Walkyrie

24 novembre 2010

J’ai découvert sur Internet ce « mignon » petit projet d’engin à hydrofoils réalisé avec les moyens du bord. Bien entendu, un engin de ce type ne battra aucun record de vitesse. Mais il me rappelle mon canot ! Un machin fait de bric et de broc dont la principale vacation est d’apprendre, de construire, de naviguer et si possible voler. Et c’est déjà pas mal !

Construction

Mais revenons à Walkyrie. Cory Lunn, le concepteur et constructeur de ce projet, travail sur ce bateau dans un endroit pas trop désagréable, puisque Cory habite aux Ilse Vierges ! Cory n’est pas à son coup d’essai. C’est un inventeur, touche à tout, qui a déjà conçu un foil perso pour Air Chair (ici aussi en vidéo) !

Cory - photo via blog de Cory Lunn

Cory n’a pas développé Walkyrie pour atteindre des vitesses très élevées. Son principal but est de permettre à deux équipiers de s’amuser confortablement au-dessus des vagues dans les eaux agitées des Caraïbes.

Walkyrie avec ses flotteurs latéraux – photo via blog de Cory Lunn

Ce bateau n’est pas sans rappeler plusieurs engins réalisés par Maurice Gahagnon, dont le dernier, que vous avez eu l’occasion d’admirer dans les Ptites News (N°8, N°11, N°14). Comme le dernier bateau de Maurice, mais avant lui différentes versions de Loisirs 3000 ou de Loisirs Nautic, Walkyrie utilise l’architecture canard. Le foil avant est remplacé par un flotteur qui doit supporter 20% de la masse de l’engin et de son équipage. Le foil arrière, équipé de volets, doit assurer les 80 % de portance restante. Le flotteur est une planche de surf modifiée. D’après Cory, elle doit permettre de suivre plus facilement l’état de la mer, en tout cas, mieux qu’un foil piloté par un trainard qui ne régulerait l’incidence qu’après le passage d’une vague.

Pour le gréement Cory pensait, dans un premier temps, utiliser celui d’un vieux Hobie 14. Mais suite à ses premiers essais remorqués, il a décidé d’opter pour une technique très utilisée dans les caraïbes : un bambou ! D’après Cory, c’est résistant, léger, bon marché. Le mât sera étayé par deux haubans et un étais. Il y aura un petit foc et une grand-voile de grande surface. Cory estime qu’avec un équipage de 300-400lb, il aura besoin d’environ 12 nœuds de vent pour décoller.

Le pilotage en direction est réalisé par un palonnier qui dirige la partie avant du bateau. La régulation des foils se fait, « comme dans un avion », par l’intermédiaire d’un double stick manche (un part occupant !) depuis le cockpit. En tirant le stick en arrière on augmente l’incidence. En poussant latéralement, on régule l’assiette.

Ce “contrôle actif”, va sûrement rendre le bateau instable. Cory conçoit que cela peu sembler étonnant, mais il fait le parallèle avec le pilotage d’une Bicyclette : « une fois que vous savez en faire, le pilotage devient intuitif ». Il pense que c’est la clé de la navigation avec ce type de bateau dans les vagues…

Essais

Plusieurs essais sans gréement (bateau remorqué) ont été réalisés avec une ou deux personnes à bord et avec ou sans les petits flotteurs latéraux.

Walkyrie essai de flotteur avant et avec deux personnes – photo via blog de Cory Lunn

Cory met régulièrement à jour une petite vidéo qui reprend les différentes étapes de son projet, construction et essais.

Je ne sais pas si le pilotage des foils en manuel est viable. J’avançai même le contraire dans l’article sur le V39 Albatross. Mais je précisais aussi que ce pilotage ne me paraissait pas fiable aux vitesses visées (haute). A basse vitesse, c’est autre chose… En 1979, Daniel Charles a dessiné et réalisé avec son frère, un très beau petit (voir mini) bateau, dont le pilotage était lui aussi entièrement manuel (assiette longitudinale et latérale). L’architecture de ce projet était en avance sur son temps, mais les matériaux de l’époque ne permettaient pas d’obtenir des foils suffisamment solides. Le projet a donc été temporairement « cryogénisé » en espérant des jours meilleurs. Jours qui, je l’espère, se rapprochent de nous (ou inversement, nous d’eux, que ceux qui comprennent lèvent la main !). J’espère que le projet de Cory démontrera qu’un pilotage manuel à basse et moyenne vitesse (voir haute !) est viable…

Pour plus d’informations et pour suivre l’évolution de ce projet, je vous conseille le Blog de Cory.

Remerciements

Cory Lunn


Vortex et écoulement

3 septembre 2010

Comment vider une bouteille d’eau?

Dans la lignée des articles « L’Hydrodynamique c’est fantastique ! », et « Plouf ou plop ? », qui amorçaient  une série sur des phénomènes d’hydrodynamique fondamentale,  je souhaiterai montrer cette expérience bien connue à propos des vortex.

Cette expérience, approfondie ici, et surtout , consiste à vider une bouteille d’eau grâce à la création d’un vortex et donc d’un écoulement air/eau continu, plus rapidement que par le mode classique intermittent.

Je pense que cela a sa place ici, car (comme les deux précédents articles) cela traite d’un phénomène biphasé (présence d’eau et d’air). Or, nos chers voiliers, et plus particulièrement les foils, ont la mauvaise manie d’évoluer à l’interface eau/air. Le passage d’un plan porteur dans un environnement mixte est un domaine plutôt peu étudié, il faut donc aller chercher l’info là où elle est…

De plus, les bouts d’aile, et plus généralement les obstacles, génèrent des vortex.

vortex de bout d'aile derrière un avion d'épandage agricole

coupes multiples d'une simulation numérique de l'A340

cavitation en vortex au bout d'une aile elliptique - http://caltechbook.library.caltech.edu/1/4/chap7.htm

Ce qui est intéressant dans l’expérience de la bouteille, c’est que le vortex n’est pas un frein. Au contraire, c’est un phénomène qui apparaît pour minimiser l’état d’énergie du système, et faciliter l’écoulement de l’eau. Dit autrement, le vortex augmente le rendement de cet écoulement.

Ce phénomène fait aussi écho à l’article « dispositifs anti ventilation ». Un vortex pourrait-il piéger en son sein l’écoulement d’air venant de la surface ? L’expérience de la bouteille montre clairement qu’il est plus facile pour l’air de passer par l’intérieur du vortex, plutôt que se propager de manière discontinue en grosses bulles. Or, sur un foil classique,  mon interprétation de certains problèmes de ventilation, c’est que c’est une poche d’air qui descend depuis la surface. Si cette poche rencontrait un vortex, peut-être y resterait-elle piégée, s’écoulant vers l’arrière? Cette poche d’air resterait piégée car l’intérieur du vortex est une zone de basses pressions, entourée de zones de haute pression. L’explication fonctionne aussi en reprenant l’approche énergétique énoncée plus haut.

Les turbulences, vortex et autres phénomènes non laminaires, ne sont pas toujours des ennemis à éliminer. Ce sont parfois de puissants alliés. Ce sont eux qui permettent aux avions à aile delta d’atterrir si « lentement » (et donc au Rafale de ne pas rater le porte-avions). Ce sont aussi eux qui, provoqués par les plans canards, permettent de réinjecter de l’énergie dans la couche limite, et de retarder le décrochage. Ce sont eux qui, provoqués par un fil tendu devant le bord d’attaque, permettent aux ailes de certains petits planeurs radiocommandés d’être en permanence en régime non laminaire (leur petite taille, donc leur faible nombre de Reynolds, ne leur permettant pas ce régime). Cela permettrait, sur le papier, de bonnes aptitudes à voler lentement avec un faible taux de chute (et donc traquer les petites ascendances). Bref, je milite pour le retour en bonnes grâces de ces phénomènes et contre le dogme du « laminaire à tout prix ».

Quelqu’un de plus « terre-à-terre » que les marins pourrait souligner que ce phénomène peut être très utile pour le « binge dinking » !

Pour terminer, cette page qui compile de très belle petites vidéos de vortex (et aussi l’expérience de la bouteille)

Ne ratez l’Etna faisant des ronds de fumées et le plongeur jouant avec les ronds de bulle (ça j’y ai passé des heures, mais dans jamais atteindre son niveau !)

Une dernière vidéo, pour se rendre compte de l’énergie que peut contenir le phénomène des ronds de fumée.


La ventilation : Un peu d’air dans ce monde de fluide !

10 juillet 2010

Cet article n’est pas la présentation d’une nouveauté ni un exposé de mécanique des fluides mais plutôt une simple proposition. On sait tous que dès qu’un foil cavite il perd énormément de sa portance et augmente d’autant sa trainé. NB : cliquez sur l’image (gif animé) et faite retour pour revenir à l’article.

Aujourd’hui, ceux qui arrivent à domestiquer la cavitation ne le font qu’à la condition d’une provocation plus que musclée (Shkval) ou d’une expérience millimétrée de laboratoire. Dans la vraie vie les choses sont bien plus instables, comme me le faisait remarquer notre cher docteur : « la variation de vitesse d’un navire est le véritable nœud du problème ». Je vous propose une sorte de pirouette intellectuelle :  Considérons un foil traversant comme ceux de l’Hydroptère qu’on laisserait ventiler et plus encore, dont on provoquerait la ventilation. Ceci permet alors de focaliser la réflexion sur l’intrados de l’aile puisque l’extrados ne fais plus que «coincer la bulle». Par contre il faut trouver une manière de garder une portance correcte, puisque l’aile n’a alors que celle créée par la surpression sur l’intrados. L’avantage de cette galipette est de pouvoir considérer l’aile comme une simple surface planante. Oui mais sur quoi plane t-elle me direz-vous? Sur une surface artificielle, vous répondrai-je. Lorsque le bord d’attaque coupe l’eau, il crée une surface artificielle sur laquelle plane l’aile. Mais cette surface ne réagit pas exactement comme « la surface de l’eau ». Elle est « contrainte » par ce qui l’entoure soit de l’eau et non de l’air. Je m’explique : lorsque vous naviguez vous pouvez facilement vous rendre compte des surpressions grâce à la vague d’étrave.

Modèle de vague sur destroyer - source : http://www.cyberiad.net/

C’est simplement parce que lorsque l’eau est compressée elle se soulève au dessus de la surface comme une feuille de papier posée sur une table qu’on viendrait plier sur elle même.

Schéma « compression de l’eau » - G. Lego 07/2010

La surface artificielle ne peut pas faire ça, donc la pression ne peut pas s’évacuer aussi facilement. Remplacer une aile et son profil très étudié par une simple surface planante c’est des coups à se casser la gueule, dirais un vieux grincheux réactionnaire passé à droite en 1971 après s’être fait plaquer par la belle Monique alors trésorière des jeunesses gauchiste ardéchoise… Pardon je m’égare. Pourtant les grosses têtes de la NASA font bien voler des avions hypersonique par la simple magie de la surpression sur l’intrados de ces ailes volantes. Et la chose semble même être faite pour nous, car ils appellent ça des « waveriders » malgré qu’ils évoluent dans l’air. Mais à ces vitesses l’air devient très dur, presque aussi dur que l’eau à une centaine de Km/h.

Compression de l’air sur un « waveriders » - source : http://www.accrodavion.be

Vue du prototype d'avion hypersonique X-43A de la NASA - source : http://www.accrodavion.be

Des engins qui planent sur l’onde qu’ils se sont eux même créé…Tiens donc !?

Alors quel profil, quel allongement, ou courbure utiliser ? En gros, ça ressemblerait à quoi ? Et bien voici ma proposition :

  • Un profil composé d’un BA tranchant, d’une cambrure en S et un extrados très tendu juste pour minimiser la trainée à basse vitesse.

Profils avec cambrure en S - G. Lego 07/2010

  • Une forme à très forte corde qui favorise au maximum la surpression sur l’intrados et des oreilles pour la garder, un peu comme ça :

Forme à forte corde et avec oreilles - source : http://www.accrodavion.be

Prototype de bombardier très supersonique XB70 - source : http://www.accrodavion.be

Alors que pensez-vous de cette proposition ?

Qui osera faire un essai ?

Photo Guilain Grenier site l’Hydroptère

Mais peut être que certain soit déjà en train de une solution du même type ! Vous vous rappelez du « bec » sur le BA  de l’hydroptère qui avait été rendu plus visible lors de son chavirage ? Notez les ombres sans relief sur la partie basse du foil tribord. Il semblerait que se soit une partie quasiment plate ainsi que ce bord d’attaque tranchant…

Par Gurval LEGO 07/2010

Dessin rajouté le 22/07

Proposition d'application - G Lego 07-2010



Rétrospective « Foilers! »…

12 août 2009

Petit temps cet été, l’engin de vitesse « Foilers ! » avance à 2 noeuds, ses foils accrochent les algues et les méduses qui traînent à la surface ! Beaucoup de lecteurs sont en vacances les doigts de pieds en éventail, les auteurs le sont aussi ou ils sont surchargés de travail. Enfin, dernier point, l’actualité est « pauvre »…

Pourquoi ne pas en profiter pour fouiller dans les étagères de « Foilers ! » ? Au 3ème étage, nous allons peut être tomber sur un ancien article, qui comme un vieux bouquin, mérite d’être relu ? Je propose donc aux irréductibles lecteurs de « Foilers ! », à ceux qui travaillent encore ou à nouveau, aux égarés de la toile, de faire un petit retour en arrière sur les articles de ce blog. Peut être que vous êtes passé à côté d’une perle (!), peut être aurez-vous de nouvelles remarques à faire… C’est aussi un excellent moyen de mettre en avant le formidable travail réalisé par le Dr Goulu depuis juin 2006.

Pour ceux qui ont du mal à rechercher un article dans « les nuages  de mots clés », voici aussi une sorte de sommaire non exhaustif.

Bonne lecture ou re lecture, à bientôt pour des articles inédits…

NB : lorsqu’un sujet comporte plusieurs articles, ceux-ci ont été classés du plus ancien au plus récent

1 – Technique

2 – Engins ou familles d’engins

18 pieds à foils

Alinghy V

Banque Populaire

Blue Arrow

Calliope

Cayak à foils

Dared

Défi

Enya 3

Force 8

Happy Feet

Kite

Kite Boat Speed

L’Hydroptère

MacQuarie Innovation

Maquette à foils d’Eric Tabarly

Mini foiler et Mini foiler 3X

Mirabaud LX

Moth à foils

Objectif 100

Off Yer Rocker

O Paf

P.A.V.

SailRocket

Scat

Surf à foils

Swedish Speed-Sailing

Sylphe

Syz & Co

Techniques Avancées

Tétrafoiler

Trifoiler

Véliplanes

Windrider Rave

Wotrocket.com


Hydroptère et recherche

28 mars 2009

Retrouvé cette petite vidéo réalisée par l’EPFL en 2008 sur les recherches liées à l’Hydroptère :

Les images en tunnel de cavitation sont spectaculaires, et rares. J’aime aussi bien le système de mesure du niveau de l’eau sur le foil (on pouvait vraiment pas faire plus simple ?)

A noter que l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne a d’autres partenariat de ce type avec Alinghi et Solar Impulse notamment


La technique de l’Hydroptère

10 mars 2008

Viens de trouver un site un peu ancien (2002) consacré à des Travaux Pratiques Longue Durée sur « La technique de l’Hydroptère » par 9 élèves ingénieurs en 2ème année d’Hydraulique et de Mécanique des Fluides à l’ENSEEIHT (Toulouse) encadrés par deux professeurs.

Les sujets abordés sont nombreux :

  • principe des hydrofoils et historique
  • choix des profils : NACA 0015 et EPPLER 817
  • réalisation d’une petite maquette « 2D » pour test de profils de foils
  • mesure de portance et trainée
  • simulations numériques avec Fluent et Xfoil
  • présentation très complète de la cavitation, avec nombreuses vidéos dont une rare de supercavitation (source inconnue):
     

    (regardez bien le profil horizontal : plat dessus, concave en dessous, rien à voir avec un profil « aérodynamique » classique…)

Le travail est d’excellente qualité et donne une très bonne vision globale de la problématique. Le seul reproche que je ferai est que les simulations et tests concernent des vitesses trop basses (10 m/s, 20 noeuds …) par rapport aux challenges actuels.


Underwater Express

17 janvier 2008

Nos amis états-uniens ont quelques caractéristiques bien connues:

  • ils n’aiment pas être en retard sur qui que ce soit dans le monde
  • ils voient grand
  • leur recherche scientifique est largement financée par le budget militaire.

Combinez tout ça et vous obtenez le projet « Underwater Express ». Pour reprendre les points un par un:


simulation de manoeuvre de torpille à supercavitation

simulation de l’injection de gaz (bleu foncé) pour remplir la poche de cavitation (cyan). Voir la photo du nez du Shqval pour la source d’inspiration…
intéressante simulation de la cavitation sur un cylindre, montrant que ce phénomène peut osciller