérimentation il a développé de nombreux engins : maquettes à foils, TF20 (vitesse), TF2 (vitesse), Avocet I II & III (loisirs), Longshot (vitesse), TF3 (vitesse), TFP (loisirs), Trifoiler (loisirs). Avec comme pilote Russel Long, Longshot réalisa un run à 43.55 nœuds à Tarrifa en 1993.

C’est ce type de régulation que l’on retrouvera ensuite sur d’autres engins comme O Paf des frères Durand ou Brest Nautic (foils en U) de M Gahagnon – JB Cunin et Claude Breton…

Fonctionnement

Le centre de gravité de l’ensemble foil / flotteur / bras / palpeur est situé en avant de l’axe de rotation du système. Ces différents éléments sont solidaires (même si le flotteur du palpeur peut être articulé). Le centre de gravité étant situé en avant de l’axe de rotation, le flotteur du palpeur doit théoriquement être toujours en contact avec la surface. La traînée du foil et le bon positionnement de l’axe de rotation par rapport à la résultante du plan porteur, permettent eux aussi de garantir le contact du palpeur avec l’eau. Le décollage de l’engin fait diminuer l’incidence (et inversement), proportionnellement à la hauteur de vol. C’est un système qui, lorsqu’il est maîtrisé, à l’avantage de diminuer les pièces en mouvement. Par contre celles-ci sont plus grandes et les efforts aussi…

Schéma Ketterman par FM

Longshot Sainte Marie de la Mer - Neptune Nautisme N° 93 mai 1992

Longshot Sainte Marie de la Mer - Neptune Nautisme N° 93 mai 1992

A suivre :

3/3 – De Knaggs à Tisserand


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11 commentaires pour Historique des systèmes mécaniques de régulation 2/3

  1. Gahagnon Maurice dit :

    bonjour,
    bravo pour cette analyse très juste.
    Je voudrai juste rajouter en ce qui concerne le fonctionnement du foil asservi que les efforts dans les différents éléments ne sont pas forcément plus importants que sur les autres types de foils.
    Pour cause, il n’y a pas de variation brutale de portance et de trainée. La liaison du palpeur sur l’extrémité avant du flotteur est relativement souple. Sur notre bateau toutes les vaguellettes inférieures à 30 cm n’ont que très peu d’incidence sur le foil. la vitesse de rotation (pour régler l’incidence du foil) du flotteur est amortie (gain d’énergie). l’idéal : le palpeur touche l’eau le moins longtemps possible.

    à +

    Maurice

  2. Fred de Lo dit :

    Bonjour Maurice,
    J’espère que la suite sera aussi « juste »…!
    Merci pour ce complément d’info.
    Bon travail sur ton projet…
    Fred

  3. gurval dit :

    Super article fred.
    Vivement l’épisode 3 !!

  4. marcopolyo dit :

    Il ne faudrait pas oublier le système le plus sophistiqué qui ait été créé : celui monté sur Monitor. Pour résumer : l’incidence des foils était réglée selon les efforts induits sur le gréement par le tangage, tout cela grâce à un système de cables et de cames.

  5. david dit :

    Bonjour,

    Je suis récemment tombé sur une petite vidéo illustrant le point 2/

    Sinon dans la catégorie « contrôles autonomes » :

    On peut trouver le rapport de l’étudiant sur le net aussi.

    dd

    • Bonjour David,
      Merci beaucoup.
      La première vidéo, je ne la connaissais pas.
      C’est en effet un système de palpeur mais assez particulier.
      Je reprendrai cette vidéo dans un prochain « Ptites news ».
      Pour la seconde, je l’avais aussi trouvé (ainsi que la rapport en pdf) et je comptai placer cette vidéo dans le prochain « Ptites news ».
      J’avoue que je n’apprécie pas trop ce genre de système qui ne repose pas que sur du mécanique. Mais c’est aussi pour l’école qui travaille sur le sujet un très bon moyen de passer de la théorie à la pratique !
      Encore merci, à bientôt
      Fred

  6. Salut à tous,

    Moi aussi j’avais dessiné des petits systémes à trainards mais je ne suis pas sûr que ce soit de bonnes idées 😉

    http:gerard.delerm.free.fr/divers/trainard33.jpg
    http:gerard.delerm.free.fr/divers/trainard330.jpg
    http:gerard.delerm.free.fr/divers/trainard3.jpg
    http:gerard.delerm.free.fr/divers/trainard22.jpg

    De toute façon, je n’ai jamais essayé.

    Bonne journée,

    GG

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