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 :

Précédents articles du même type :



Advertisements

23 commentaires pour Question/réponse 3 : Vitesse maximale théorique … par Jérôme

  1. ebw dit :

    Il y a quelques simplifications dans le raisonnement qui font que les efforts de portance sont plus faible que dans l’expérience:
    Portance foils avant Fz1=2*(1/2*rho*S*Cl*V^2*racine(2)/2))
    On a deux foil (le 2*) à 45° (racine(2)/2) et on prend la surface réellement immergée d’un foil.
    Pour le foil arrière il est déporteur (pour compenser le couple à piquer propulsion-traînée) Fz2=-Fx*l/L
    avec l la distance verticale entre l’axe du moteur (poussée) et la trainée, L la distance horizontale (suivant l’axe du bateau) entre le foil arrière et les foils avant.
    Je vous laisse continuer le raisonnement. Si le résultat n’est pas meilleur il faut peut être considérer un peu de traînée aéro, ou que les foils ne travaillent pas à finesse max.

  2. Bonjour Jérôme,

    Bravo pour ta réalisation. Je pense qu’en effet tu pourras faire un assez grand nombre d’observations à partir de ce petit modèle.

    Quant à prévoir mathématiquement les performances de ton engin, je n’y crois pas beaucoup. (ce n’est pas grave, l’important est que tu en sois convaincu et que tu le dises lors de l’oral)

    Voici les raisons qui me font dire ça :

    – La force générée par le moteur et l’hélice varie avec la vitesse. Je suppose que tu as mesuré cette poussée à vitesse nulle …

    – La trainée du foil arrière est elle aussi fonction du carré de la vitesse. La fixer pifométriquement à 1 N (sur une trainée totale inférieure à 3N) me semble discréditer tout le calcul.

    – Je connais JavaFoil (gratuit) et je pense qu’il fait partie des bons logiciels aéro-hydro comme Xfoil et quelques autres (même si je ne connais pas grand chose à la mécanique des fluides). Néanmoins il ne faut pas perdre de vue que ces logiciels font de la simulation 2D, c’est à dire supposent que le foil est parfait et d’allongement infini.

    Dans le cas d’un foil traversant, l’allongement est loin d’être infini (il est même très faible à vitesse maxi) et il faut prendre en compte le phénomène de ventilation qui à mon humble avis prend une place primordiale quant à la trainée, à grande vitesse.

    Au sujet de la ventilation, tu peux peut-être contacter Estelle qui a choisi précisément ce thème pour son projet.
    https://foils.wordpress.com/2009/10/06/questionreponse-1-ecoulement-interface-aireau-par-estelle/

    Bon courage et à bientôt,

    GG

  3. Jérôme,

    En plus des avis avisés de « Ebw » et de mon ami Gérard, 2 remarques :
    A- Pour mesurer la différence de vitesse entre engin avec et sans foil peut-être pourrais tu te faire prêter un petit GPS portable (E Trex Garmin)? L’inconvénient c’est le sur poids. Le problème c’est aussi de faire la mesure d’un engin « standard ». Tu pourrais faire une mesure de ton tri sans ses foils (et sans plan porteur arrière) ? Autre solution, plus simple, définir sur ton plan d’eau, un point A et un B (deux bâtons) et réaliser une mesure de temps grâce à un complice. Mais ça, je suppose que tu y avais déjà pensé…
    B – Si tu souhaites l’adresse mai d’Estelle, me la demander.

    J’espère que d’autres lecteurs donneront leurs avis et idées, je trouve ton projet et sa réalisation intéressant…

    Fred de Lo

  4. Jérôme T. dit :

    Bonsoir,

    merci beaucoup pour ce petit article et vos réponses rapides.

    Pour « ebw » : je suis à moitié d’accord avec la remarque concernant le « racine(2) » :
    je m’explique : Pour la portance du foil principal, seule la composante verticale nous interresse car c’est elle qui contre le poids du bateau. De plus, les composantes horizontales des Portances du foil droit et gauche se compensent exactement donc pour moi, il n’y a pas de racine(2) dans l’expression de la Portance du foil principal.
    En revanche, toute la surface mouillée du foil principale contribue à la Trainée, il faudrait donc en tenir compte de ce racine(2).
    Cela me fait gagné un petit coefficient racine(2) dans la relation concernant les Cx et Cz soit : Cz=3*racine(2)*Cx alors qu’il me faudrait plutôt un coefficient de l’ordre de 10 pour que cela soit cohérent…

    Concernant le couple du stabilisateur, il n’y en a a priori pas car dans mes équations je me suis arrangé pour placé les foils avant de manière à ce qu’à pleine vitesse, le couple généré par la portance compense exactement celui créé par la trainée et la poussée moteur. Biensur tout cela est théorique car a la moindre petite perturbation, son rôle est de généré un couple pour retrouver l’équilibre du bateau. Mais logiquement, dans le calcul de la vitesse limite, je pense devoir supposer ces perturbations négligeables. Je tenterai de les tenir en compte et vous tiendrai au courant.

    Pour Gérard Delerm :

    Merci pour le compliment.

    Il est vrai qu’il me parait difficile de trouver les performances théoriques de mon bateau, mais logiquement l’alliance des domaine de la physique est des mathématiques est censée pouvoir nous le permettre.

    Pour la poussée moteur, oui il est vrai que je l’ai mesurée à vitesse nulle…

    Pour ce qui est de la trainée du stabilisateur je suis tout a fait d’accord qu’elle doit être rigoureusement prise en compte, j’ai fixé 1N pour montrer que même avec une valeur élevée j’aboutis a quelque chose d’étonnant concernant la proportionnalité des coefficient de trainée et de portance.

    Concernant javafoil, il y a un réglage allongement dans les options, je pensais que le logiciel en prenait compte..? mais même avec des allogements très faibles je suis loin de la relation de proportionnalité.

    je vais me pencher un peu du côté de la ventilation, mais sachant que je n’ai que 10 minutes pour présenter mon projet je pense que je ne vais pas trop m’étendre si je ne trouve pas de solution simple à ce sujet.

    Pour Fred :

    Personne dans mon entourage ne peut me prêter un GPS et c’est bien dommage même si en effet ca me parait un peu lourd comparé a la masse de l’engin.
    Pour ce qui est de la deuxième idée c’est ce que je compte faire. En effet la dernière fois, je n’avais pas pris le temps de mesurer les performances, c’était le premier « vol ».

    je vous tiendrai au courant !

    Encore merci pour vos réponses et n’hésitez pas si vous avez la moindre remarque à me soumettre, ou même une solution !!!!

    A bientôt.

    Jérôme.

    • Bonjour Jérôme,

      En effet, le fait de majorer l’influence du foil arrière concernant la traînée minore le calcul de la traînée des foils avant… et malgré ça tu trouves un rapport Cz/Cx qui te parait faible. (il me faut souvent du temps avant de comprendre 🙂 )

      En revanche, le calcul (ou la mesure) de la poussée dynamique (toujours inférieure à la poussée statique) irait dans le bon sens.
      J’ai trouvé la formule suivante :
      F= Q x (Va-Vb)
      où :

      F= poussée dynamique
      Q= masse d’air déplacé (par unité de temps ?)
      Va = vitesse de l’air
      Vb = vitesse du bateau

      Mesurer la vitesse de l’air est assez facile avec un petit anémomètre (certains sont gros comme une montre et assez précis).

      En définitive, tu vas peut-être arriver à un rapport de 5 environ ce qui n’est pas très loin de la vérité à mon avis.
      En ce qui concerne les bateaux à foils traversant, je pense que la traînée n’est pas très inférieure à celle d’une coque planante. ( Parlier avec son « hydraplaneur », catamaran de 60 pieds à coques planantes et redan, disait atteindre facilement 40 noeuds et n’avait pas voulu aller au delà par peur de tout casser sur le clapot)

      Le plus gros intérêt des foils est d’effacer le clapot.
      Je ne parle pas là des foils horizontaux totalement immergés.

      bon W.E. et tiens nous au courant STP,

      GG

  5. gurval dit :

    Salut.

    As tu pensé à la viscosité de l’eau, à l’état de surface de tes foils? A l’échelle de ton bateau ce genre de petit frottements ne sont pas négligeables. Tu gagnerai en vitesse en avançant ton moteur sur la poutre avant.
    Je pense que la pirouette à faire lors de ton orale est justement de faire la démonstration qu’on ne peut pas prédire la Vmax et si tu est consciencieux tu pourra faire une estimation du delta d’incertitude et , pourquoi pas, faire une comparaison entre le delta du bateau à foils et celui archimédien. C’est comme ça que ça ce passe dans la vie… L’empirisme n’est pas mort.

  6. Satya dit :

    Bonsoir Jérôme!!

    Voici un problème passionnant! J’avais moi aussi fait pour mon TIPE un foiler RC (mais à voile) sur la base de la tres bonne vulgarisation offerte par l’équipe de Minifoiler (qui ne donne pas de nouvelles de Minifoiler 3x d’ailleurs, dommage, beau projet!…)

    Il se trouve que depuis mon TIPE s’est transformé en métier…

    Bref, quelques réactions à chaud:
    – Ton foiler exige des foils d’une finesse au moins égale à 2 (600g pour 300g de poussée). D’expérience, tu peux espérer 4 ou 5 selon ton profil (probablement guere plus vu ton échelle) et ton Reynolds (i.e. ton échelle). Je peux te détailler tout ça.
    – Les polaires données par Xfoil ne te seront que de peu d’aide: elles sont valables sur la zone où ton écoulement est 2D monophase, c’est à dire dans la partie immergée du foil, mais pas trop près de son extrêmité où des effets de bords s’en donnent à coeur joie… Et en plus(d’expérience) plus de la moitié de ton Cx (enfin ca dépend de ton allongement mais bon…) viendra de ta trainée de vague créée par les foils à l’interaction eau/air, chose, bien sûr, qu’Xfoil ne saurait te montrer (et d’ailleurs même un calcul Fluent diphasique instationnaire en chie). En résumé, c’est un écoulement où les effets 3D ET les effets de surface libre sont prépondérants. Donc Xfoil, effectivement, sous estime très très largement tes traînées.
    – La Vmax dépend de ta courbe de traction d’hélice, qui, comme le fait remarquer Gérard, chute avec la vitesse. A toi de calculer la trainée de tes foils avec la réduction de surface immergée avec la vitesse, avec la déportance du plan porteur du safran. Là aussi je peux revenir sur le calcul.
    – Pour les mesures de vitesse, une bonne solution consiste à filmer ta maquette, prendre un repère fixe à l’horizon, et compter combien de temps s’écoule entre le moment où la proue est alignée avec ton repère et le moment où la poupe est alignée avec ton repère. (Et ça marche même si ta maquette n’a pas une trajectoire perpendiculaire à l’axe formé par ton oeil et ton repère)
    Pour compter ce temps, tu passes la vidéo au ralenti et tu peux compter les images, en connaissant la fréquence de ta caméra…
    Bon, le plus parlant est un exemple: ta maquette fait 2m, ta caméra filme à 25 images/secondes. Tu passes ton film au ralenti et regarde quand ta proue croise (par exemple) la bouée du port. Mettons que tu comptes 7 images pour que ta poupe croise à son tour la même bouée, ton foiler file à 2/(7*1/25)=7,1m/s=25.6km/h=14,2noeuds. L’imprécision viendra de l’erreur visuelle de tes alignements (qui peut être importante si on va vite…)
    Au passage, tu peux t’amuser à mesurer les vitesses de l’hydroptère avec cette méthode, sur leurs vidéos publiques (il te faut les longueurs de coques, de mémoire le flotteur doit faire autour de 4,7m…)

    Comme toujours j’ai assez peu de temps, j’espère ne pas avoir été trop brouillon… (à trop vouloir en dire, parfois!…)
    Bon en tout cas je pense qu’on va pouvoir pas mal t’aider en s’y mettant à plusieurs! Hésite pas à poser d’autres questions si besoin, bon courage pour ton concours!

  7. Satya dit :

    Petits compléments:
    – Un lecteur vidéo qui permette de ralentir suffisament pour compter les images: VLC bien sûr! (http://www.videolan.org/vlc/)
    – J’ai été vite sur la Vmax, le point de départ est de connaitre ta chute de traction d’hélice, et la brancher en face de la variation de trainée (et pas seulement de Cx, puisque les surfaces changent) de tes foils. Pour ça, un bon vieux dynamomètre accroché derrière ton groupe moteur (ou même la maquette complete), le tout monté sur glissières sur le toit de la voiture, et hop!
    Au pire, si tu n’arrives pas à avoir des points précis (erreurs de mesure sur la lecture de la vitesse ou de la traction…) tu peux au moins chercher la vitesse à laquelle ta traction est nulle.
    – Tu peux aussi utiliser JavaProp, un petit soft qui calcule à la grosse les caractéristiques de ton hélice (http://www.mh-aerotools.de/airfoils/javaprop.htm)

  8. Satya dit :

    Re bonsoir…

    Petit ajout, apres avoir regardé les riches commentaires qui précedent mon intervention, laquelle ne répondait (faute de temps, j’étais au boulot!) qu’au message initial…

    1. (anecdotique) Je crois bien JavaFoil est un frontend de XFoil… Il existe aussi Profili dans le même style (qui lui, pour le coup, est vraiment une mise en forme d’XFoil)

    2. J’ai été un peu rapide dans mon mot sur la Vmax: en gros tu peux calculer une Vmax pas débile dès lors que t’as fait l’hypothèse d’une polaire de tes foils et que t’as la loi de traction d’hélice. Pour cette dernière tu peux considérer que sa vitesse de traction nulle est le pas de l’hélice multiplié par ta vitesse de rotation… En gros (j’ai pas le temps de détailler, j’espère que tu pourras en tirer qqc!!) tu prends la tension aux bornes de tes accus, tu multiplies par le kv (en tour/min/volt) du moteur, (tu obtiens des Tr/min, à convertir en Tr/s) puis par le pas de l’hélice (souvent donné en pouces).
    Exemple, avec un moteur de 1400 TPM/volt, une hélice 4,5×4, et 2 éléments LiPo série tu as une Vmax de 1400x2x3,7(=un élément LiPo)x60x4x2,5(=un pouce)=63 km/h.
    Apres, tu peux approximer Traction=f(V), en comptant une asymptote horizontale à partir de ta traction à V nulle (hypothèse défavorable, puisque ta traction « raccroche » un peu avec la vitesse avant de rechuter) et en rejoignant ton point de traction nulle calculé comme ci-précément…
    3- Tu peux utiliser JavaProp (demande à Google), un équivalent de JavaFoil pour les hélices

    4- Ca y est je suis très en retard! Hésite pas à demander mon mail à Fred pour de plus amples détails… (et si tu habites en Rhone-Alpes ont peut même en parler autour d’un verre…) J’essaierai de repasser par là de temps en temps pour recueillir tes questions/remarques…

    Bon courage encore une fois, chapeau pour ce que t’as fait!

  9. Jérôme T. dit :

    Bonsoir à tous,

    je n’ai malheureusement pas le temps de m’occuper de mon foiler ce soir mais j’ai lu rapidement toutes vos remarques et il est vrai qu’il y a quelques points à améliorer. je me penche sur tout cela demain après midi!
    Merci à toi Satya pour tes explications, je relirai tout en détail demain et je t’enverrai très certainement un mail pour te demander quelques conseils et voir si selon toi, mes raisonnements sont corrects.

    A bientot et encore merci à tous !

  10. Jérôme T. dit :

    Bonsoir à tous,

    j’ai relu attentivement toutes vos remarques et voilà ce que j’ai fait et compte faire, ainsi que mes nouvelles interrogations :

    1. J’ai pu vérifier la remarque de Gérard Delerm concernant la décroissance de la poussé avec la vitesse grâce aux conseils de Satya sur le moyen d’approximer la loi Poussée=f(v).

    Mon moteur a un kv de 1220, mon hélice est une 8*6, et mes accus des 2S(2 éléments).

    La poussé est nulle pour v=1220*7.4 /60*6*2 ,54*0,01=23m/s

    En considérant la loi de vitesse linéaire nous avons Poussée=3-(3/23)*v = 3-0,13*v
    Un petit essai: pour v=4 m/s. P(1,4)=2,5 N
    Ça devient intéressant !! même si, comme la fait remarquer Satya, cette aproximation est fausse puisque la poussée “raccroche” un peu avec la vitesse avant de rechuter. J’ai même essayé Javaprop avec une hélice quelconque et c’est bien ce qu’il se passe. Par contre je ne maitrise pas encore le logiciel donc je n’ai pas réussi a rentrer la géométrie de mon hélice.

    2) Mon idée serait de décomposer la trainée en 2 : la trainée dûe aux résistances de vagues à l’interface air/eau et une trainée concernant la partie immergée et tenant compte de l’allongement des foils.
    Concernant la deuxième, il me faudrait une bonne approximation de Cx en fonctionde v et de l’allongement. J’avais trouver une formule à ce sujet mais elle me parait un peu étrange de plus elle n’était vérifiée que pour des allongement supérieur à 4 avec javafoil.
    De même, si j’arrive à trouver une bonne approximation du Cz en fonction de l’allongement,valable pour les petits allongements, je peut exprimer la surface immergée en fonction de la vitesse grâce à la formule de la portance.

    3)Concernant la trainée de vague, pensez vous qu’un formule puisse être applicable pour mes foils ? Je fais des recherches de mon cotés.

    Si j’arrive a exprimer tout cela en fonction de v on doit pouvoir réussir à trouver cette Vmax.

    4)Pour la vitesse expérimentale de mon bateau, je vais essayer de la mesurer avec la méthode de la caméra. J’irai peut être demain si le temps le permet et si je ne suis pas débordé par le travail, car même si je pourrais passer des heures à étudier ce sujet il ne faut que j’oublie cette montagne de travail que m’offre la prépa…

    A très bientôt pour des nouvelles !

    Jérôme

  11. Plxdesi dit :

    Hydroptère, calculs.
    1. calcul de la traînée : de la somme des traînées
    . traînée de frottement, dépend du Reynolds , de la rugosité, de la turbulence du milieu. Xfoil prend en compte cette turbulence; pour avoir une valeur correcte en hydrodynamique, il faut diminuer le facteur Nc (valeur par défaut = 9, à réduire à 2 ou 3).
    . traînée induite, dépend de l’allongement, qu’il ne faut pas surestimer surtout quand les foils coupent la surface.
    . traînée de vague (proximité de la surface), dépend de l’immersion, élevée avec des foils perçants en V.
    . traînée d’embruns, interface air eau. Valeur élevée également.
    On trouve des formules pour tout ça dans le Hoerner, Fluid dynamic drag (existe aussi en français, mais épuisé depuis longtemps).
    2. Javafoil n’a rien à voir avec Xfoil. Nettement moins performant.
    3. Xfoil ne sous-estime pas la traînée, il ne fait que calculer la traînée de frottement (du profil) en 2D, allongement infini. C’est la non prise en compte des autres traînées qui conduit à des résultats sous estimés.
    4. Pour avoir une idée de la traînée induite, on peut utiliser AVL, autre logiciel remarquable de Mark Drela, auteur de Xfoil. AVL travaille en 3D. Cf. Wikipedia, Aérodynamique numérique.
    5. Le calcul de la vitesse max (une estimation) est tout à fait faisable si on connait la puissance à l’arbre du moteur et le rendement d’hélice. Là aussi, on peut utiliser QPROP, un logiciel de M. Drela (un modéliste hors pair, expert en planeurs, et de plus prof Astro-Aero au MIT : c’est lui qui a conçu le Decavitator et le Daedalus, engins à propulsion (motorisation) musculaire).
    6. La méthode modèle expérimental, conception, essais, mesures, modèle de calcul (qui converge…), c’est LA méthode. Bonne suite.

  12. Fred de Lo dit :

    Plxdesi,
    Merci pour cette intervention fort intéressante, j’apprécie, entre autre, le point 5 sur M. Drela.
    Merci et à bientôt sur Foiler…
    Fred de Lo

  13. Justine et Pierre Hubert dit :

    Bonjour, nous sommes en 2ème année de prépa et nous avons nous aussi essayé de réaliser une maquette d’hydroptère (à voile) à partir d’une maquette de voilier télécommandé. Nous lui avons ajouté une barre transversale munie de foils en V ainsi qu’un foil en T. Nos calculs nous ont permis d’évaluer la vitesse théorique de décollage du bateau cependant expérimentalement le bateau ne parvient pas à décoller. Après plusieurs tentatives (avec ou sans le foil en T, par traction manuelle plutôt qu’avec les voiles) nous avons du mal à savoir quels paramètres sont les plus judicieux à modifier pour pouvoir observer un décollage, sachant que la vitesse théorique est parfois largement atteinte. Nous avons surement placé nos foils trop en arrière par rapport au centre de gravité de la maquette, et ayant peu de données sur la profondeur du foil en T, il a été placé au niveau du bas des foils en V mais peut être devrions nous modifier sa hauteur. Par ailleurs, nous n’avons trouvé que très peu d’informations sur les foils en V notamment sur le coefficient de portance Cz.
    Merci d’avance pour toute aide apportée

    • Bonjour Justine et Pierre,

      Bienvenu sur Foilers !

      Projet intéressant que le votre, il faudra me faire suivre des photos de votre engin, cela me permettra de plus facilement essayé de vous aider (je vais vous envoyer un mail avec mes coordonnées…).
      Mais voici déjà quelques remarques à partir des informations contenues dans votre message. Cela permettra aux potentiels lecteurs de me corriger si besoin ou de compléter.
      Je pense que cette absence de décollage peut être lié soit :
      – à la surface des foils, (par exemple, la non prise en compte du fait que seule la projection de la surface des foils sur l’horizontale participe à la portance)
      – à leur incidence,
      – à la qualité de surface,
      – à leur profil.
      J’ai essayé de classer ces éléments par ordre d’importance !
      Je ne pense pas que la profondeur du foil en T soit importante. Elle l’est, mais elle n’explique pas l’absence de décollage. En ce qui concerne la position du bras, donc des foils, je ne pense pas que ce soit là aussi l’origine du problème. Si les foils, possiblement placés trop en arrière, avaient développés de la portance, il y a fort à parier que vous auriez vu un relevage de la partie arrière et un basculement longitudinal…

      En ce qui concerne le Cz, il se rapporte plus à un profil qu’à un type de foil. Il y plusieurs méthodes d’approximation du Cz que je vais essayer de retrouver.

      Voilà pour un premier contact, je vous envoie un petit mail.
      Fred pour Foilers !

  14. Justine et Pierre Hubert dit :

    Merci pour votre réponse si rapide !

    Par rapport à vos remarques,

    -La projection de la surface des foils a été prise en compte lors du calcul de la vitesse théorique de décollage

    -Pour les foils en V, nous les avons placés avec une incidence de 45° par rapport à l’horizontale mais sans « incidence frontale ». Par ailleurs, leur profil est en effet assez approximatif et présente des aspérités nous avons tout de même tenté de reproduire le profil d’une aile. Pour ce qui est du foil en T qui est asymétrique, nous ne lui avons donné aucune incidence, et son profil à été reproduit à partir de celui de l’EPPLER 818, et sa qualité est plutôt bonne comparée aux foils en T.

    -De plus nous n’avons pas précisé que la masse du bateau est assez important (1.5kg environ) mais d’après nos calculs la portance obtenue aurait du être suffisante.

    -Pour la position de la barre transversale, il est vrai que nous avons observé un léger relevage de la partie arrière : peut-il être du à la poussée vélique lors de l’utilisation des voiles ? De plus, le a tout simplement plongé lors de la traction manuelle.

    Nous allons retenter l’expérience dès demain en avançant les foils.
    Nous vous envoyons quelques photos par mail.

    A bientôt !

    Justine

    • Bonjour,

      Incidence des foils
      Je pense que le principal problème, c’est l’absence d’incidence que vous nommez « frontale ».
      Habituellement les zinzins que nous sommes, n’appelle pas l’angle de calage des foils (dans votre cas 45°) incidence, mais seulement l’angle réalisé par le plan par rapport à la direction.
      Vous pouvez tester un angle de 4° pour commencer.
      Il y a moyen de réaliser de petits supports de réglages en taillant des triangles de 4, 5, 6° dans un matériau rigide.
      La plupart du temps, sur un hydrofoil à foils en V, le safran (qui est placé le plus en arrière possible) n’a pas d’incidence. C’est le décollage des foils avant qui génère une inclinaison de la plateforme. Le safran ne fait que suivre l’incidence de l’ensemble.

      Position des foils
      Plus les foils avant et le plan porteur arrière sont écartés, meilleure est la stabilité longitudinale.
      La position des foils dépend, entre autres, de la position de la force vélique puisqu’en vol, ce sont les foils qui génèrent la force antidérive. Il n’est d’ailleurs pas toujours évident d’avoir un bateau équilibré en mode archimédien puis en vol (puisque la surface des coques « disparait »).
      Par rapport aux photos que vous m’avez fait parvenir, il faut avancer les foils en V et reculer votre foil arrière au maximum.
      Pour simplifier, on peut partir du principe que la résultante de la force vélique d’une grand voile se trouve en arrière du mat à 25% de sa largeur (maximale). Idem pour un foc mais à partir de son étai.
      Dans votre cas, partons du principe que la résultante se trouve au niveau du mat.
      La résultante de la force vélique se trouve la plupart du temps au même niveau que la résultante des surfaces antidérive, ou un peu en avant.
      Cette résultante des surface antidérive n’étant bien évidement pas le point situé entre le safran et les foils. Il faut tenir compte de la surface de chacun des éléments (bateau vu de côté). Donc en simplifiant, si les foils (projection de la surface) et le safran avaient la même surface, le centre antidérive se trouverait à env. 33% de la distance entre le bord d’attaque des foils et de celui du safran.
      Si vous pouvez repousser votre plan porteur horizontal le plus en arrière possible (sous le safran), alors votre bras (et les foils) devraient être devant le mat, disons là ou se trouve le panneau de pont carré !!

      Autres points
      – Le relevage de la partie arrière peut être lié en effet à la force vélique, ou au positionnement des foils…
      – Votre bateau est lourd (quillard), avez-vous retiré le lest ?
      – Ce type de plateforme à beaucoup de surface mouillée, ce qui ne favorise pas le décollage.
      – Je vous conseil la lecture de :
      http://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CCIQFjAA&url=http%3A%2F%2Fpuceduciel.free.fr%2FIMG%2Fdoc%2FDes_Hydrofoils_a_la_portee_de_tous.doc&ei=iaR-T5DBCMKx0AWYpoWDBw&usg=AFQjCNHle8nRmqcBXFBdvYlI43eUVDQUtw&sig2=G8MIcCGSruGu4ENJ8Ptvcg

      Surface
      Je pense que votre foil horizontal a une surface bien trop importante (à diminuer par 4 au moins !). Même sans incidence, il va générer de la portance. En effet, pour qu’un profil non symétrique ne développe pas de portance, il faut le placer en incidence négative.
      En plaçant ce foil le plus en arrière possible, pour avoir un bon équilibre longitudinal, vous risquez par contre de faire plus lever l’arrière que l’avant !
      Il est donc impératif, si vous ne pouvez pas diminuer sa corde (moins de surface), de le placer sans incidence, voir en incidence légèrement négative ! En effet, cela aura peut être tendance à faire lever le nez et donc favoriser le décollage.

      En résumé et si c’est possible
      – Mettre de l’incidence sur les foils avant
      – Avancer le bras
      – Reculer le foil horizontal
      – Diminuer sa surface (peut être dans un second temps)
      – Placer le foil arrière sans incidence, voir négative (-2°)
      – Retirer le lest si toujours présent et si possible…

      Bon courage
      Fred

  15. Bonsoir Justine et Pierre,

    Personnellement, je suivrais l’ordre donné par Fred. Si la projection de la surface vous semble bonne, je ferais varier le paramètre suivant, c’est à dire augmenter l’angle d’attaque des foils avant.

    Bon courage,

    GG

  16. Justine et Pierre Hubert dit :

    Bonjour,

    Désolée de vous informer aussi tardivement de l’évolution de notre tipe. Nous avons donc testé la maquette en faisant varier les paramètres que vous nous aviez conseillés et heureuse surprise : le bateau a décollé pour certaines configurations. Voici donc nos observations :

    Test 1 : Foils en V
    -pas de décollage, pas de « plongée ».

    Test 2 : Foils : V+T, T avancé (au niveau des V) et en position haute (nous avons modifié la maquette pour pouvoir placer le T à deux hauteurs différentes)
    angle d’attaque : -7°
    -plongée

    Test 3 : Foils : V+T, T avancé et en position basse
    angle d’attaque :- 7°
    -plongée

    L’inclinaison négative du foil en T créé une poussée négative ? (angle du T : -7°)

    Test 4 : Foils : V+T, T reculé et en position basse
    angle d’attaque :+7°
    -Pas de décollage, légère plongée vers l’avant (l’avant pique du nez), léger soulèvement de l’arrière

    Test 5 : Foils : V+T, T reculé et en position basse
    angle d’attaque : (-4°)
    -pas de décollage

    Test 6 : Foils : V+T, T reculé et en position haute
    angle d’attaque :+7°
    -L’arrière se soulève

    Test 7 : Foils : V+T, T avancé et en position haute
    angle d’attaque :+7°
    Décollage !!!

    Test 8 : Foil : T seulement, avancé, position haute puis basse
    angle d’attaque :+7°

    Décollage encore plus important que lorsque les deux types de foils étaient présents. Le bateau s’élève jusqu’à ce que le foil atteigne la surface de l’eau puis retombe d’un coté ou de l’autre à cause de son instabilité.

    Test 9: Foil : T seul, reculé
    pas de décollage, le bateau pique du nez

    Avec ces observations, il semble donc que

    -les foils en V ne portent pas (ils sont surement mal profilés et ne créent donc aucune portance). Néanmoins, ils contribuent à la stabilisation du bateau lorsqu’il s’élève, même si en leur présence le décollage est moins important.

    -en incidence négative, le T créé une portance négative qui fait plonger le bateau.

    -le foil en T porte bien en incidence positive et même presque trop. Comme vous nous l’aviez fait remarquer, sa surface est peut être trop importante.

    -pour la position du T, en l’absence des V qui stabilisaient, il ne porte que lorsqu’il est en position avancée, au niveau du centre de gravité du bateau.

    Nous ne voyons pas de différence entre notre position haute et basse pour ces expériences.

    Nous avons commencé à pointer les vidéos exploitables pour mesurer la vitesse de décollage et la comparer avec notre vitesse théorique… nous obtenons un écart très important avec une vitesse expérimentale deux à trois fois plus grande que la vitesse théorique. Cependant, ces calculs ont été faits en comptant la portance des foils en V qui finalement semble nulle.

    Voila pour nos expériences. Merci pour vos conseils qui nous ont permis de faire décoller le bateau et d’en tirer quelques conclusions =)

    Justine

  17. camille Komorn dit :

    Bonjour, je suis en 2 éme année de prépa, et j’étudie l’influence de l’angle incidence d’un hydrofoil sur la stabilité d’un bateau. Il y a 2 ans j’ai réalisé un prototype d’AC 72 de 75 cm équipé de foils latéral L et de 2 safrans foils. Pour simplifier le problème je fait mon étude sans aile la propulsion du bateau est réalisé au moyen d’une perceuse qui permet d’enrouler un câble solidaire du bateau. J’ai implanter un rapporteur dans chaque coque pour connaitre exactement l’angle d’incidence des foils latéraux pour le moment je travail à incidence fixe au niveau des foils arrières. Je place sur le bateau un accéléromètre obtenu à partir d’une application sur mon téléphone, afin d’évaluer l’accélération et de l’étudié la stabilité.
    Pour le moment plusieurs problèmes se présentent à moi:
    Je n’arrive pas faire « voler » suffisamment longtemps et systématiquement le bateau : j’ai d’abord cru qu’il s’agissait d’un problème de poids dispositif de mesure: téléphone +boite étanche relativement lourd compte nu de la masse du bateau, mais même en retirant le dispositif ce n’était pas tés probant, j’ai également remarquer que le câble (fil en kevlar) avait tendance à traîner dans l’eau et que la majorité du temps de traction servait à le maintenir hors de l’eau et en tension, je me demande si au delà ce ces désagrément la vitesse de la perceuse n’est pas le problème, je pensais pour se faire augmenter le rayon de la bobine sur lequel s’enroule le câble.
    D’autre part avec le logiciel javafoil j’ai calculé les Cx, Cz, et autres paramètres en fonction de l’angle de d’incidence de mon profil pour à la fois trouver l’angle d’incidence qui me permettrais d’avoir les meilleures condition de vol, et d’autre part déterminer la vitesse de seuil de décollage en fonction de l’angle d’incidence et de voir si la puissance de la perceuse permet ou pas d’atteindre cette vitesse (afin je vais essayer j’ai pas encore détailler le résonnement )

    Mes questions son les suivants:
    -Pour obtenir la vitesse de seuil de décollage la surface immergée intervient, s’agit-il unique de la surface des foils ?
    -Je ne parvient pas à obtenir d’informations sur certains paramètres de javafoil et donc comprendre leur influence sur les calcul:
    T.U. , T.L. , charge initial (kg/m^2) , charge final (kg/m^2)
    -Es ce que l’incidence des foils arrières changerais quelque chose et comme l’inclure dans mon raisonnement ?

    Merci d’avance pour votre aide
    Camille

    • Bonjour Camille,

      Beau temps en Guadeloupe (sauf si homonymie) ?

      Difficile sans voir ton canot, son poids, la surface des foils, le profil… de te proposer des réponses.

      Déjà, je ne connais pas javafoil, donc je vais avoir du mal à te répondre, il n’y a pas des forums spécialisés sur ce logiciel ?

      En ce qui concerne la surface immergée, tout dépend ce qu’on étudie, si c’est la trainée, oui toute la surface est à prendre en compte, flotteurs, foils (partie portante et autres parties comme les parties verticales)…

      Si en terme de vitesse c’est celle nécessaire pour développer la force qui te permettra d’égaler le poids de ton bateau et de le faire décoller, alors pour moi, dans le calcul de la portance (qui tient compte bien entendu de la vitesse), seuls les parties portantes sont à prendre en compte.

      Peut être qu’il serait intéressant que tu réalises quelques approximations simples sans passer par javafoil à partir d’un logiciel comme Excel.
      Tu trouveras sur le blog suivant, le récap d’une méthode basique avec des exemples pour calculer la portance d’un foil.
      En mettant ces calculs simples dans un tableur tu vas déjà avoir une approximation de la force développée par chaque foils avec une autre méthode.
      Tu pourras aussi faire varier un paramètre et voir l’évolution, de la portance.

      Lien vers blog avec méthode simplifié de détermination de la portance :
      https://foiltpe2015.jimdo.com/les-foils/portance/

      Après, il faut déterminer la charge qui affecte chaque foil par rapport au centre de gravité. Ce peut être une approximation tout simplement en posant ton bateau sur une « règle » et en cherchant le point d’équilibre…..

      En ce qui concerne les foils arrière, le plus souvent, ils sont à incidence neutre et c’est l’inclinaison de la plateforme par le décollage du nez qui leur donne naturellement de l’angle et donc génère de la portance.
      Si tu mets de l’incidence à tes foils arrières, tu risques de faire décoller l’arrière avant l’avant et donc de faire un planté.
      Ce qui se fait sur certain bateaux qui peuvent gérer l’incidence du foile arrière, c’est plus de mettre une incidence négative qui va plaquer l’arrière et inciter l’avant à décoller puis après décollage on remet les foils à zéro.
      Donc je te conseil un angle neutre à l’arrière et de l’incidence à l’avant.
      Incidence à l’avant pas trop importante sous peine de faire surtout de la trainée ou de faie décrocher tes foils. Maxi 4/5° !?
      Cela dépend de tes profils, donc diffcile à dire…

      Autre élement à prendre en compte, l’incidence neutre de tes foils. L’incidence neutre ou Io est l’angle auquel le foil doit être placé pour ne pas générer de portance. Pour un plan symétrique (pelle de safran) c’est zéro. Mais pour un profil non symétrique, ce peut être -X°. il faut placer le plan en incidence négative pour que les forces développées par l’intrados et l’extrados s’annulent.
      Donc si tes foils de safran sont non symétriques, même sans incidence il vont développer une certaine portance.
      D’où l’intérêt de mettre de l’incidence à l’avant et pas à l’arrière, il faut que le foi avant décolle en premier (sur ce type de configuration).

      A la place de ton système de perceuse, tu peux peut être mettre directement un moteur à hélice aérienne un place ?
      Voir la maquette présentée en « bas » de l’article suivant :
      https://foils.wordpress.com/2012/11/06/et-maintenant-le-kit-foiler/
      En « naviguant seul », même avec un « fil à la patte », peut être que ce sera plus facile et plus régulier.
      En accrochant un capteur type « pèse valise » à ton canot en navigation, tu connaitras la poussée (ou là la traction).
      Avec un chrono, sa vitesse…
      Mais chaque chose en son temps !

      Bon, j’espère ne pas t’avoir encore plus encombré l’esprit !
      Je ne suis pas toujours dispo. pour répondre, j’espère que d’autres prendront le relai.

      Bon travail et à bientôt sur Foilers…
      Fred

      • camille Komorn dit :

        Merci Fred pour la rapidité de ta réponse
        Aux dernières nouvelles, il fessait beau en Guadeloupe car oui le canot d’on tu parle est celui de mon père sur lequel je naviguais seulement cela fait 1 ans et demi que je suis à Tours ( j’ai 2 hypothèses sur le fait que t’es connaissance de ce bateau en tant que Lorientais ne connaîtrais-tu pas Bertrand Delesne? ou ne serais- tu pas un ancien de voile-rc? )
        Sinon voila quelques précisions:
        le bateau a une masse de 614 g avec ces 4 foils, la surface des parties portantes des foils est de 5.92*10^-3m², les profils avant son pas vraiment des profil défini (réalisé dans une feuille d’aluminium de 2mm d’épais ) et ceux arrières sont des Naca 63-212

        Un angle de 4/5 sur les foils avant c’est ce que j’avais trouvé avec javafoil.

        J’ai définis le centre de gravité seulement je vois pas comment on définit la charge qui affecte chaque foil ?
        D’autre part je ne comprend pas trop la différence qu’il y a entre un Cp, Cz ?
        Je comprend pas trop comment fonction le capteur « pése valise  » dont tu parle ?

        Merci d’avance
        Camille

        Ps: j’aurais bien joint des photos mais je pense pas qu’on puisse vu qu’il s’agit d’un commentaire

Laisser un commentaire

Entrez vos coordonnées ci-dessous ou cliquez sur une icône pour vous connecter:

Logo WordPress.com

Vous commentez à l'aide de votre compte WordPress.com. Déconnexion / Changer )

Image Twitter

Vous commentez à l'aide de votre compte Twitter. Déconnexion / Changer )

Photo Facebook

Vous commentez à l'aide de votre compte Facebook. Déconnexion / Changer )

Photo Google+

Vous commentez à l'aide de votre compte Google+. Déconnexion / Changer )

Connexion à %s

%d blogueurs aiment cette page :