Question/réponse-6 : Part des écrêteurs dans le résultat de l’Hydroptère ? par Fred de Lo

A mon tour d’utiliser le format Question/réponse (QR1QR2QR3QR4QR5).

Et oui, une question me taraude depuis un petit moment :

Quelle est la part du système d’absorption des efforts de la jambe de force de l’Hydroptère dans ses résultats ?

Ecrêteur hydroptère position foil relevé, Lorient – photo FM 01-2002

Pourquoi ces questions ?

 

Ce qui m’amène à me poser ces questions peut se résumer ainsi : pendant des années, l’hydroptère avançait vite mais sans toutefois arriver au niveau des vitesses actuellement atteintes. Quel(s) élément(s) a(ont) permis ce bond en avant ? Les améliorations successives, la connaissance du vol, les écrêteurs, les nouveaux foils, la combinaison de ces éléments ? Il est certain qu’il a fallu la combinaison de ces éléments pour arriver aux derniers résultats obtenus (4 sept 2009 51.36 nds sur 500m et 8 nov 50.17 nds sur 1 mille). Chaque paramètre à sa part dans cette progression. Mais comme pour un Tétris (!), les briques sont de taillent différentes ? Les écrêteurs représentent-ils une bonne grosse brique qui a permis à l’Hydroptère de s’élever plus rapidement vers la réussite ? Cette question fait aussi suite à mes discussions avec Daniel Charles (voir entre autre Foilers Hydrofoils…).

Pour essayer d’y voir plus clair

La casse

Bien entendu, pendant des années, l’Hydroptère était victime de casses mais ce n’est pas cela qui limitait sa  vitesse. On peut me rétorquer que cela nuisait à la mise au point donc aux performances…

Le pilotage

Le pilotage est, je pense, maîtrisé depuis un moment. Même si dans ce domaine comme dans d’autres, on apprend tous les jours !

L’évolution de la bête

Depuis le début ou presque, la structure est presque inchangée.

Le gréement

Même si il a été amélioré (voir les très belles dernières voiles Incidence), il n’est pas « up to date ». C’est d’ailleurs, sauf erreur de ma part, avec le mât de rechange qu’il a battu les derniers records (très grande taille, prévu pour la haute mer).

Embarquement des mâts sur le Kochnev (départ pour le sud), voir différence de longueur – photo FM 04-2009

Les bras

Ils ont été de multiples fois changés. Ils restent, malgré la mise en place de carénages et toiles, aérodynamiquement moins performants que pourrait être un bras « ovoïde » ou en forme d’aile.

Bras cassés de l’Hydroptère, La Trinité/mer– Photo FM 08-2004

Bras arrière entoilés, Lorient – photo FM 07-2008

La coque centrale

Elle n’a pas évolué, au grand dam du team de l’Hydroptère.

Coque centrale Hydroptère, baptême Saint Nazaire – photo FM 07-2001

Les flotteurs

Ils ont été modifiés par deux fois, d’abord « assez long », ensuite raccourcis (et depuis récupérés pour le projet de trimaran solaire « Solar odyssey« ) et enfin changés pour une version à redans. Mais les flotteurs, comme la coque centrale et les bras, ne touchent pas l’eau à grande vitesse!

Les flotteurs à l’origine, BSM Lorient – photo FM 05-1995

Flotteurs après un peu de chirurgie, Paris – photo FM 12-1998

Résidus de chirurgie, La Trinité/mer – photo FM 08-2004

 

Flotteurs à redans de l’Hydroptère, La Trinité/mer – photo FM 11-2006

 

 

 

Anciens flotteurs de l'Hydroptère sur le tri "Solar Odyssey", Lorient - photo FM 04-2010

Les foils

Les foils ont été plusieurs fois changés et ont été réétudiés par l’EPFL. Il est indéniable que le travail réalisé  par les élèves ingénieurs Suisse compte pour beaucoup dans les vitesses obtenues. Reste à savoir quelle part représente ce travail dans l’évolution de la vitesse.

Un des jeux de foils cassé, La trinité Sur Mer – photo JF daron 10-2001

 

La mise en place des écrêteurs sur les contre-fiches

Avant leur mise en place, les foils transmettaient directement aux bras les efforts liés aux différences de portance (différence d’enfoncement, d’incidence…), via la jambe de force. Ce qui est sûrement l’origine d’une partie des casses connues avant la mise en place de ces « ressorts ». Mais, les écrêteurs fonctionnent-ils en permanence comme des amortisseurs ou seulement, comme cela est noté dans pas mal d’articles, arrivés à une contrainte limite ? Je ne doute pas qu’ils « déclenchent » pour une certaine force, mais cette force est elle atteinte en permanence lors des grandes vitesses ? Certains écrits précisent qu’ils travaillent à une pression de 150 bars, qu’ils sont alimentés en azote et amortissent jusqu’à 32 tonnes de pression. Lorsque j’ai visité l’Hydroptère en 2006, j’ai pu prendre la photo ci-dessous. A l’époque, je n’ai pas fait de « rapport de visite » (je ne contribuais pas à « Foilers ») et c’est bien dommage ! La courbe du haut représente la vitesse (très belle accélération de 15 à 43 noeuds en 11 secondes). Les courbes disposées en bas correspondent, peut être, à la pression dans les écrêteurs. Mais je n’irai pas mettre « mes winglets à couper ». Je peux me tromper, il s’agissait, peut être, des efforts mesurés sur des jauges de contraintes… Dommage de ne pas en être certain (c’est l’âge, mon pauvre monsieur), car si c’est bien l’évolution de la pression dans les écrêteurs, cela vérifierait assez bien le fait qu’il « régulent » en permanence.

Vue d’une des pages du logiciel embarqué, en haut vitesse, en bas… ? - photo FM 01-2002

C’est, pour moi, une sorte de régulation qui ne fonctionne pas sur l’incidence ou la portance comme ceux que j’ai pu décrire dans mes articles « Historique des systèmes mécaniques de régulation 1/3« , mais sur les efforts encaissés. Cette régulation/amortissement, qui doit légèrement jouer sur l’inclinaison des foils, permet-elle seulement de limiter les efforts sur la structure ? D’ailleurs, depuis la mise en place des écrêteurs, l’hydroptère n’a pas cassé (hormis lors de son chavirage). Ou bien son action a t’elle aussi une influence bénéfique sur l’écoulement sur les foils ?

« Conclusion »

J’en reviens donc à ma  question (après en avoir posé beaucoup d’autres !) :

Quelle est la part du système d’absorption des efforts de la jambe de force de l’Hydroptère sur ses résultats ? Enorme part, détail ?

Pour moi, les écrêteurs sont prépondérants dans les résultats de l’Hydroptère. Mais est-ce seulement au niveau des efforts…?

Qu’en pensez-vous !

24 commentaires pour Question/réponse-6 : Part des écrêteurs dans le résultat de l’Hydroptère ? par Fred de Lo

  1. Bonjour Fred,

    AMHA,ces systèmes écrêteurs ont une grande importance, surtout dans le cas de foils traversants et encore plus si ces foils sont effectivement hyperventilants dans leur partie supérieure.

    J’avais ainsi imaginé un système de tripode à patins planant (genre Macquarie ) avec des patins à suspensions et amortisseurs pour pouvoir passer un certain clapot. (mais je crois ne pas être le premier à y avoir pensé).

    Bon, en même temps, ça reste de ma part un « avis de bistrot ». Je n’ai même pas vu l’hydroptère naviguer en live …

    à bientôt et encore bravo pour l’animation de ce site,

    GG

  2. Merci Pipo le clown.
    Car c’est bien de clownerie que tu parles pour ce qui est de l’animation sur le site !

    Si je ne me trompe pas, ton idée de tripode, je m’étais amusé à le dessiner en perspective…?
    Si c’est ça, j’ai toujours le dessin.

    J’aimerai bien avoir l’occasion de discuter de l’effet des écrêteurs avec le team Hydroptère et s’ils pensent que c’est une « régulation ». Après, régulation de quoi ? Des efforts seulement…
    Fred

  3. Estelle dit :

    Bonjour à tous,

    juste pour vous annoncer que j’ai eu mon école à Brest, l’ENSIETA.😀

    Merci à tous et un grand ( énorme même ) merci à Fred pour toute l’aide qu’il m’a apportée.

    À la prochaine!!

    Estelle

  4. gurval dit :

    Bravo estelle.

    « Cette régulation/amortissement, qui doit légèrement jouer sur l’inclinaison des foils, permet-elle seulement de limiter les efforts sur la structure ».
    Moi aussi je me suis dit que l’axe autour duquel pivotent les foils n’est pas totalement parrallèle a l’avancemenet du bateau. Mais je me dit aussi que le simple amortissement des acoups suffit peut etre à faire toute la difference. Une ferrari vas vite parce qu’elle à un gros moteur, pas grâce à ces amortisseur mais ceux sont eux qui lui permettent de tenir la route jusqu’a cette vitesse.

  5. maurice gahagnon dit :

    bonjour,
    le problème de l’amortissement est crucial.
    Sur mon bateau, la portance est constance et est réglée par l’incidence du foil commandée par palpeur. La liaison du palpeur vers le foils est réalisée par un jonc en verre pultrudé de section variable qui filtre les informations envoyées au foil. toutes les vaguelettes inférieures à 30 cm n’influencent que très peu le foils.
    Par contre la houle à beaucoup d’importance sur le foils (> à 10 Hz).
    De plus l’ensemble palpeur/flotteur/foils est amorti par un vrai amortisseur.
    Sur l’hydrotère sans amortisseur la poussée est fonction de la surface mouillée du foil.Je pense que les petites vagues ne font pas varier beaucoup la poussée par contre les vagues plus importantes doivent générer des variations importantes. de plus ces vagues doivent faire pomper le bateau et il doit rapidement se retrouver déphasé par rapport à la houle.
    Comme je l’ai déjà raconté : quand une vague passe le bateau monte et quand elle est passée il redescend malheureusement çà ne dure pas longtemps et il se retrouve vite décalé avec tout ce que cela implique.
    L’amortisseur permet de limiter certainement les pics de poussée. Il est possible que lorsqu’il remonte l’incidence diminue. Je pense que l’amortissement permet à la plateforme de conserver une trajectoire plus droite(dans un plan vertical) et aussi de mieux coller la surface de l’eau.
    J’espère que j’ai été suffisamment claire !!

    Cordialement

  6. Merci Maurice pour ta réponse, très claire (et merci aussi à Gurval).
    Sur mon canot aussi, qui marche bien moins bien que le ou les tiens, j’ai un amortissement des mvt des palpeurs, c’est crucial sur ce type de configuration.
    Ta remarque sur la possible modification d’incidence des foils lorsque les « amortisseurs sont comprimés » rejoint celle de Gurval sur le possible décalage de l’axe des foils par rapport à celui du bateau. Je ne sais pas si c’est le cas… Je ne sais pas non plus qu’elle est l’amplitude de l’amortissement (quelques mm, cm ?), donc l’importance de la modification d’angle du foil par rapport à la verticale… A creuser. On peut lire beaucoup de choses sur l’Hydroptère mais ce genre de détails, niet (enfin jusqu’à présent et sur les documents que j’ai pu trouver)…

    Estelle, bravo, tu as eu ta note pour ton travail sur les foils ? Peut être auras-tu encore l’occasion de travailler sur les plans porteurs : tu nous tiens au courant ! Tu vas donc habiter chez ces fous de Bretons ! Quand tu passeras devant le Moulin Blanc (si tu ne connais pas encore, cela viendra !), pense à regarder si Maurice n’est pas en train de labourer la rade avec son nouveau proto (nouvelles images prochainement sur Foiler) !

  7. Estelle dit :

    Salut Fred,

    J’ai eu une note globale de 11 pour deux épreuves réunies. La première c’était une présentation d’un document sur les cellules photovoltaïques que j’ai pas du tout compris et la deuxième c’était la présentation de mon étude. Je pense qu’avec une note pareille j’ai du assurer un minimum ma présentation pour rattraper la 1ère épreuve. Franchement je ne sais pas ce que ça a donné ^^ »

    J’ai hâte de vivre avec ces fous de Bretons comme tu dis. Mais surtout je suis impatiente de pouvoir me remettre à la voile sérieusement et goûter au surf le we. Je pense que je ne vais pas tarder à faire un tour au Moulin Blanc pour admirer les belles bêtes qui doivent s’y trouver et peut être apercevoir Maurice.

    Bien sûr que je vous tiens au courant pour mes prochains travaux sur les plans porteurs! C’est pas quelque chose que je vais lâcher, loin de là!

    A bientôt

  8. xavierlabaume dit :

    bravo pour tes tipe.

    pour fred (et ceux que ca interesse😉 ), je viens de tomber sur un bout d’interview A.Thebault-T.Seray:

    « Quelles sont les conditions idéales pour le record ?
    28/32 nds de vent réel, 138/140° d’ouverture, et maxi 80 cm de clapot car déjà à ce niveau nos écrêteurs entrent en action. On a d’ailleurs durci les suspensions. Avant la limite était 30 tonnes de pression. Maintenant c’est au-delà. »

    C’est des ressorts à gaz, ils sont donc tares pour se declencher a une certaine force et sont rigides en deca.
    Ce qui moi m’interesserait aussi, c’est de connaitre les differences de raideurs et d’amortisssement à la montee comme a la descente. En effet, avec ces petites merveilles a gaz (qui sont une belle s***perie a regler), on peut choisir des coeff de raideur et d’amortissement differents selon la phase (montee/descente).

    Ce qui est le plus etonnant, c’est que j’en deduis que pour le record (- de 80cm de clapot), les ecreteurs ne sont pas DU TOUT entres en action!

    De prime abord, j’aurais repondu « part tres importante », mais si on prend cette info (ou desinformation? bluff?) au pied de la lettre, la part des ecreteurs dans le resultat (c’est bien ca la question non?) est ZERO!

  9. xavierlabaume dit :

    La part des ecreteurs est a mon avis importante a « faible » vitesse (30nds) dans une houle longue (dizaines de m de longueur d’onde).

    Par contre, on peut s’amuser a faire le calcul de la frequence que donne le passage a 50nds dans du clapot d’un demi-metre de longueur d’onde. ca fait a peu pres 50Hz.
    Le foil fait lui 6m de long et 200kg, ca doit faire une sacree inertie, a laquelle il faut rajouter quelques tonnes de bateau…
    Bref, grosse inertie et sollicitation de plusieures dizaines de Hz=meme si les ressorts sont souples, le foil a meme pas le temps de pivoter.

    pour faire une analogie, une suspension sert sur un 4×4 si vous roulez « lentement » (50km/h) sur terrain avec de grosses bosses/nids de poule.
    Si vous etes a 140 sur de la tole ondulee (rides regulieres de 5x5cm), les susp ne bougent plus et sont inutiles!

  10. Salut à tous,

    3 réactions aux messages de Xavier :

    1) »Avant la limite était 30 tonnes de pression. »
    Je veux bien qu’il s’agisse d’une « légère imprécision » du journaliste qui a transposé l’interview mais ce joyeux mélange d’unités ne fait pas sérieux.

    2)Juste une petite adresse ludique concernant les suspensions :
    http://www.sciences.univ-nantes.fr/physique/perso/gtulloue/Meca/Oscillateurs/suspension.html

    3)Effectivement, si les infos de l’interview sont vraies et qu’il s’agisse d’écrêteurs et non de suspensions, le système se comporte comme une suspension dont le « ressort » serait monté avec une grande pré-contrainte. Dans ce cas (comme il le disent) le système ne servirait qu’à éviter la casse lorsque la « force dynamique » (F= m x gamma) devient trop élevée.
    NOTA : il faut remarquer que la valeur de 30 tonnes (on supposera qu’il s’agit de 300 000 N) n’a pas de signification en elle même vu la géométrie de la fixation des foils (si le point d’application du « ressort » était très proche de l’articulation du foil, la valeur de 300 000 N serait ridiculement faible).

    à plus,

    GG

  11. xavierlabaume dit :

    1)Le « journaliste » est en fait le redacteur du blog « tendance bleue », je pense pas qu’il ait fiat d’imprecision. Je pense plutot que A.Thebault a un peu trop vulgarise.
    Pour les ressorts a gaz (RAG), on parle couramment de pression (en bar) pour evoquer leur precontrainte. Ceci vient du fait que les RAG sont constitues d’une chambre contenant un gaz (azote) sous pression. Tant que l’effort applique n’atteint pas la pression « chambre x surface chambre », le RAG est considere comme rigide.

    2) sympa, mais les resorts a gaz sont plus compliques : precontraintes en plus, et l’amortissement reglable differement a la montee ou a la descente.

    3)en simplifiant :le bateau fait 6t, le foil est à 45°. mettons qu’il y ait donc 90 000N sur la pointe du foil.
    la jambe de reprise d’effort est grosso modo située à 1/3 du foil, et perpendiculaire à celui-ci.
    on obtient 90 000×3=270 000 N sur la jambe de liaison.
    le chiffre de 300 000 en statique (et donc declenchement au-dessus, lors des surcharges dynamiques) ne me parait pas totalement a cote de la plaque.
    je me trompe ou?

    • Bonjour Xavier,

      Globalement, je suis d’accord avec toi. Pour les histoires de pressions et de force, je dois avouer que les confusions (même plus ou moins volontaires) dans les unités des grandeurs physiques, me hérissent un tantinet🙂

      En ce qui concerne les ressorts et amortisseurs, je pense que les éléments de réglages peuvent être aussi divers et compliqués avec des ressorts en acier et des amortisseurs hydrauliques(précontrainte pour les ressorts, amortissements différents à l’aller et au retour par des systèmes de clapets dans l’amortisseur … )

      Enfin pour le calcul de déclenchement des écrêteurs tu as magistralement confirmé ce que je voulais dire (et en plus, il semblerait qu’effectivement les résultats correspondent assez bien à la réalité)

      à plus,

      GG

  12. Vos réponses sont très intéressantes (mais qui en doutait ?).
    Est il possible de conclure que la part des écrêteurs sur la vitesse atteinte est faible et qu’ils évitent surtout la casse ?
    Merci aux différents intervenants dont Xavier la science et GG le sage !
    Fred de Lo

    • Bonjour Fred,

      Attends un peu … on va peut-être se battre avec Xavier. Qui sait de quoi nous allons nous traiter à la fin du fil …😉

      Quant à la conclusion, pour le moment il semble difficile d’en tirer une. Mais ça, c’est de ta faute ! Si tu avais fait une photo d’écran dans l’axe et avec un appareil photo un peu moins pourri que ton téléphone cellulaire … on en serait pas là🙂

      à plus,

      GG

      • GG, par téléphone cellulaire tu veux parler d’un portable je suppose ? Cellulaire, je crois que c’était le nom donné aux premiers téléphones portables au siècle dernier😉

        La photo a été prise avec un appareil numérique première génération et de faible définition : tout le monde n’habite pas dans le Bordelais…

        Fred

        • xav dit :

          cellulaire, c’est comme ca que disent les anglosaxons (cellular), c’est beaucoup plus adapte car ca decrit bien mieux le fonctionnement du telephone (qui communique par cellules) que « portable », car un peut tout en nimporte quoi peut etre portable.

          sinon, j’ai revu des videos de l’hydroptere, en se concentrant bien sur les jambes de force et les RAG, he ben…lors des runs sur du plat, je les ai jamais vu bouger…de là à dire qu’ils servent à rien…

          je pense que les amortos sont tres utiles sur des structures avec peu d’inerties (trifoiler/moto) mais nettement moins sur des gros nengins(hydropetere/camion); du moins tant que l’on reste sur du raisonnable (plan d’eau abrite/route)

          • Xav,

            Mais je sais bien que les anglosaxons utilisent cellular (et que portable ce peut être aussi un PC), mais il fallait que je titille GG !!
            Qui aime bien…

            Bravo pour la visualisation des mvt sur les vidéos. Tu as un lien pour voir si nous arrivons aussi à voir le mvt ?

            Fred

  13. xavierlabaume dit :

    pour moi, ce dispositif est une suspension, operant dans des houles longues et prononcees (haute mer a moyenne vitesse). des qu’une trop grosse vague fait drastiquement augmenter la surface immergee, la surcharge dynamique est dissipée (écrêtée).

    par contre, ce système entre peu en jeu lors d’un run de speed sur clapot court. l’inertie des foils (200kg, 6m) les empêche de pivoter.

    de meme qu’un 4×4 a beau posseder des supsensions tres souples, des lors que ses roues ont une certaine inertie, s’il passe a grande vitesse sur de la tôle ondulée, les susp ne bougeront pas d’un poil. Désolé de parler 4×4 ici, mais c’est le domaine d’application le plus parlant des suspensions non?

  14. clech dit :

    Pour ne pas casser dans les surcharges, il faut effectivement un fusible ou un amortisseur. Par définition, le fusible ne marche qu’une fois et il y a plusieurs vagues.
    Pour l’amortisseur : c’est l’histoire du chêne et du roseau.
    Pour obtenir cette fonction de suspension, j’aurais tendance à diminuer la raideur de la strcture. Pourquoi cette complication qu’un bras et un foil hyper rigide et un amortisseur entre les deux
    (à part l’avantage du réglage ?).

    La souplesse des mats (Finn, Laser) est importante et naturellement obtenue par leur finesse.

  15. Fred de Lo dit :

    Très intéressante remarque.
    Peut être qu’il est plus difficile de calculer et construire une structure solide, mais acceptant les déformations, plutôt qu’une structure rigide équipée d’un amortisseur, qui plus ait réglable ! ?
    Fred de Lo

  16. xavierlabaume dit :

    de plus, si les foils sont souples, on risque d’avoir des problemes d’aeroelasticite (enfin, hydroelasticite ici) non?
    du genre, quand le foil flechit, il vrille et donc modifie son incidence, ce qui modifie sa charge donc sa flexion, donc son vrillage etc… d’ou potentiellement des resonances destructrices, ou un probleme de controle.

  17. Sly dit :

    Bonjour, je vous signale une petite erreur dans l’article. Ce ne sont pas des « élèves ingénieurs suisses » qui on retravailler les foils, mais un jeune polytechnicien bien Français, Stéphane DYEN.

    • Bonjour Sly,
      Merci pour ta visite et pour cette information.
      Tu as bien fait, les commentaires sont là pour ça.
      Si je ne me trompe pas, Stéphane Dyen travaille ou travaillait à l’EPFL.
      Les foils ont donc bien été réétudiés par l’EPFL, mais pas seulement par les élèves ingénieurs Suisse. Stéphane Dyen à travaillé avec Davy Moyon et Mélanie Henry qui eux sont peut être Suisse ?
      A bientôt sur Foilers !
      Fred

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 :