V-39 Albatross, nouveau projet mi avion, mi voilier

Xavier Labaume, a déniché au cours de ses promenades sur Internet un nouveau projet d’engin de vitesse. Nous avons échangé à son sujet puis avons décidé de vous faire part de nos observations :

Xavier pour la partie technique, puisqu’il maîtrise le milieu aéronautique. En effet, ce projet se rapproche grandement de ce domaine comme vous allez le découvrir ou le redécouvrir. L’engin, original à plus d’un titre, mérite bien d’être « disséqué ».

« Fred de Lo » en temps que vieux ringard des foils, pour la similitude de ce projet avec de précédents bateaux. L’occasion était trop belle de réaliser un petit flash back sur de précédents engins de vitesse.

V-39 Albatross – site Verney V 39 Albatross

Rapide présentation

V 39 Albatross est une sorte de prao atlantique (flotteur sous le vent) muni de deux ailes placées à 90° l’une de l’autre.  L’engin est basé sur l’utilisation d’un gréement rigide, de l’effet de sol, et de l’utilisation d’un foil en T (safran). Pour plus de détails, voir le très beau site du team mais surtout la partie développée par Xavier.

  • Longueur totale : 11, 9 m
  • Surface : 23.5 m² X 2
  • Masse totale avec pilote et ballast : 600 kg

V-39 Albatross – site Verney V 39 Albatross

A – « Techniquement parlant »

Par Xavier Labaume

Je ne parlerai que des points négatifs, car c’est toujours plus facile de critiquer. Et puis le site des constructeurs est là pour souligner les points positifs. Je peux donc paraître très négatif mais je trouve génial dans ce projet :

  • la partie aéro qui propulse sans couple chavirant, et qui assure la sustentation (pas de foil porteur)
  • bidromie (navigation sur les 2 amures)
  • une dérive à surface variable

De plus, le projet semble relativement solide, commencé lors de l’été 2008 et structuré depuis 2009, avec en ligne de mire le record en 2012.

Le dimensionnement

Les études RDM (résistance des matériaux, étudiée via simulation par éléments finis) apportent à première vue un certain crédit au projet. Mais sur les news publiées, il semble que ca soit un dimensionnement basique, en fonction seulement de l’effort en fonctionnement « normal » : par exemple pour la  voile, un simple effort de flexion dûe à la portance. Mais l’effort dimensionnant sera à coup sur la résistance au crash, pas l’effort en croisière. C’est donc un premier pas nécessaire et important, mais cela ne garantit pas que le bateau soit réellement dimensionné de manière adéquate.

Contrôle du tangage

La stabilité en tangage (pitch), telle qu’elle est expliquée, j’y crois peu. Leur solution miracle pour empêcher le tout de pivoter sous l’effet de la force aéro et du couple piqueur de l’aile, c’est de ballaster l’arrière. En aéro, on appelle ça « centrer arrière » et c’est catastrophique sur la stabilité (si c’était si simple, aucun avion n’aurait d’empennage!). Certes, le plan déporteur du safran joue un rôle important, mais il ne semble pas être piloté directement.

« When the hulls are flying, the V-39 achieves longitudinal stability from a nose up pitching moment gained by a relatively forward centre of lift from the wing in ground effect and a relatively aft centre of gravity. A degree of water ballast will be present in the stern of the main hull to maintain an aft CG. »

Ce qui, traduit sommairement, donne « Lorsque les coques sont en vol,  le V-39 est stable longitudinalement grâce à un couple cabreur relevant le nez, produit grâce au centre de poussée assez avancé de l’aile dans l’effet de sol, et au centre de gravité relativement à l’arrière. Une certaine quantité de ballasts liquides seront présents dans la poupe de la coque principale pour maintenir le CG sur l’arrière. »

Le couple piqueur d’un profil dépend beaucoup de la vitesse d’écoulement, et encore plus de son incidence. La vitesse d’écoulement va varier en fonction de la vitesse du bateau (une fois la coque sortie de l’eau, les foilers ont tendance à accélérer violemment) et des rafales (là aussi, une variation rapide). L’incidence est elle soumise à de rapides variations.

Par contre, un ballast est un dispositif variant plutôt lentement.

Tenter de réguler quelque chose variant rapidement à cause des éléments, par quelque chose variant lentement sur ordre d’un humain, va être un challenge pour le pilote.

Le décollage

La phase d’accélération (transition Archimède/vol) n’est pas du tout évoquée. Il me semble que toute forme d’assistance (un zodiac remorquant lors de l’accélération) est interdite par le WSSRC, bien que l’assistance au lancement (décoller l’aile d’un kiteboarder) soit permise. Partons donc sur l’hypothèse que ce bateau accélérera par ses propres moyens. De plus, ce bateau effectuant ses changements de bords en autonomie, il devra réaccélérer seul.

Je vais donc tenter d’imaginer ce que pourrait être la phase de transition.

Cela va être un énorme problème que de faire accélérer cette structure bien trainante (coque centrale, coqueron latéral trainant) sans pouvoir mettre la sauce (l’aile latérale n’a pas assez de vitesse pour créer suffisamment de portance et donc de couple de redressement). On pourrait aussi rajouter que l’aile latérale étant très proche de l’eau, le vent réel y est très faible (effet de gradiant), donc l’aile latérale ne devient efficace qu’une fois le vent relatif établi. Certes, le pilotage permet de différencier les coefficients de portance des deux ailes. Par exemple, un coeff plus élevé pour l’aile horizontale que pour l’aile verticale. Mais cela reste limité comme mode d’action à faible vitesse, et s’il y a trop de couple de chavirage, cela va faire plonger le coqueron latéral, qui va trainer plus. Cette trainée étant déportée, l’engin va vouloir abattre. Si cela se passe, les 2 ailes vont se faire prendre par derrière (si vous me passez l’expression) et le tout va faire un demi front flip massif (et là rien d’innovant, biens d’autres savent faire et question freestyle, j’ai un faible pour les backflip de Vestas Sailrocket).

Beaucoup de bateaux innovants, fonctionnant parfaitement en vol, ont achoppé sur cette phase de transition, la puissance nécessaire pour sortir la coque de l’eau étant supérieure à celle nécessaire une fois sur foils.

En aéronautique, une problématique y ressemblant est celle des ADAV (Avions à Décollage et Atterrissage Vertical, VTOL en anglais). 95% des prototypes ont été des échecs, plus de détails dans cet excellent dossier. La plupart de ces protos fonctionnent très bien en mode avion, très bien en mode hélicoptère, mais rencontrent de graves problèmes lors de la transition. C’est une phase difficilement appréhendable par calculs, où la chance et l’expérience deviennent prépondérantes. Lorsque l’on se rend compte dès la conception que la transition n’est pas évidente, c’est très mauvais signe.

Le profil de la dérive

Leur approche de la cavitation « on met un profil asymétrique et du coup plus de problèmes on reste subcavitant jusqu’a 65 nds » me semble simpliste. Ce ne sont pas les premiers à avoir des profils asymétriques : Sailrocket, Macquarie Innovation, les windsufer (lors des records), quasiment tous les monodromiques en ont (et même certains bidromiques tels l’hydroptère), pourtant ils ont tous plafonnés. Et ceci vers les 50 nds. Les plans horizontaux du Trifoiler (qui sont asymétriques) plafonnent même aux alentours de 43 noeuds. De là à croire que cette équipe va réussir 15 nds de plus là où toutes ont échouées ?

Y a t-il un pilote Jedi dans l’avion?

Leur mode d’accélération produit des résultats curieux lorsqu’on extrapole à haute vitesse. En effet, ils décrivent cela comme « plus on accélère, plus on élève le bateau et diminue la surface de dérive immergée, et cercle vertueux… ». Jusque là, ça va, mais que se passe-t-il à très haute vitesse ? Seule la pointe de la dérive subsiste dans l’eau. Ce fameux saumon d’aile, sur lequel se passent tous les phénomènes de vortex de bouts d’aile… L’allongement (rapport envergure immergée/corde) devient alors très faible, la finesse de leur bateau chute. De plus, ce vortex de bout d’aile se retrouve très proche de la surface. De là à imaginer des phénomènes de ventilation/cavitation ruinant les espoirs de se retrouver à 65 nds avec un profil subcavitant, il n’y a qu’un pas.

Enfin, le moindre clapot prend alors toute son importance. 5 cm de clapot sur un plan antidérive profond de 50 cm, c’est 10% de variation de portance (grosso modo).

5 cm de clapot sur une dérive profonde de 5 cm à 50 nds, c’est…un nuage d’échardes de carbone. Sans aller jusque là, si la dérive est immergée de 10 cm, la variation sera de plus de 50% (à cause des effets de bord).

L’hydroptère par exemple, garde lui en permanence une surface antidérive minimale dans l’eau, ses « winglets ». Avant ceux-ci, lorsque le bateau s’élevait trop, il partait subitement en glissades.

Le pilote va donc devoir réguler très précisément la hauteur de vol, avec un engin très instable en tangage…

Un des points sur lequel les concepteurs insistent est que le bateau sera pilotable sur les 3 axes, tout comme un avion. Oui, mais vous connaissez beaucoup d’avions qui font du rase-mottes a 50 cm au dessus de l’eau, de plus sans empennage?

La variation de portance des ailes

image issue du site officiel du V39

Leurs surfaces portantes pivotent autour d’un point situé à 22% de la corde. Pour réguler la portance, ils utilisent un «flap ». Je mets entre guillemets le flap, car un flap classique est censé augmenter la portance en augmentant la courbure du profil. Par exemple sur un avion, le volet d’atterrissage pivote vers le bas, l’aile adopte alors un profil très creux et très porteur. Ici c’est tout l’inverse : le volet se courbe dans l’autre sens ! Cela certes fait augmenter l’angle d’attaque du profil tout entier, mais au prix d’une courbure qui devient celle d’un profil « reflex ».  Ces profils ont toujours eu de très mauvaises performances (rapports portances/trainée désastreux).

Un bateau complexe

A vrai dire, je dois être un peu partisan et je vois mal l’avantage de ce projet par rapport à un bateau type Sailrocket. Avoir une seule aile inclinée me semble plus satisfaisant que deux ailes à 90°.

De toute manière, comme me le signalait Frédéric, « le défi actuel de la vitesse sur 500m n’est pas la partie aéro mais bien les foils sous-marins. Ce projet prend en compte l’importance des freins aérien ce qui est primordial aux vitesses visées. Mais cela devient secondaire ou presque tant que les problèmes hydro. ne sont pas résolus. Et la partie hydro. ne semble pas révolutionnaire dans ce projet… »

Je repasse la main à F. Monsonnec en le citant : « Faire simple si possible, la mer n’aime pas les usines à gaz ».

B – Un petit air de déjà vu !

Par Fred de Monsonnec

Vous l’avez compris, ce nouveau projet ambitieux n’est pas sans rappeler de précédents engins. Ce bateau « compile » l’utilisation d’un gréement rigide, l’aspect « réversible » bâbord / tribord des Fliptackers développés par le défunt Bernard Smith, la sustentation par hydrofoils, en rajoutant l’utilisation de l’effet de sol (ground effect).

1 – Gréement rigide

L’utilisation d’ailes rigides est un choix logique que d’autres ont déjà exploité. Pour ne parler que de ceux qui ont navigué : Force 8, Gama pacemaker, Edf Gdf – Défi, Kat 28 de Michel Henry, Objectif 100, Techniques avancées, The Swedish Speed Sailing Challenge, Yellow pages – Macquarie Innovation, Sailrocket, Wotrocket … Certains de ces engins, et sûrement d’autres que j’ai oubliés, ont utilisés ce type de gréement, le plus souvent en inclinant l’aile afin d’exploiter la composante verticale et soulager la partie immergée. Ce n’est pas le cas pour le V 39 Albatross dont l’aile motrice forme un angle d’environ 90° avec la surface.

Je ne sais pas qui le premier à imaginé remplacer les voiles souples par un gréement rigide. Ce que je sais, c’est que dans son livre publié en 1925 Manfred Curry (physicien & architecte alors âgé de 18 ans !), expliquait ,résultats d’essais à l’appui, l’intérêt de « caréner » un mat par un système de lattes recouvertes de toile. Plusieurs inventeurs ont ensuite réalisé des essais, le plus souvent positifs, mais la plupart du temps avec des ailes relativement simples sans la possibilité de modifier artificiellement la cambrure de l’aile (par l’utilisation de volets par exemple). Sur un dessin datant 1950, mais qui n’a peut être jamais dépassé le stade de croquis, la possibilité de déformer l’arrière du plan était présente. Ce qui est sur, c’est qu’en 1963, de jeunes ingénieurs en aéronautique anglais ont dessinés et réalisé un gréement rigide, équipé d’un volet de bord de fuite mais aussi d’un empennage permettant sa régulation (voir annexes). En 1974, Roy Martin (Aus), le concepteur de Miss Nylex (voir annexes), passe à la vitesse supérieure en réalisant un gréement entièrement rigide et équipé de plusieurs volets articulés (le bateau gagna la cup face à Miss New Zeland).

2 – Effet de sol

En plus de l’aile rigide, qui est presque incontournable sur un engin dédié spécialement à la vitesse et qui n’utilise pas un cerf volant (je ne parle pas de l’Hydroptère qui a un cahier des charges étendu), le V-39 Albatross mise donc sur l’effet de sol (voir site WIG). Cet effet est depuis longtemps utilisé pour la sustentation d’engins à moteurs, dont les plus connus sont les Ekranoplans. Plusieurs projets à voile ont déjà tentés d’utiliser l’effet de sol :

  • 1984 – Charles Heidsieck IV

Le grand trimaran Charles Heidsieck IV (voir Jeu 9), voulait, en plus d’exploiter l’utilisation de foils et de voiles épaisses (théoriquement réalisées par Zodiac), utiliser la surface imposante de son mono bras en forme d’aile pour générer un effet de sol (96 m²). Mais la distance mer/aile était sûrement trop importante, la surface de l’eau en haute mer était pour le moins agitée et la vitesse du bateau peut être insuffisante pour générer un effet de sol. Enfin et surtout, le bateau est sorti de chantier avec un poids bien supérieur à celui prévu.

Charles Heidsieck IV - photo F Monsonnec oct 85

  • 1986 – Projet CGA

La société Hughes Engeneering (Aus), plus connue pour la production d’avions (Howard Hughes fit voler le plus grand hydravion de l’histoire), a aussi étudié et réalisé une maquette au 1/10 d’un bateau équipé d’ailes orientables. Ce bateau, nommé CGA, devait être équipé d’un moteur mais devait aussi pouvoir se transformer en voilier  par la mise à la verticale d’une de ses ailes ! Le projet ne semble pas avoir dépassé le stade de la maquette.

Hughes Engeneering – Multicoque Magazine avril mai 2001

  • 1992 – Yellow Pages

C’est avec Yellow Pages que débute la saga des engins de vitesse réalisés par le sorcier australien Lindsay Cunningham (grand concepteur de classe C pour la Little América Cup). A partir de matériaux de récupération ou de matières premières « bon marché » (CP), Yellow Pages utilisait, dès 1992, l’effet de sol. Le bras sous le vent était fixé avec une incidence positive de manière à développer 30 à 40 kg de poussée. C’était toujours cela de gagné pour ne pas écraser le flotteur en tête. Il en sera de même ensuite sur Extrême 50 puis Macquarie Innovation développés suivant le même concept. Sur ces derniers, ce bras est équipé d’un volet afin de doser la puissance. L’effort développé serait sur « MI » de 90 kg (pour un engin de 198 kg !). Cette portance est utilisée en dessous de 40 nœuds, au dessus, le volet est moins cambré pour diminuer la trainée.

Yellow Pages Endeavour - Multicoque Magazine fév mars 1994

  • « One Oar in the Water »

Ce bateau dessiné par Greg Ketterman (Trifoiler) a été réalisé par Dave Culp en 1993 (D. Culp : président de la société Kite Ship, cet ingénieur est un des pionniers dans l’utilisation des Kites). Le flotteur de ce prao était situé à 7.3 m de la coque qui mesurait 6.7 m. La longueur totale était de 9.14 m (2.4 pour le palpeur). La voilure souple mesurait 15.8 m² et le safran aérien avait une surface de 3 m². Les ailes à effet de sol (sur le bras et le canard à l’avant de la coque centrale), mesuraient au totale 11.9 m² et avaient un profil symétrique. L’aile située sur le bras de liaison pivotait librement autour du bras et était piloté en incidence par le palpeur fixé en avant du flotteur. Bateau arrêté, son incidence était positive et pouvait passer en négative en cas de décollage trop important du flotteur. L’intérêt de ces ailes était de participer au décollage du bateau, mais aussi de libérer le pilote de la gestion de l’équilibre latéral. Le foil en L était disposé juste derrière le centre de gravité de la coque principale, mais au niveau du centre gravité du bateau complet lorsque le flotteur était décollé. A grande vitesse, le foil devait « porter » 98 à 100% du poids du bateau. C’est le canard situé à l’avant de la coque qui par son action devait faire décoller l’étrave et donc augmenter l’incidence du foil (fixé avec une très légère incidence positive). Le palpeur avant pilotait le canard qui lui-même, par l’intermédiaire de l’assiette de la coque, devait piloter le foil. Les avantages de cette configuration devaient être : de travailler avec un foil fixé directement à la coque (pas articulé comme sur le Trifoiler), de minimiser la ventilation (par rapport à un foil en V) en utilisatant un foil en L, une surface mouillée réduite au minimum (grâce entre autres à l’utilisation d’un safran aérien). Le bateau prévu pour peser 218 kg, pesait en réalité 252 kg. La première année, le bateau a navigué sans souci pendant environ 1h30 mais sans décoller. Le fait que ce soit un prao, ne facilitait pas son utilisation, bien que l’équipe arrivait à le faire naviguer sur les deux amures. D’après Dave Culp, le manque de temps et des problèmes de budget rendaient la mise au point de cet engin difficile. Je ne sais malheureusement pas ce qu’est devenu ce bateau par la suite.

« One Oar in the Water » via article du même nom par Dave Culp

  • 1998 – Projet Thémistocle

Gilles Durand, à qui on doit le Tripode O PAF, et ses collègues du CEA (Commissariat à l’Energie Atomique) ont étudié un engin nommé Thémistocle, bateau  équipé de foils dont le bras/aile jouait le rôle de surface portante. Cette très grande aile devait permettre de limiter l’utilisation des foils. Le bateau était doté d’un gréement biplan incliné et son poids devait être extrêmement faible. Ce projet resta malheureusement à l’état de maquette.

Thémistocle – Voiles & voiliers mars 1998

  • 1999 – Projets « Water resist »

Jean Margail, dessine et teste des projets de ce type depuis de longues années mais toujours, pour le moment, sur des maquettes. Son site « Water resist » mérite d’être visité. Voici un résumé de ses créations (informations tirées de son site) :

WRC2 (1999) était un catamaran à deux voiles rigides inclinables et muni d’une poutre de liaison profilée. En navigation la voile au vent devait être inclinée de 30° sous le vent par rapport à un axe vertical alors que la voile sous le vent était inclinée de 30° vers le haut par rapport à un axe horizontal. Grâce à la portance générée par la voile sous le vent et la poutre de liaison, WRC2 devait se sustenter. La stabilité en vol devait être assurée par un stabilisateur horizontal arrière permettant de garder immergée une partie des dérives et safrans.

WRC2 - site Water Resist de Jean Margail

WRT2 (2000-2001) bateau sur lequel Jean abandonne temporairement le concept du catamaran pour celui du trimaran muni d’ailes, d’un safran très long avec stabilisateur horizontal. Les premiers tests s’effectuent avec un moteur afin de mettre au point le centrage et les incidences des ailes et stabilisateurs. Suite aux essais avec moteur, il est apparu nécessaire d’utiliser des coques à redan.

WRT2 - site Water Resist de Jean Margail

WRE2 (2002) Afin de simplifier la problématique du concept, Jean Margail décide de construire un engin asymétrique, car à priori les problèmes sont divisés par deux et surtout on reste dans des poids raisonnables. WRE2 est un engin type prao muni d’une configuration d’ailes type tandem.  L’engin a prouvé que l’on pouvait décoller.

WRE2 - site Water Resist de Jean Margail


WRE25 (2010) Ce 4éme engin est en cours de construction. La coque centrale est équipée d’un redan pour planer rapidement et atteindre plus facilement la vitesse de décollage et la sortie de l’eau des flotteurs. Le gréement est constitué d’une « aile rigide automatique » pour obtenir une puissance constante et une facilité de réglage. L’effet de sol est prévu pour être positif sous le vent et négatif au vent, pour sortir de l’eau et assurer la stabilité latérale. Ce beau projet, réalisé avec des matières premières made in China (Jean y travaille !), sera terminé au printemps prochain….

WRE25 - site Water Resist de Jean Margail

  • 1999 – High tech Evolution

Ce projet managé par Ludovic Rey-Robert devait avoir une envergure de 17 m sur 16 m de long. Le poids visé était de 700 kg. Le bateau devait être réalisé par Thierry Petitjean en carbone haut module sur les plans de Gilles Vaton (voir Charles Heidsieck IV) avec la collaboration de Jacques Marcillat du CNRS et Franck de Rivoyre pour la partie aéro et hydrodynamique. Le site d’essai devait être la baie de Quiberon! L’objectif de ce projet était d’atteindre les 100 km/h à la voile (54 nœuds). En plus d’être soulevé hors de l’eau par l’intermédiaire de ses 3 foils (2 en V, 1 en T), le bras en forme d’aile devait, de par son profil, permettre d’alléger le poids du bateau. Le pilote (théoriquement Laurent Morelli), situé sur le petit flotteur au vent, devait faire office de lest mobile. Il devait s’occuper de la direction ainsi que de  l’assiette en agissant sur le foil en T inversé situé à l’arrière du long flotteur. Un régleur/équipier (il était prévu que ce soit Bernard Mallaret, un grand nom du tour de France à la Voile) était placé sous la chute de la voile. Le gréement était constitué d’un mât-aile asymétrique, prolongé d’une voile épaisse souple de 35m2, le tout s’inclinant au vent. La voile devait être gonflable. Le budget prévu pour la construction et la quête du record de vitesse était de 5 millions de francs. Il ne fut malheureusement jamais réalisé !

High Tech Evolution - Voiles & voiliers N°339 Mai 1999

  • 2003 – Sailrocket

On l’oublie peut être, mais Sailrocket fait partie des engins qui ont misé sur l’effet de sol. Lors de sa conception, le team déclarait que le poids de l’engin devait être supporté par la combinaison de la voile inclinée, des foils et de l’effet de sol fourni par la poutre. Je ne sais pas si l’équipe à vérifiée l’intérêt de ce paramètre sur les performances du bateau…

Sailrocket lors de sa mise à l'eau - via site Vestas Sailrocket

  • 2004 – Brevet US 6,691,632 B2

Vous avez peut être déjà vu au  cours de vos promenade sur la toile (avec vos 8 pattes velues, de fil en fil) des images du brevet US 6,691,632 B2 déposé par Mac Stevens en 2004 et intitulé « Sailing craft stable when airborne ». Il représente une sorte de catamaran aux flotteurs directionnels et au gréement rigide. Le projet comporte un empennage d’avion et ses bras sont carénés et équipés de volets de bord de fuite. Un des concepts développé dans ce projet est l’utilisation de l’effet de sol. Il projet n’est pas sans rappeler le Pterosaurs Nyctosaurs « oiseau » préhistorique équipé d’une étonnante aile verticale située au dessus de sa tête (OK, peut être après quelques verres alcoolisés). Ou comme me le faisait remarquer Xavier, a une navette de la classe Lambda (Star Wars).

Image extraite du brevet US 6,691,632 B2

3 – Une double aile en V, une idée déjà « en l’air »

En plus des projets ci-dessus, 5 engins ou projets à double aile en « V », qui se rapprochent du projet V-39 Albatross, ont été imagine voir ont vu le jour.

  • 1974 – Brevet Brevet US 3,800,724

Voici un engin, dessiné par Richard R Tracy, qui par son aspect est plus proche d’un planeur que d’un bateau. Par rapport aux engins suivants, qui changent d’amure par un basculement complet de l’engin, ce brevet prévoit un mouvement des ailes par rapport au corps de l’engin (ailes montées sur un axe en bas de chaque aile). Le brevet prévoit aussi l’utilisation de deux foils superposés, un petit à la base d’une jambe de force et un second plan porteur, de grande taille, en dessous de la « coque ».

Image extraite du brevet brevet US 3,800,724

  • 1976 – Brevet US 3,987,982

Imaginé par James L Amick en 1976, ce dessin est dérivé d’un précédent brevet du même auteur, le Wind launched sailplan 3, 899, 146. L’idée de ce dernier brevet était de permettre à un planeur de décoller sans source extérieure (voir annexes) ! L’énergie nécessaire à la prise de vitesse provenant de la force motrice procurée par l’aile au vent disposée presque verticalement ! Il est bien évident que le décollage de ce concept imposait une certaine force de vent et la possibilité de pouvoir rouler vent de travers… Un prototype basé sur le brevet US 3,987,982 (voir image ci-dessous), a été construit et testé en 1978. Pendant ce test remorqué, le bateau remontait au vent et semblait vouloir décoller. Une casse de la structure à empêcher l’équipe de poursuivre cette phase de tests et il ne semble pas que de nouveaux tests aient été réalisés… Le moins que l’on puisse dire, c’est que James L Amick était un inventeur puisqu’il a aussi travaillé sur des véhicules solaires. Pour revenir au Wind Power Flying Boat, il préfigure les engins suivants, même s’il est difficile d’être certain que leurs auteurs s’en sont inspirés.

Image extraite du brevet brevet US 3,987,982

  • 1991 – Projet Veliptère

Le projet Veliptère, très semblable au V-39 Albatross et surtout au brevet ci-dessus, est malheureusement resté au stade de maquette. Dessiné par les élèves de l’ ENSAE de Toulouse avec la participation du CERT de Toulouse, le bateau était prévu pour mesurer 12 m et avoir une envergure de 26 m ! Le bateau équipé de foils devait avoir une hauteur de vol d’1 m. D’après ses concepteurs, l’idée directrice était de « remplacer la stabilité hydrodynamique par de la stabilité aérodynamique  Le pilote pressenti était Florence Arthaud.»

Véliptère – Voiles & voiliers nov 91

  • 1998 – Butterfly

Les participants et spectateurs de la semaine de vitesse de Weymouth ont eus l’occasion d’observer Butterfly, prototype gréé de deux voiles de planche.  Même s’il n’a pas été capable de battre de records (sa réalisation ne le permettait pas), Butterfly a au moins « navigué » !

Butterfly via site Speedweek 98

  • 2001 – Zéro G

Zéro G a été conçu par la société Spirit Yacht qui a travaillée pendant un an à la conception de ce bateau. Ce travail a d’ailleurs reçu un prix pour son innovation technique (DTI Smart Award), ce qui a permis de construire l’engin. Mis à l’eau en aout 2001 à Levington (Suffolk UK) il mesurait 9.5 m de long pour 18.3 m de large et un poids théorique de 180 kg. D’après les informations en ma possession, l’engin à été testé lors de 3 sorties. Ces essais tractés avaient pour buts de vérifier le fonctionnement du système de régulation des foils, l’absence de cavitation et la résistance de la structure. Le premier jour les essais eurent lieu par vent médium et furent marqués par un début de décollage de la partie sous le vent grâce à l’effet de surface de l’aile. Mais l’aile propulsive était alors non active. L’équipe connut plusieurs casses du système de remorquage. Le second jour, toujours par vent médium et à une vitesse de remorquage de 14/15 nœuds, la coque centrale commença à vibrer. Peut être à cause de la liaison du foil principale avec la coque et les ailes. Le troisième jour, par vent de 15/20 nœuds, la coque commença à décoller aux alentours de 18 nœuds. Malheureusement, une vague latérale fit pivoter le bateau qui, comme un skieur nautique dans un virage, prit de la vitesse et dépassa le bateau remorqueur. Le bout de remorquage fut arraché, le bateau stoppa net et en retombant la fixation des ailes émit un craquement. Le bateau fut ramené au port et l’équipe décida de stopper les essais afin de résoudre les problèmes rencontrés. L’équipe semblait alors assez optimiste. Je ne sais malheureusement pas s’ils ont pu réparer et poursuivre leurs essais. Il semble que non.

Zero G – via site Spirit Yacht

Essais Zero G – via site Spirit Yacht

  • 2004 – Brevet US 6,779,473

Déposé par Douglas James Maconochie, ce brevet n’est pas sans rappeler Butterfly. Point un peu particulier, l’ensemble aile horizontale et « verticale » pivote autour d’un axe situé sur le flotteur pour régler la portance vélique de la partie motrice. A noter que dans le corps du brevet, des versions sur glace et sur le sable sont aussi représentées. Autre particularité, la possibilité de faire varie l’angle entre les deux mats supportant les voiles en navigation.

Image extraite du brevet brevet US 6,779,473

4 – L’homme aux commandes de la machine ?

Là certains se disent : « pourquoi, il pense qu’un singe ferait mieux ? ». Non, je me demande seulement s’il est vraiment envisageable de confier le traitement d’autant d’informations – direction, hauteur, propulsion – à un seul pilote !

Pour ne parler que de la hauteur de vol, il me semble difficilement possible à un être humain de traiter les informations relatives à la hauteur de vol et d’appliquer les réactions nécessaires à son maintient. Je pense qu’un homo sapiens ne dispose pas de la rapidité nécessaire pour réaliser ce type d’opération : détection, estimation, action! En tout cas, pas aux vitesses visées. L’ampleur de la modification ne correspondrait pas à ce qui est nécessaire ou l’ordre arriverait trop tard. Surtout si le pilote à déjà de quoi faire : gréement et direction. Je ne sais pas si la régulation de la hauteur de vol est seulement prévue pour être régulée par la portance des ailes aériennes ou si le pilote pourra aussi avoir une action sur l’incidence du plan porteur monté sur le safran… Quelque soit l’option choisie, j’ai des doutes sur la viabilité de ce contrôle manuel ! Comme je suis un piètre pilote, je dois avoir peur que quelqu’un puisse y arriver ! Bien entendu, un pilote d’avion arrive à gérer ce paramètre. Mais le fait-il a quelques dizaines de centimètres près et avec une surface « solide » sous la carlingue (l’eau c’est dur à + de 30 nœuds) ? N’oublions pas qu’une des obligations du V 39 A est de ne pas décoller trop haut sous peine de ne plus avoir le safran dans l’eau et ceci quelque soit le terrain de jeu (et il y aura un minimum de houle…). Par contre un élément peut permettre de faciliter ce pilotage, c’est la limitation naturelle de l’effet de sol (merci Jean Margail). En effet l’effet de sol ne s’applique que dans une enveloppe de vol restreinte (proportionnelle à la corde de l’aile). Donc l’altitude haute pourrait se régler automatiquement si l’engin décolle trop haut et sors de cette enveloppe : il redescendrait. Si la conception du V 39 A tient compte de ce paramètre et que le safran à toujours une surface efficace suffisante lorsque les ailes sont au maximum de leur hauteur de vol, le bateau pourrait ne pas connaître la mésaventure du décrochage du safran… Si le plan porteur du safran est prévu pour être piloté en incidence, j’ai encore plus de doutes sur la possibilité pour un être humain de s’acquitter de cette tache ! D’après moi, la seule voie de pilotage humain qui fonctionne c’est celle du foil directement relié au corps du pilote comme dans le cas d’une planche monofoil, du surf à foil ou de l’Air chair. Il y a bien des engins avec possibilité d’intervenir manuellement, mais le système est tout de même au départ mécanique…

Si vous doutez de la difficulté de piloter dans les 3 axes un engin à foils, je vous conseil cette vidéo présente sur Youtube, résultat du très intéressant travail réalisé par des étudiants Suisse 2009.

A moins de faire fausse route, la solution pour piloter un foil est donc : soit purement mécanique (systèmes de régulation mécanique), soit entièrement automatisée avec si besoin un pilotage humain mais qui ne fait que donner une consigne à une machine (hauteur + ou – importante). Mais, sommes-nous toujours dans le domaine de la voile pure si la régulation se fait par l’intermédiaire de capteurs ?

Une solution qu’aurait pu envisager l’équipe pour diminuer le travail de pilotage, est l’utilisation d’un réglage des ailes par des empennages, comme le char à voile Greenbird par exemple. Ou comme celui prévu par Jean Margail sur son engin n° 4. Il est vrai que ce type d’appendice sur 4 ailes aurait sûrement augmenté la trainé de l’engin et l’aurait rendu peut être plus fragile…

D’autres bateaux ont-ils déjà misés sur un pilotage aussi compliqué ?

Oui, entre autres Objectif 100 et WotRocket. Sur de nombreux engins, le pilote ne régule que la trajectoire (palonnier, barre…) et la voilure (écoute, wishbone…). Rares sont les engins ou le pilote doit aussi contrôler la hauteur de vol. Bien souvent, dans le cas d’un engin équipé de foils, soit le bateau est équipé de foils régulés, soit de foils ou la diminution de portance se fait par réduction de la surface. Dans le cas présent, le « surhomme » qui aura la lourde tache de piloter le V 39 Albatross devra tout faire.

  • Ce qui est prévu sur le V39 Albatross :

Un barreur / régleur d’aile en puissance vélique / régleur d’aile pour la hauteur de vol (et de foils ?)

La direction est prévue pour être pilotée aux pieds, grâce à un palonnier, un manche régulerait le roulis par un mouvement latéral droite/gauche et la hauteur de vol par un déplacement du manche d’avant en arrière.

Extrait de l’image « Controls » V39 Albatross via site Verney

  • Le pilotage de WotRocket :

Un barreur / régleur de voile + un régleur de foils

Les informations sur le pilotage de ce bateau ne sont pas légion. Le barreur et le régleur semblent tous deux équipés de volants type F1. Le premier système de réglage par câble a été remplacé par un système hydraulique en 2009. Ce système est d’après Sean Langman bien plus efficace et direct. Peut être qu’il permettra de mieux maîtriser les différentes parties mobiles. D’après certaines sources, le retournement de 2008 aurait été lié un souci de contrôle de l’aile. Mais des photos montrent aussi la coque centrale très cabrée, ou inversement qui enfourne : pilotage difficile des foils ?

Cockpit de WotRocket – photo Crosbie Lorimer

  • Le pilotage sur Objectif 100 :

Un barreur / régleur d’aile / régleur de foil

Le pilote était aidé dans sa mission par un ordinateur central (informations visibles sur un écran et collectées via différents capteurs). A l’aide de joysticks, sa main gauche devait piloter l’orientation des foils. La main droite régulait la vitesse par un mouvement avant/arrière (par l’intermédiaire du « cerveau central » qui pilotait l’aile) et la direction par un déplacement gauche/droite. La mise au point de cet ensemble d’éléments était complexe, ce qui a sûrement pesé très lourd dans le fait que ce projet n’a pas pu atteindre l’objectif visé : 100 km/h…

Cockpit Objectif 100 - Multicoque-Magazine-mai-juin-1988

  • Et sur Macquarie Innovation, qui est lui aussi un engin assez extrême ?

Simon Mc Keon pilote en direction avec un volant, Tim Daddo règle l’aile, le volet de bord de fuite de la poutre avant (effet de sol) et enfin l’inclinaison de 2 des 3 mini foils du flotteur arrière (à ne pas confondre avec les petits safrans sur le flotteur avant). Vous me direz donc : « ah mais alors ils régulent la hauteur de vol ! ». Pas vraiment, Macquarie n’est pas non plus un hydrofoil ou hydroptère dans le sens ou il ne décolle pas entièrement. L’arrière des flotteurs est toujours en contact avec la surface. De plus ce réglage ne se fait pas en « finesse » et l’inclinaison n’est pas l’incidence ! Au départ les mini foils sont verticaux, ensuite Tim Daddo règle l’inclinaison entre 12 et 15°. Par rapport à celle prévue sur V 39 Albatross, la charge de travail sur Macquarie pourrait être qualifiée de moins importante. Elle est pourtant dispatchée entre les deux pilotes. Et d’après les dires de cet équipage de choc (nombreux records et victoires dans la Little A Cup), il y a déjà du travail et du stress pendant les 19 secondes que dure un run…

Cockpit de Macquarie - photo Stan Blazejewski

C – Conclusions

Tout d’abord, vous vous en doutez, en cherchant, cette liste déjà assez longue pourrait encore s’allonger. Tout projet dont les bras ont été prévus pour être carénés sont susceptibles d’avoir misés sur l’effet de sol !

Comme ce petit récapitulatif le montre, les précédents essais d’engins basés sur l’effet de sol n’ont pas été spécialement positifs. De même, les engins prévus pour que la hauteur de vol soit pilotée manuellement, ont rencontrés des problèmes.

On ne peut souhaiter au projet V39 Albatross que plus de réussite. Même s’il est vrai que la complexité des options choisies risque de générer de nombreux soucis…

Mais quel plaisir de voir apparaître un nouveau venu dans la recherche de la vitesse à la voile. J’espère que l’équipe trouvera le nerf de la guerre (des euros ou des £) pour mener à bien la construction et les essais de ce bel oiseau. De plus, cet article peut sembler très critique sur certains points, mais peut-être (j’espère) que les concepteurs gardent quelques astuces cachées. Malheureuement, ils n’ont pas souhaités répondre aux quelques questions que nous leurs avions adressés.

Lors de mon premier article sur Foilers qui traitait du prao Edf Gdf – Défi et de sa similitude avec WotRocket, j’avais écrit (Fred de Lo) : « …une fois de plus, l’histoire se renouvelle. Et heureusement que quelques « allumés » ne s’arrêtent pas aux déconvenues rencontrées par les pionniers de la vitesse »… Cette phrase s’applique parfaitement au projet V 39 Albatross.

Annexes

Lors de nos recherches pour réaliser cet article, nous avons trouvé des éléments assez intéressants mais qui ne méritaient pas de surcharger un article déjà assez long. Vous trouverez donc ci-dessous des annexes qui méritent pour certaines le détour…

Verney V-39 Albatross Annexes XL – FM 20-09-10

Remerciement

Jean Margail

Sources

  • « One Oar in The Water »  – By Dave Culp – First appearing in AYRS #112, 1993
  • Brevet brevet US 3,987,982 – US 3,800,724 –  US 6,691,632 B2 – US 6,779,473
  • Site : Verney V 39 Albatross –  Vestas Sailrocket – Water Resist  – Macquarie Innovation – Wot Rocket – Spirit Yacht – Speedweek 98
  • Revues : Multicoque Magazine avril mai 2001- Multicoque Magazine fév mars 1994 – Multicoque-Magazine-mai-juin-1988 – Voiles & voiliers nov 91Voiles & voiliers Mai 1999

12 commentaires pour V-39 Albatross, nouveau projet mi avion, mi voilier

  1. Satya dit :

    Très bon cet article 2-en-1! Ca donne envie de vous rencontrer tous les deux pour approfondir tout ca…

  2. Sacré Fred:

    Lorsque j’ai vu le sujet, je me suis dit que Frédéric avait peut-être oublié 1 ou 2 projets et que je pourrais ainsi montrer l’étendue de mes archives.
    Et bien non, je crois qu’il les a tous cités (même Hight Tech Evolution et le Véliptère qui sont vraiment restés des projets sans suite je crois)

    Bravo, Fredo La Science !

    A part ça, comme Xavier, je suis assez circonspect par rapport à ce projet. Ça donne l’impression que l’équipe a une idée assez vague du milieu marin … et même aquatique.
    « Ouaite inde scie » comme disent les anglophones😉.

    à plus,

    GG

    • Merci GG !
      C’est vrai qu’il ne doit pas manquer beaucoup d’engins ou projets basés sur l’effet de sol ou avec gréement avec aile en V. Mais cela ne s’est pas fait en un jour. Nous bossons sur cet article depuis le mois de mai…
      Baiste rigards
      Fred

  3. pinkandy dit :

    curieux que le principe d e voilure de l’aéro skimer ne soit pas décrit dans les propulsions portantes ..
    http://www.sailtube.tv/news/aero-skimmer/1734/
    cet engin simplissime semble capable de belles performances non équipé de foils , qui s e met au travail avec des foils de type moth par exemple😉
    en bricolage de récupa partir d’un bon delta de derniere génération il doit y avoir du grain a moudre
    izintit?

  4. pinkandy dit :

    euh le lien a été enlevé par l’utilisateur ..
    mais la foto de mise sur site montre le gréément ..

    • Bonjour « Pinkandy » et merci pour ta visite et cette remarque.
      Je connais bien l’Aéroskimmer, toutefois, nous ne sommes dans ce cas pas dans l’effet de sol mais en effet de système « de portance ». L’effet de sol n’existe que pour une distance « sol » / aile équivalente 1.5 fois la corde de la voilure.
      J’ai des doutes sur l’exactitude de cette valeur (je n’ai pas les info. avec moi)!
      J’ai déjà présenté beaucoup de projets (trop ?) et j’ai donc souhaité rester dans ce cadre de l’effet de sol. C’est vrai que j’aurai pu mettre une petit paragraphe dans les annexes comme je l’ai fait pour ce type de gréement sur les PAV (Wind Weapon…).
      A bientôt sur Foilers !
      Fred

  5. maurice gahagnon dit :

    bonjour,
    durant les bases de vitesse de Brest, Gilles GOARIN a navigué plusieurs années sur un tornado équipé d’une aile rigide d’environ 6 à 8 m2 situé sur la coque sous le vent et cette aile était orientée par rapport au vent pour une allure bien précise .
    En cherchant un peu je pourrai peut être trouver quelques photos.

    maurice

  6. Benoit dit :

    En cherchant un peu, j’ai trouvé quelques photos:
    http://www.dcss.org/speedweek/aeroskimmer.html.

  7. xavierlabaume dit :

    il est temps d’aller faire un tour sur le site de verneyyachts, le v39 a « évolué » en v44 (on a échappé au V33…). au passage, cette dénomination singifie-t-elle que c’est la 44ème version envisagée?

    l’albatros y a notament gagné 2 ailes (et leurs surfaces de contrôle), 2 flotteurs, un gonz au vent,…

    je ne comprend pas le coup du « locking » des ailes lors des opérations de remorquage, intuitivement j’aurais plutôt laissé les ailes faire la girouette puisqu’elles en sont capables…

    C’est sûrement l’occasion pour un lecteur passioné de nous faire un point en détail que l’on publiera!

  8. I still find this so very hard to believe that this magnificent design can accomplish such a feat. It has to be due to the brillance of the people behind the project. Great Work.

    Richard Williams
    aka
    Corporal Willy

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 :