Historique des systèmes mécaniques de régulation 3/3

De Knaggs à Tisserand

Déjà publié :

1/3 – Les Pionniers

2/3 – De Hook à Ketterman

1 – David Knaggs la voie des antipodes

Voila enfin un système qui n’est pas le fruit de l’agitation des neurones d’un anglais ou d’un américain. Ce système fleure bon un autre pays de grands marins, la Nouvelle Zélande. David Knaggs, a tout d’abord travaillé en 1985 sur un catamaran à foils en V, Flying Tigger, proche dans sa configuration à Mayfly. Ce fut une réussite puisqu’il vola par vent assez faible dés sa première sortie. Malheureusement le bateau était victime de problèmes de ventilation à grande vitesse. La mise en place de fences et des modifications réalisées sur les foils ne permirent malheureusement pas de résoudre ces problèmes. D. Knaggs décida donc en 1986 de réaliser un nouvel engin, un trimaran de 18 pieds, équipé de foil en T et d’un système de régulation bien particulier. David Knaggs réalisa ensuite un nouveau trimaran à foils, plus grand et l’équipa de 2 mâts.

Fonctionnement

Malgré de nombreuses photos transmises par Gary Baigent (photographe, peintre, illustrateur et écrivain Néo Zélandais), je ne suis pas certain que ma tentative d’explication soit exempte d’erreur. Le palpeur de la solution développée par David Knaggs, avait la particularité d’avoir un axe de rotation parallèle à celui du bateau. Alors que beaucoup d’autres systèmes ont des palpeurs équipés d’un pivot perpendiculairement à l’axe principal. Ce palpeur était connecté à un flap situé sur le bord de fuite du plan porteur. Disposé parallèlement au foil, qui d’ailleurs était incliné, il se rapprochait ou s’écartait du foil en fonction de l’élévation du bateau. Quand le bateau était au contact de l’eau, l’angle du volet de bord de fuite était élevé et le palpeur écarté du foil. Le rapprochement du palpeur était lié au poids de celui-ci, qui était moins « supporté » par l’eau. Il est aussi fort possible que le palpeur n’avait pas un profil symétrique mais un profil porteur. Si c’était bien le cas, la diminution de la surface du palpeur par l’élévation de l’engin, devait diminuer sa portance. Il paraît aussi probable que le palpeur ait pu être vrillé pour développé plus ou moins de force en fonction de l’enfoncement… Un jeu d’axes et de tubes métalliques transformait le mouvement du palpeur en mouvement vertical afin de lever ou de baisser un support situé parallèlement à la jambe de force. Ce support était connecté à un axe qui actionnait une tringlerie située à l’intérieur de la jambe de force.

Schéma Knaggs par FM

Knaggs Flying Foiler – via Gary Baigent

Knaggs Flying Foiler – via Gary Baigent

Knaggs foil system – via Gary Baigent

Knaggs foil system – via Gary Baigent

2 – Samuel Bradfield, la voie Phillips et Shaughnessy améliorée ?

Il semble qu’il faille attendre 1995 pour voir apparaître le système de régulation de l’incidence développé par Sam Bradfield et ses associés d’Hydrosails, Tom Haman et Mike McGarry. Ce système est pour moi, mais j’avoue que je ne mettrai pas mon « foil à couper », basé sur la même idée de départ que celle de Phillips et Shaughnessy. Mais, si c’est bien le cas, Sam Bradfield aurait réussi à trouver le juste équilibre poids / surface du traînard qui permet au système de fonctionner. Samuel Bradfield, fut en début de carrière professeur et chercheur à l’université du Minesota. Au cours des années 60 et 70, il travailla avec ses élèves sur des projets d’engins à foils. Il développa entre autre NF2 (Neither Fish Nor Fowl) qui a détenu le record de vitesse en Class C entre 1978 et 1982. Samuel Bradfield à travaillé sur tous les types de foils, en V, en échelle, pour terminer par les foils en T avec régulation par « traînard ». On lui doit entre autre des engins de « grandes dimensions » équipés de foils en T comme Eifo (25 pieds) ou Scat (37 pieds).

Fonctionnement

Le système est équipé d’un bras/traînard en partie immergé qui de part sa forme, sa surface et sa flottabilité, a tendance à reculer par rapport au foil. Le bras/traînard, est connecté à un volet de bord de fuite. Le décollage de l’engin et donc la diminution de la flottabilité du traînard, occasionne le rapprochement du palpeur avec l’axe de la jambe de force et donc une diminution de l’angle du volet. Et bien entendu, inversement lors de la diminution de la hauteur de vol. Par rapport au système Simmonds, cette configuration permet d’obtenir un système directement couplé au foil.

Schéma Bradfield par FM

Windrider Rave – Voiles magazine N° 36 décembre 98

Windrider Rave – Voiles magazine N° 36 décembre 98


3 – Michael Baranski, un concept proche du « Ketterman »

Ce système qui d’après les maigres informations que j’ai pu trouver, est proche de celui mis au point par Greg Ketterman a été inventé par M Baranski dans les années 90 (parution d’un article en 1997), le palpeur semble être remplacé par une sorte de foil en échelle qui par son enfoncement régulerait l’incidence du plan porteur principal situé en retrait. Testé sur au minimum un engin ce système ne semble pas avoir été largement diffusé.

Fonctionnement

Il semble que par rapport au système Ketterman, le seul important changement soit le remplacement du flotteur par un foil en échelle. Bien entendu d’autres points différaient peut être, comme la possibilité de modifier les réglages en vol ou l’amortissement du système.

Schéma Baranski par FM

Baranski Hydrofoils system - Australian Multihull World Mag N° 37 nov 1997

Baranski Hydrofoils system - Australian Multihull World Mag N° 37 nov 1997

4 – Claude & Gérard Tisserand, la voie de la sagesse !

Claude tisserand et un des pionniers des voiliers à hydrofoils en France. Il commence ses études sur ce sujet en 1964. En mai 1966 débutent les essais du Veliplane I, trimaran de 4,50 m de long qui atteint 15 nœuds et démontre les possibilités de la formule. Suivent le II et le III réalisées à partir d’une coque de 470. Malgré un bel article dans la revue « Nautisme » en novembre 1966, en France, personne ne s’intéresse à ce type d’engin jusqu’à ce qu’Eric Tabarly essaye en 1976 une maquette très proche de son Veliplane IV. A partir de 1980, faute d’intérêt public, il commence à s’intéresser à une nouvelle catégorie d’aéronefs : les ULM. Après plus de 30 ans d’interruption Claude reprend, avec son frère Gérard, son travail sur les voiliers à Hydrofoils. Ils dessinent et réalisent le Tétrafoiler qui cette fois est équipé de foils en T pour lesquels ils développent un nouveau concept de système de régulation.

Fonctionnement

Voici une nouvelle technique développée au 21ème siècle. Comme quoi, il est toujours possible d’innover ! Par rapport à la majorité des systèmes présentés, la régulation « Tisserand » ne fait pas appel au déplacement vertical d’un palpeur ou d’un traînard… Mais je ne vais pas tenter d’expliquer son fonctionnement ! En effet, Claude et Gérard souhaitent conserver confidentiel leur système de régulation. Je respecte leur choix (même sous la torture je ne donnerai aucun détail sur son fonctionnement !) et je vous laisse donc imaginer la cinématique de cette régulation à partir de la photo ci-dessous et de celles présentées dans l’article sur le Tétrafoiler présenté sur « Foilers ! » ….

Le Tétrafoiler de face V2007 – photo C Tisserand 2007

Le Tétrafoiler de face V2007 – photo C Tisserand 2007


5 – Et puis aussi…

Gordon Baker

J’aurai aussi pu présenter le système de régulation concocté par Gordon Baker vers 1955 pour son monocoque Monitor, mais il s’agit d’une régulation de l’incidence sur des plans porteurs non complètement immergés puisqu’en échelle. De plus, la régulation n’était pas fonction de la hauteur de vol (puisque régulée par le principe du foil en échelle) mais par les efforts supportés par le gréement. En effet l’étai et le pataras étaient reliés au safran/foil en échelle. Le couple « d’enfournement » supporté par le gréement était transmis au foils arrière qui en changeant d’incidence compensait cette tendance. A l’arrêt, le mat se baladait en avant et en arrière ! De même, il semble que les efforts supportés par les haubans servaient à réguler les foils principaux (6 plans à 45°).

Monitor – Course au Large N°39 juin/juillet 1986

Monitor – Course au Large N°39 juin/juillet 1986

Régulation sans mouvements

Certains engins à moteur Russes tiraient parti de la perte de portance que génère l’arrivée d’un foil près de la surface, pour réguler la portance d’un plan horizontal (lorsque la distance plan porteur / surface est proche de l’équivalent de la corde du plan porteur). Sans autre artifice, ce type de régulation naturelle peut difficilement fonctionner sur un engin dont la vitesse est variable et dont l’assiette est liée à la force encaissée par le gréement. L’université de Warwick en Angleterre a essayé d’améliorer ce système en rajoutant sur leur projet Future Foils, des évents sur la jambe de force, évents connectés à des orifices sur le bord d’attaque de l’extrados. A partir d’une certaine hauteur de vol, un évent puis un second et ainsi de suite auraient aspirer de l’air qui aurait été naturellement « injecté » sur le bord d’attaque afin de limiter la portance. Malheureusement les essais réalisés n’ont pas permis de démontrer l’efficacité de cette piste.

Et les Moth à foils ?

Pour moi, le système qui équipe les Moth, est celui inventé par Simmonds. Les premiers essais de mise en place de foils sur un Moth sont dus au travail de Ian Ward en 1998. Les foils étaient montés en bout d’aile et sur le safran. Il s’agissait de foils en V. Rapide dans la brise, l’engin était complexe, difficile à gréer et à mettre à l’eau et pas très amusant à barrer (trop stable !). Ian Ward aurait alors dès 1999 travaillé et volé sur un bifoiler. Toujours en Australie, Brett Burvill et Marc Pivac en 2000, ont aussi travaillés sur l’architecture « trifoiler ». Enfin en 2002, John et Garth Ilett se sont eux aussi lancés dans l’aventure bifoiler. Une modification de la jauge (violation de la règle « anti-multihull » avec les foils en V montés en bout d’aile), mais aussi un mauvais passage dans les vagues des bateaux équipés de 3 foils ont fait migrer les Moth de trifoiler à bifoiler. Sur certains modèles, la tringlerie a été remplacée par du câble (push – pull). Un système de sandow de rappel permet de s’assurer que la baguette souple revient bien en position (en contact avec la surface).

Brett Burvill sur un Moth avec foils en V en bout d’aile - Seahorse avril 2000

Brett Burvill sur un Moth avec foils en V en bout d’aile - Seahorse avril 2000


A voir

Très belle vidéo traitant des hydrofoils à moteur réalisé par l’US Navy mais non dénuée d’intérêts (provenance IHS) : Foilborne, the story of U.S. Navy hydrofoil Development

Remerciements

Daniel Charles, Gary Baigent

Sources « Historique des systèmes mécaniques de régulation » de 1/3 à 3/3

  • Wings under water – Flight and aircraft engeneer nov 1948
  • A new speedboat – Children’s Newspaper 13 avril 1948
  • Preliminary investigation of the static and dynamic longitudinal stability of a Grunberg hydrofoil system – NACA 1952
  • Get your hydrofoils flight – Yachting world juill 1974 – James Grogono
  • Les hydrofoils sont là – Les cahiers du yachting N°196 avril 1979 – Daniel Charles
  • L’invention de Gordon Baker – Les cahiers du yachting N°238 octobre 1982 – Daniel Charles
  • Faster! Faster! Quest For Sailing Speed – David Pelly 1984
  • Icarus the boat that flies – James Grogono 1987
  • Australian Multihull World Magazine N° 37 nov 1997 – M Baranski
  • Aero-hydrodynamics of sailing second edition – CA Marchaj 1998
  • The design and development of a 4.9m hydrofoil catamaran – E.J.C. & G.C.Chapman janv 1999
  • Greed for speed – Yachting world mai 2000
  • Development of Dinghy Foilers – Dr. Ian Ward mars 2004
  • Light Brigade – the New Zealand school of yacht design – Gary Baigent juillet 2006
  • Echanges avec Gary Baigent – mai 2009
  • The feasibility of hydrofoil craft in the indian environnement – Dr. Leopoldo Rodriquez, non daté
  • Site internet de l’International hydrofoil society – http://www.foils.org/
  • + diverses revues, livres et sites Internet
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17 commentaires pour Historique des systèmes mécaniques de régulation 3/3

  1. armando dit :

    Un vrai régal cet historique. J’ai envie de retrouver un épisode chaque semaine tellement je prends du plaisir à lire ces articles lorsque je me connecte.
    Félicitation Fred

  2. Merci Armando, mais c’est la fin de cet article.
    J’en ai un nouveau en préparation (de qualité inférieure !).
    A bientôt
    Fred

  3. Bonsoir Fred,

    Je suis parti pendant 3 semaines en voyage d’étude géographique et ethnologique (oui, c’est ça, certains appellent ça des vacances 🙂 ) et je reviens pour découvrir trois articles à tout péter comme on dit chez moi.
    Je fais vite un copier-coller au cas où ce blog tomberait en panne et je vais lire tout ça au calme.

    Bravo ! et à bientôt,

    GG

  4. Bonjour Gérard,
    Une fois que tu auras lu tout cela au calme, tu auras peut être changé d’avis !
    Il y a bien des années, alors que les engins qui volaient sur 2 foils étaient très peu nombreux (Moth, RS…), j’étais en contact avec un sage qui habitait en Gironde et qui bossait déjà sur une PAV à deux foils. J’ai eu beaucoup d’échanges avec cette homme brillant, passionné et emprunt de sagesse. Il m’a aidé dans ma réflexion sur les engins à foils. J’étais un peu le Kwai Chang Caine, son petit scarabée en quelque sorte !
    A bientôt
    Fred

  5. Bonsoir à tous,

    J’ai des difficultés à comprendre le fonctionnement d’un palpeur « plongeur » comme le décrit Fred au sujet du système David Knaggs.
    En effet, s’il s’agit d’un plongeur générant une force hydrodynamique (portance de ce plongeur que l’on suppose profilé), le système prend en compte non seulement l’altitude du bateau (ce qui est au final la seule variable à réguler) mais aussi la vitesse du bateau et là je n’en vois pas l’intérêt bien au contraire.

    Quelqu’un aurait-il une information ou une idée au sujet du fonctionnement de ce système ?

    à plus,

    GG

    • David Knaggs dit :

      The surface sensor foil was very flexible, and not strong enough to withstand the maximum lift it could develop. The elastic band int the photo allowed it to feather so as to limit maximum lift to about 500N. The lee surface sensor foil added to the lift of the main foils during early takeoff.

      At speed, the control forces required by the main foils were light enough the these flexible sensor foils were held against the feathering stop at nearly all times, that is, at their maximum angle of attack setting. Only the extreme tips touched the water surface.

      It was intended to fit hydraulic dampers to the system to smooth out higher freqency feedback. This may have increased the requirement for the sensors to feather partially through larger waves.

  6. gurval dit :

    Peut etre que le plongeur à une vrille ou ou un profil de moins en moins sustentateur vers sa fin…Et puis il y avait peu etre aussi une commande manuelle de l’incidence du plongeur en naviguation.

  7. « il y avait peu etre aussi une commande manuelle de l’incidence du plongeur en naviguation. »

    Ça complique encore le système mais tout à coup, ça me donne des idées 🙂

    Merci Gurval

  8. GG, Gurval …
    Merci de chercher car je ne détiens pas la vérité, comme vous, j’ai observé, extrapolé… bref vous pouvez remettre en question ce que j’ai noté !
    Fred

  9. gurval dit :

    Je pense que j’ai trouvé grace à cette image.

    Ici, on comprend comment le système de tringle travail mais surtout que la photo est prise face au bord de fuite. Regardez le sandow, qui ne sert a rien puisque sur l’axe, c’est pas un systeme de régulation élastique d’angle du plongeur, ça? Deplus il est fixé sur une partie qui à l’air de ne pas être là par hasard. Y aurai t il eu un système plus complexe ensuite remplacé par un simple élastique??

    • David Knaggs dit :

      The surface sensor foils were very flexible and deliberately not strong enough to withstand their maximum possible lift.
      They were pivoted about an axis in front of the foil to allow them to feather, and thereby limit the maximum load to about 500N.

      This always occurred during early takeoff, at which time the lee sensor became a lifting foil, against its upper travel limit. The rubber band controlled the feathering force, and hence the lift limit of the foil.

      It was intended to fit hydraulic dampers to reduce high frequency feedback to the main foil flap. This would have also needed the sensor feathering feature through larger waves.

      The springs were simple return springs which also allowed the weather foil to develop negative lift.

      -David Knaggs

  10. Daniel Charles dit :

    En réalité, cette remarquable recherche historique devrait peut-être s’appeler « histoire de la régulation par palpeur », parce que les systèmes qui sont ici expliquées en détails sont toutes équipés de palpeurs de surface. Cette technique a deux défauts notoires: d’une part augmenter la trainée (non négligeable dans les systèmes anciens comme Hook), d’autre part asservir parfois le foil à une perturbation de la surface qui ne le concerne pas (cas du passage d’un sillage, ou d’une petite vague escarpée), induisant des corrections et une traînée inutile.
    Le système de Baker (Monitor) vaut à mon avis mieux que sa rapide description dans ces pages. Dans le sens voile-foil, il évite les crash-dives parce que le couple de cabanement du gréement n’est appliqué au bateau que lorsque le foil arrière a cabré et ainsi préparé le bateau (ce que les systèmes à palpeurs ne font pas directement). Cependant, on a tendance à négliger le fait qu’il y a aussi un feed-back dans le sens foil-voile: si la traînée du foil augmente (par exemple au passage d’une vague), par l’intermédiaire de la membrure pivotante et des barres pushpull, cela incline le mât de manière à diminuer le couple de cabanement de la voilure et donc corriger l’assiette générale. C’est d’une économie épatante au point de vue traînée, parce que les modifications se font en continu, et les mouvements de tangage du Monitor sont inexistants (il a pourtant été naviguer dans les vagues en baie de San Francisco).
    Pour moi, le système de Baker, c’est les moustaches du chat, le top, parce que les corrections sont tellement fréquentes qu’elles restent miniment, et le foil reste au creux du « lift-drag bucket », ce qui n’est pas le cas avec les palpeurs.

  11. Merci Daniel,
    Comme d’habitude, tu as 100% raison, en premier lieu pour le titre qui aurait du spécifier « par palpeur ». C’est vrai que je ne me suis pas étendu sur Monitor car comme tu le sais :
    – il ne se basait pas sur un concept de régulation de foils immergés et qu’il ne tient pas compte de l’état de la mer (c’est là que ta remarque sur le titre prend tous son sans !)
    – je compte bien faire un jour un article seulement sur Baker !
    – par ce que je ne maîtrise pas le système !!
    Merci pour ces informations….
    Amitiés Fred

  12. Guy Capra dit :

    Merci Fred pour ces lectures et informations passionnantes !

    Vite, l’article sur le système Baker (son « Monitor » ?), vite, car Daniel, ce coquin, a bien excité notre curiosité, vite !

    Nauticalement,
    Guy

  13. Fred de Lo dit :

    Bonjour Guy,

    Dès le début de ma participation à ce blog (cela fait maintenant 1 an), j’ai dans l’idée de faire un article sur Monitor. Mais c’est un article qui mérite un gros boulot car les explications que j’ai pu trouver sur le fonctionnement de cet engin sont assez sommaires. J’ai bien un super article de Daniel (et oui car pour ceux qui ne son au courant Daniel est un très grand journaliste et pas que ça !), mais je ne souhaites pas non plus faire du copiage… Je vais y travailler.
    Fred

  14. Guy Capra dit :

    Bien sûr j’ai très envie de lire ton propre article sur le sujet cher Fred, mais en attendant comment obtenir ce super article de Daniel dont tu parles ?

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