Annonce LSA 2017 & les foils au Nautic 2016

7 décembre 2016

1 – La semaine affoilante 2017

Mercredi 07 décembre au  Nautic de Paris l’ENVSN, qui organise La semaine affoilante en partenariat avec le Team LSA, a dévoilée la date de la future édition de cet évènement unique en France.

LSA 2017 se tiendra du 5 au 9 avril 2017 en baie de Quiberon.

Le programme détaillé de ces cinq journées consacrées au foil sera prochainement dévoilé. Le rendez-vous des aficionados des engins volants promet une nouvelle fois d’être riche en innovation, en navigations et en échanges. Tant pour les professionnels que pour les amateurs, la Semaine Affoilante sera l’occasion d’échanger autour d’une pratique en plein essor et de découvrir le foil sous toutes les coutures. Ainsi, comme l’année passée, Eurolarge organisera son Foil Racing Forum avec des intervenants venus d’horizons variés. Sous la forme d’un salon, les constructeurs nationaux et internationaux présenteront leurs nouveautés et proposeront au public des essais au départ de l’ENVSN. Avec un challenge sportif et des runs de vitesse, le programme en mer promet d’être riche en émotions. Tous les coureurs possédant des engins à foil (catamaran, kite, planche à voile…) sont bien évidemment conviés à venir se mesurer aux meilleurs de la discipline et à profiter de ce moment convivial où sportivité, interaction et plaisir seront les maîtres-mots.

Rendez-vous dès maintenant sur les pages Facebook La semaine affoilante et Foil Generation ENVSN pour connaître tous les temps forts de cette nouvelle édition. Rejoignez-nous nombreux et participez à un évènement incontournable à l’École Nationale de Voile et des Sports Nautiques !

2 – Les foils au Nautic 2016

Chaque année, ou presque, il revient le petit récap. foilesque de la grande messe de Paris. Même si je trouve que d’année en année, la messe devient une « simple célébration », moins de fidèles… (c’est tristounet) ! Mais pas mal de foils sur ce salon, déjà dés l’entrée sur le parvis le ton était donné puisque vous étiez accueilli par le « Foiler HY X » (NB : un foiler ne décolle pas, un hydrofoil oui…). Je vous propose 3 « Coups de cœur », des projets que je trouve intéressant de part leur approche ou l’accessibilité des équipes qui étaient là pour faire découvrir leurs engins, leur passion… Je suis peut être passé à coté d’un plan porteur (kitefoil, SUP, Foilboard) n’hésitez pas à compléter ce récap.

HY X

J’avais rapidement évoqué ce bateau dans la Ptites News 35, on ne pouvait pas le louper l’ensemble des visiteurs devant passer devant l’HY X.

HY X de nuit – F Monsonnec 12-2106

HY X de nuit – F Monsonnec 12-2106

Foil avant HY X – F Monsonnec 12-2106

Foil avant HY X – F Monsonnec 12-2106

IFly 15

Coup de cœur

J’avais échangé avec Mickael Miller avant La semaine affoilante 2016, l’équipe avait fait tout son possible pour être présente mais sans succès, ce n’est que partie remise pour l’édition 2017.

IFly 15 – F Monsonnec 12-2106

IFly 15 – F Monsonnec 12-2106

L’IFly15 est un beau bateau au concept proche de celui du Stunt (présenté au Nautic en 2014) mais en plus poussé en termes de conception et de réalisation. Une équipe charmante, accueillante, disponible. Je retiens de très intéressantes discussions avec Gilbert Saint-Blancat et Martin Turbill (Taaroa). Gilbert Saint Blancat est ingénieur en mécanique, concepteur des foils de Kitefoil Taaroa. Dans les années 80 il a participé à la conception des foils du trimaran Royale, du mat aile à balestron d’Elf Aquitaine II, du superbe et géant mat ail de Royale II et a beaucoup d’autres projets passionnants.

Gilbert Saint-Blancat et Martin Turbil (foils Taaroa) - F Monsonnec – 12-2016

Gilbert Saint-Blancat et Martin Turbil (foils Taaroa) – F Monsonnec – 12-2016

Au milieu des coques en carbone, j’ai été intrigué par la platine de réglage qui permet de modifier manuellement l’incidence du foil par la simple rotation d’une vis sans fin. Ce réglage permet d’ajuster les foils pour les grosses modifications comme l’embarquement d’un second équipier ou un changement de conditions météo (petit temps…).

Platine de réglage du IFly 15 – F Monsonnec 12-2016

Platine de réglage du IFly 15 – F Monsonnec 12-2016

SUP à foils Rods

Coup de cœur

Rods exposait sur le stand « Bassin Nautique Loire Océan » ses kitefoils 100% made in France mais aussi un SUP à double foil conçu avec Phil Roulin de Perspective Yacht Design sans oublier Sisco Composites qui les a réalisés et le shaper « Dominique » de BS Composites.

Le Kitefoil Rods et le SUP à foils – F Monsonnec 16-2106

Le Kitefoil Rods et le SUP à foils – F Monsonnec 16-2106

Une nouvelle fois, un super accueil de Robert Dulong et de son équipe (ce qui n’est pas le cas sur tous les stands, un salon ne serait il pas l’endroit pour présenter ses produits ?  J’ai un doute…). Ici la page Facebook.

Phil Roulin, Dominique de BS Composites et Robert Dulong – Nautic 2016 photo DR

Phil Roulin, Dominique de BS Composites et Robert Dulong – Nautic 2016 photo DR

Bamboo boat

Coup de cœur

J’en avais parlé dans la Ptite News 38, ce beau projet est exposé au Nautic. Le moth à foil Bamboo boat a belle allure, un design intéressant, mélange de vélo en bamboo et de la structure de Mirabaud LX. A suivre

Bamboo boat – F Monsonnec 12-2016

Bamboo boat – F Monsonnec 12-2016

Flying Phantom Essentiel

Sur ce Flying Phantom Essentiel, les foils en L ont fait place à des foils présentés comme en S sur le site mais qui sont, pour moi, des C assez ouverts (le winglet qui formerait une partie du S étant plus que réduit). Cette configuration de foils se rapproche du config. en V donc plus facilement « autorégulée ».

Flying Phantom Essentiel – F Monsonnec 12-2016

Flying Phantom Essentiel – F Monsonnec 12-2016

Des ajustements du gréement, les ailes de rappel… rendent ce nouveau bateau sûrement un peu plus accessible. Les foils en T, dont l’assemblage du plan porteur était fragile, ont été remplacés par les foils en L qui sont sans aucun doute plus facile à réaliser.

Safran-foil en L FP essentiel – F Monsonnec 12-2016

Safran-foil en L FP essentiel – F Monsonnec 12-2016

Whisper

Lui aussi était déjà présent au Nautic 2014, et aussi à La semaine affoilante 2016, on pouvait admirer les belles formes du Whisper à ce Nautic.

Whisper au Nautic – F Monsonnec 12-2016

Whisper au Nautic – F Monsonnec 12-2016

Easy to fly

Easy to fly, une grosse bête volante sur ce salon puisque le gréement n’a pas pu être mis en place. Il dispose de foils en S  avec réglage de l’incidence et de la profondeur.

Easy to Fly – F Monsonnec 12-2016

Easy to Fly – F Monsonnec 12-2016

Foil en S de l’Easy to Fly – F Monsonnec 12-2016

Foil en S de l’Easy to Fly – F Monsonnec 12-2016

Foil Gitana

Le team Gitana exposait un foil du 60 pieds Imoca, un très grosse pièce de carbone. Un foil déjà exposé au départ du Vendée Globe.

Foil du Gitana 60’ – F Monsonnec 12-2016

Foil du Gitana 60’ – F Monsonnec 12-2016

Tip du foil du Gitana 60’ – F Monsonnec 12-2016

Tip du foil du Gitana 60’ – F Monsonnec 12-2016

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Question/réponse 6 : Possible modélisation de la ventilation

7 septembre 2016

Par Robinson Bassy et Grégoire Archambeaud

schema-ventilation-foil-en-v-f-monsonnec-02-2016

Nous sommes deux étudiants en deuxième année de prépa scientifique (option PC). Nous réalisons un TIPE autour de la problématique suivante : Comment améliorer les performances d’un bateau à foil en limitant le phénomène de ventilation grâce à des fences ?.

Notre démarche scientifique serait la suivante

1) Modéliser informatiquement deux profils de foils, un avec fences et l’autre sans et modéliser leur performances grâce à Héliciel par exemple.

2) Imprimer ces profils par imprimante 3D

3) Les tester en canal hydraulique, pour essayer de mettre en évidence l’apport des fences point de vue ventilation, notamment par rapport à la vitesse d’apparition de la bulle d’air, qui devrait être plus élevée pour le foil avec fences. Il semble difficile d’installer des capteurs de force en canal hydraulique et donc de tracer deux courbes de finesse, donc l’expérience risque d’être simplement basée sur cette vitesse d’apparition. Notre but est de valider (ou pas) la modélisation théorique informatique.

Nous nous inspirons grandement de cette vidéo :

Les problèmes que nous rencontrons sont les suivants

  • Nous n’arrivons pas à savoir si des logiciels tels que Héliciel prennent en compte le phénomène de ventilation, et s’ils peuvent comme nous l’espérons nous fournir à l’avance une vitesse d’apparition du phénomène ou au moins son impact sur la portance. Il faut bien sûr que nous en soyons sûrs avant de demander à nos profs d’acheter le logiciel en question. Qu’en pensez-vous ?
  • Nous n’avons quasiment aucune info sur la faisabilité de nos expériences en canal hydraulique. En effet, nous ne savons pas à quelle vitesse va apparaître le phénomène et donc si le canal que nous comptons utiliser (celui de l’Ecole Centrale de Lyon) pourra atteindre des vitesses suffisantes. Avant de continuer notre projet, il nous faut donc impérativement savoir si dans l’idée notre expérience est « plausible » et réalisable avec un foil « imprimé » peu résistant. Auriez-vous connaissance d’éléments théoriques simples, d’une modélisation nous permettant d’approximer cette vitesse ?
  • Nous n’arrivons pas à déterminer de manière certaine si le phénomène sera plus intéressant à observer sur un foil en V ou un en T, même si nous penchons fortement pour le foil en V, car la surface d’apparition de la bulle serait plus grande. Qu’en pensez-vous ?

D’avance merci pour vos conseils !

« Complément d’info. et nouvelles questions » 15/11/16

Il y a quelques jours nous avons effectué nos premiers tests en canal hydraulique, avec un foil en V, à peu près à 45° (angle diédral) et une vitesse d’écoulement de 1m/s. Nous avons, pour un certain angle d’incidence, observé clairement la création d’une bulle d’air le long du profil (nous pouvions presque glisser notre doigt sans être mouillé jusqu’à une profondeur importante). Pourtant nous n’arrivons pas à savoir si la bulle d’air est de la ventilation ou simplement un effet du décrochage. En effet, elle se crée à un angle d’incidence important et l’eau semble « sauter » au dessus de la paroi au lieu de s’y coller. De plus, les forces exercées par le foil semblent changer brusquement d’orientation à ce moment précis, comme lors du décrochage. Il s’avère donc que nous avons un crucial problème d’interprétation : peut-on parler de « ventilation dûe au décrochage » ? Le décrochage est-il induit et/ou aggravé par la ventilation ou est-ce l’inverse ?

Il semble en effet important de savoir si il faut distinguer ce type de ventilation d’une ventilation naturelle, apparaissant sans décrochage simplement à cause d’une dépression suffisante sur l’extrados. C’est dans tout les cas une piste intéressante pour nous d’étudier le lien entre les deux phénomènes.

Merci pour votre aide

Robinson Bassy et Grégoire Archambeaud

Tests en canal hydraulique - Robinson Bassy et Grégoire Archambeaud 11-2016

Tests en canal hydraulique – Robinson Bassy et Grégoire Archambeaud 11-2016

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NY – Les sables, « good vibes » ?

17 juin 2016

Par Olivier Verschoore

Vibrations et confort

Que faire au Sables d’Olonne une semaine pluvieuse du mois de juin… accueillir les Imoca à foil ou à dérives de la première New York – Vendée évidemment !

Où est passée la foule immense des Vendée Globe ? Pour l’arrivée de cette nouvelle course il n’y a presque personne. Là où, dans 5 mois, 1 million de passionnés se presseront et jouerons des coudes pour avoir un autographe, la semaine dernière on pouvait tranquillement promener son Bouvier Bernois sur le ponton, discuter avec les équipes et les skippers, prendre son temps. Les enfants ont eu leur photo souvenir, un skipper serait même descendu pour donner une caresse au chien entre deux interviews.  Et c’est tout ? Ca dépend, si le badaud se trouve être un lecteur assidu de Foilers !, qu’il rêve d’avoir son Williwaw pour foiler tranquillement au milieu des océans, non ce n’est pas tout : on a pu « parler foil ».

Maitre coq avec Jérémy Beyou, Gitana 15 avec Sebastien Josse, Hugo Boss avec Alex Thomson, le podium de cette transat et monopolisé par les Imoca à foils.

Jérémy Beyou le vainqueur, avec une traversée en 9 jours et 17h, a fait adapter son bateau pour y loger des foils dernièrement. Il explique que sans les foils le bateau est lourdaud. Avec les foils le bateau devient très réactif. Il explique que lorsque le bateau commence à s’arracher à l’eau, l’accélération est franche, il devient même émouvant en répétant en boucle « ça accélère, ça accélère, on ne sait pas quand ça va s’arrêter ». Par contre les décélérations sont aussi brutales que les accélérations sont franches, avec une coque planante sans redans je dirais : « normal ». Les foils de Maitre coq sont équipés d’un aileron perpendiculaire à l’intrado au niveau de sa partie la plus courbe. Je ne me l’explique pas.

Sébastien Josse développe plus les aspects stabilité, confort et sécurité.

Les Imoca ne volent pas encore complètement. Ils sont soulevés un peu en avant du centre de gravité et l’arrière du bateau est au planning. C’est une configuration stable qui ne nécessite pas de modification de safran. Avec un plan porteur horizontal intégré le comportement de ce dernier en cas de choc serait modifié, on aurait alors peut-être à nouveau des cas de perte de safran.

Le problème dans cette configuration c’est le manque total de confort. Le bateau est soulevé sur l’avant et le clapot rencontre la carène sur une zone pratiquement plate optimisée pour le planning sans foil. Pas de V profond pour fendre l’eau, chaque vaguelette vient claquer sur la peau de carbone du tambour Imoca.

Pour achever le marin, les foils transmettent des vibrations très aiguës dans la caisse de résonance qui sert d’abri au marin. Morgan Lagravière sur Safran s’est particulièrement plaint de ce bruit qui rend fou. Tous les skippers portent des casques antibruit pour supporter ce sifflement.

Pour la sécurité, Sébastien pragmatique explique que les foils ont la même surface frontale projetée que les dérives. Le risque de collision est donc identique. Safran de Morgan Lagravière et Virbac St Michel de JP Dick ont explosé leurs foils, Tanguy Delamotte a fendu une dérive. Ce risque est donc similaire… à la vitesse prés : un choc à 15 nœuds ou à 25 nœuds en termes d’énergie à dissiper c’est pratiquement un rapport de 1 à 3. Le carbone n’ayant pas bâti sa réputation sur la résistance au choc, il se solde immanquablement par une amputation à la jointure.

Chirurgie suite à l’amputation sur Safran - photo O. Verschoore 06/2016

Chirurgie suite à l’amputation sur Safran – photo O. Verschoore 06/2016

Chirurgie suite à l’amputation sur Safran - photo O. Verschoore 06/2016

Chirurgie suite à l’amputation sur Safran – photo O. Verschoore 06/2016

Réparation à la truelle sur Virbac - photo O. Verschoore 06/2016

Réparation à la truelle sur Virbac – photo O. Verschoore 06/2016

 

Réparation à la truelle sur Virbac - photo O. Verschoore 06/2016

Réparation à la truelle sur Virbac – photo O. Verschoore 06/2016

Les foils de gitana ont un profil à peu près constant jusqu’à la courbure max du foil (pour pouvoir coulisser dans le puit) puis la corde devient franchement plus importante et s’affine régulièrement jusqu’au bout de foil.

Info Gitana : Le mod 70 qu’ils ont fait voler en mars est vendu afin de pouvoir faire un projet maxi « a foil ».

Alex Thomson sur Hugo Boss a fait un début de course sur les chapeaux de foils raflant le record de distance sur 24h. Malgré 4 chocs, avec probablement des poissons lune, pas d’avarie visible. Flegmatique et sympathique Sir Thomson tout sourire est juste content de ses foils ! Son bateau dont le triangle avant est batmaniesque a des foils avec de fines fences en carbone collées sur les deux tiers avant du profil. Ces dernières empêchent probablement de rentrer complètement le foil dans son puit. L’extrémité du foil est coupée net ce qui permet de bien voir le profil choisi. Des marques sur le foil sont visibles depuis le cockpit pour mesurer son immersion, l’extrémité n’est pas traitée car elle est sensée toujours être émergée.

Hugo Boss - photo O. Verschoore 06/2016

Hugo Boss – photo O. Verschoore 06/2016

Hugo Boss - photo O. Verschoore 06/2016

Hugo Boss – photo O. Verschoore 06/2016

Ces marins, et la moitié de la flotte Imoca, partiront dans 5 mois avec leurs foils de record de vitesse et de torture.

Comment faire pour diminuer ces contraintes ?

Sébastien explique clairement que « l’architecture des bateaux va changer : ils seront plus étroit et rond », le tambour de carbone devrait donc devenir de l’histoire ancienne dès qu’un architecte osera revoir en profondeur la carène. De même source aujourd’hui c’est l’équipe d’Alex qui est allée le plus loin dans le concept, son bateau est plus étroit alors que la largeur sur les Imoca est gage de puissance. La décision tardive de Jérémy lui aura été profitable, son bateau est « d’ancienne génération », il a donc pu conserver des ballasts plus volumineux que les nouveaux bateaux. Avec l’adjonction d’un foil qui déplace sensiblement la poussée verticale habituellement assurée par la carène : le couple de redressement augmente, la puissance potentielle augmente.

Que faire pour les vibrations et les sifflements des foils? Cette question je ne l’ai malheureusement pas posé aux principaux concernés. Votre apprenti reporter n’a pas de carte de presse et parfois la timidité prend le pas sur l’opportunisme. Je vais donc répondre avec mes moyens et les informations trouvées sur le net.

J’aurai bien aimé que tout ce boucan soit dû à la cavitation. Les bateaux ont fait la traversé en 9 jours, pas en 4 jours, même à 25 nœuds difficile de penser qu’il s’agisse de cavitation. Donc la cavitation en Imoca ça viendra mais pour nos new-yorkais il s’agit d’autre chose.

Ce bruit les adeptes de catamaran type F18 le connaissent. Etudiant je l’adorait. Il voulait dire : Oliv tu fonces, ton bateau te remercie en chantant. Pas sûr que j’apprécierai cette chanson 24h/24 pendant 3 mois. Les surfeurs connaissent aussi ce sifflement. Ils le suppriment en ponçant le bord de fuite.

Ce bruit serait dû à l’instabilité du vortex sur le bord de fuite. Alternant rapidement de l’extrado à l’intrado ce dernier fait osciller la dérive ou le foil comme vous pouvez le voir sur cette vidéo.

Comme toute structure le foil possède une fréquence propre, si l’oscillation s’en approche la résonance augmente considérablement l’amplitude. Si cette fréquence propre se situe dans l’audible le concert peut commencer. Sur la vidéo le bord de fuite est biseauté de manière asymétrique pour réduire les vibrations.

Il s’agit probablement de la cause racine de ce bruit.

Le fait d’avoir des foils courbés ou en L avec des profils évolutifs risque de ne pas simplifier l’éradication de la cause racine, on peut donc vouloir aller plus loin en limitant la propagation de la vibration dans le foil et vers la cabine. Pour cela il faut appliquer la méthode masse/élastique : faire un foil et un puit avec des matériaux lourd et isoler le puit du reste du bateau avec un matériau élastique : un silent block.

Enfin pour les fans de technologie la vibration pouvant être captée en amont, un haut-parleur peut être actionné pour diffuser l’onde inverse du son du foil et réduire ce bruit. Je ne suis pas fan mais ce n’est pas de la science-fiction, ça se fait dans divers secteurs de l’industrie et dans les casques d’aviateur haut de gamme.

L’intérieur de la cabine peut pour finir être équipée de surfaces absorbantes, les boites a œufs des salles de répet de notre adolescence, les tentures de châteaux ou les sifflets des chambres anéchoïques par exemple.

Cependant traiter le problème a sa source reste la meilleure solution car les vibrations ne fatiguent pas que les marins, elles fatiguent aussi les matériaux.

Que faire pour les chocs ?

Il y a 20 ans avec l’essor des NGV on parlait de sonar capable de détecter les obstacles proche de la surface vers l’avant du navire. On a aussi parlé de caméra thermique. Je n’en entends plus parler. Le moyen de détection du moment s’appelle REPCET. Il est spécialisé dans la détection de cétacés et fonctionne un peu comme coyote avec les flashes routiers. Un marin qui voit une baleine transmet sa position et le logiciel diffuse cette position aux autres bateaux avec une zone de probabilité qui s’élargie avec le temps. Si son utilisation est adaptée pour inclure les objets flottants dans la base de données en tenant compte des courants et que son utilisation est généralisée ça pourrait bien marcher.

Toujours en F18 lorsque les grosses méduses envahissaient le pertuis proche de La Rochelle le blocage bille ressort était efficace pour les chocs sur les safrans, pour les chocs avec les dérives en général l’équipier au trapèze allait embrasser violemment le mat. La hantise de la ventilation sur les dérives a poussé à les encastrer dans la carène. Il est peut-être temps de modifier la liaison de ces appendices afin de les protéger comme les safrans avec une liaison pivot et un indexage bille-ressort. Ça va faire un peu péniche hollandaise mais si ces solutions peuvent économiser du carbone et épargner Flipper le dauphin ça mérite d’être essayé. Evidemment la rotation interdirait les foils en L, J, C,H etc.

Le risque de choc et les moyens de s’en prémunir a été traité de manière plus complète dans l’article « Les obstacles » il y a 6 ans (Par Xavier Labaume).

Conclusion

La roue pour permettre des déplacements tout terrain, rapides et confortables a dû être équilibré, équipée de pneumatique et de suspension. Le foil hauturier a également besoin de périphériques pour en tirer le meilleur. Sur un tour du monde, le navire qui gagnera ne sera pas forcément celui ayant trouvé la géométrie avec la meilleure hydrodynamique mais celui pouvant garantir cette utilisation en continue pendant 1874 heures.

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L’alphabet du foil

26 octobre 2014

16/04/2015

You want to find a good translation (translated with the help of Nicholas Waller at www.centpourcentanglais.com)? It’s on the excellent blog Proa file, follow the link: The Foil Alphabet.

Ouvrez vos cahiers, je ne veux plus rien entendre. Répétez après moi : C, E, J, L, O, S, T, U, V, Y (Z ?) sont les différents types de foils qui existent actuellement. C’est bien !

En effet, depuis l’article, « Foil en V, foil en T », de nouvelles lettres sont apparues ou se sont généralisées. Il est temps de refaire un point sur l’alphabet foilesque ! Surtout que nous ne sommes pas à l’abri de voir apparaitre de nouvelles formes. Car, oui, après un siècle d’évolution, nous sommes bien dans l’air du foil… Vous là bas au fond de la classe, vous voulez voler plus tard ?

Bon, pour déconner, je joue au professeur mais je n’en suis pas un et mon « cours » ci-dessous mérite sûrement d’être corrigé, donc, commentaires bienvenus.

Pour chaque type de foil, vous retrouverez :

  • Un petit historique
  • Quelques exemples d’engins équipés du type du foil présenté. Ceci pour chaque grande famille, les foilers et multicoques à foils d’appoint ainsi que les hydrofoils (voir rappel des définitions sur la page « Définitions » de ce blog).
  • Un schéma. J’ai essayé de représenter les forces générées : portance et force antidérive. Ceci en fonction de leur champ d’application le plus logique (foiler ou hydrofoil). Pour les foilers, en position basse et rétractée (si rétraction possible), pour les hydrofoils, en mode archimédien et en vol.
  • Des tentatives d’explications du fonctionnement pour la portance et pour l’effet antidérive
  • Une liste d’avantages et d’inconvénients

Il est impossible de balayer l’ensemble des architectures et des utilisations possibles. Si bien que la liste des avantages et inconvénients de chaque type de foil proposé est obligatoirement non exhaustif : c’est ainsi !

1 – Foil en E !

Historique

Le foil en E n’est qu’une pure invention de ma part : il s’agit du foil en échelle. Il fallait bien que j’arrive à trouver l’équivalent de chaque type de foil dans l’alphabet latin. Le « E » peu découler de la première lettre du mot « échelle » ou correspondre aux différentes barres du « E » majuscule. Elles ne sont pas sans rappeler les différents étages des plans porteurs en échelle. La seconde explication semble mieux tenir la route, que dis-je, le run. En effet « E comme Echelle » cela ne fonctionne pas en anglais, pas plus qu’en italien…

Il semble que les premiers à avoir dessiné et testé des foils en échelle soient les frères Meacham. En 1897, ils testent un modèle équipé de cinq surfaces portantes. Dans leur brevet déposé en 1910, le plan porteur en T régulé, la partie mobile est surmontée d’un second plan non régulé. Il s’agit donc d’un foil en échelle.

Sur les foilers et multicoques à foils d’appoint

Ces foils n’ont pas été prévus pour ce type d’engins qui ont vu le jour après les hydrofoils. Surtout les architectures développées ensuite se sont révélées plus performantes pour ce type de bateaux.

Sur les hydrofoils

Au 19 et 20ème siècles, cette solution était une réponse à la difficulté de réaliser de longs plans porteurs de fort allongement et faible épaisseur.

Enrico Forlanini 1906, Crocco et Ricaldoni 1907, Peter C. Hewitt 1907, A. G. Bell et Casey Baldwin… Williwaw, aujourd’hui P28 Gonet & Cie.

L'alphabet du foil - foils en E Hydrofoil - F Monsonnec 08-2014

Portance

Les premiers modèles avaient des plans porteurs disposés en parallèle horizontalement. Ensuite des prototypes ont été équipés de parties portantes inclinées. Dans un cas comme dans l’autre, la portance est fonction de la hauteur de vol. En échelle avec des plans horizontaux, la courbe de portance est en escalier avec des niveaux. Ce n’est pas le cas avec des plans inclinés.

Surface antidérive

Sur les foils en échelle horizontaux comme inclinés, la surface antidérive est fonction de la hauteur de vol et de la complexité de la structure.

Avantages

  • Bonne solidité liée au fait d’utiliser de petites longueurs et de réaliser une sorte de maillage.
  • Effet plaque qui évite les vortex de bout d’aile, qui est la partie positive du fait d’avoir des nœuds de jonction !

Inconvénients

  • Nombreux nœuds de jonction donc trainée importante
  • Difficultés de positionnement parfait des différents plans
  • Plus forts risques de trainer des algues ou résidus

2 – Foil en V

Utilisé sur les foilers et hydrofoils il s’agit de simples plans porteurs rectilignes inclinés le plus souvent à 45°. L’incidence est rarement variable, la portance est fonction de la surface immergée. Le V étant en fait la combinaison des deux foils. Variantes possibles, le foil peut être vrillé pour avoir une incidence variable en fonction de l’enfoncement. On peut aussi intégrer un volet de bord de fuite (Cote d’Or, Syz & Co…). Le premier concepteur de voilier volant à avoir utilisé cette configuration semble être Robert Row Gilruth, le père du premier voilier volant grandeur nature.

Sur les foilers et multicoques à foils d’appoint

La portance des foils est inférieure au déplacement de l’engin, de ce fait les plans porteurs restent la majorité du temps immergés.

Trimama, Paul Ricard, Ker Cadelac 2

Sur les hydrofoils

La diminution de la surface mouillée diminue la portance, ce type d’arrangement est appelé « autostable » même si dans la réalité le système à ses limites puisque le team de l’hydroptère, a un temps réfléchi à la mise en place d’une régulation de l’incidence du safran (voir mon point du vu sur ce sujet dans la PN 26 et la 28).

Icarus, Mayfly, L’Hydroptère …

L'alphabet du foil - foils en V Foiler - F Monsonnec 08-2014L'alphabet du foil - foils en V Hydrofoil - F Monsonnec 08-2014

Portance

Elle est fonction de la projection sur l’axe horizontale de la surface immergée, elle diminue avec la hauteur de vol.

Surface antidérive

Comme pour la portance, elle est fonction de la projection sur l’axe, cette fois verticale, de la surface immergée, elle diminue aussi avec la hauteur de vol.

Avantages

  • Système « éprouvé »
  • Foil disposant d’une certaine plage d’autorégulation

Inconvénients

  • La résultante de la portance se déplace sur le foil en fonction de son enfoncement.
  • La fixation de ce type de foil n’est pas évidente, les hydrofoils ont recours assez souvent à des jambes de force.
  • La sortie de ce type de plan porteur sur les foilers et tri à foils d’appoint se trouve souvent au ras de la ligne de flottaison d’où des risques de ventilation.
  • Ils sont soumis à d’importants efforts et ne sont pas toujours faciles à rétracter.

3 – Foil en T

En 1906, les frères Meacham publient un article ou ils exposent les principes de base d’un hydroptère à foils en T régulés. Ce type de foils a été amélioré par Christopher Hook en 1950 sur son bateau baptisé Hydrofin (voir Historique des systèmes mécaniques de régulation de l’incidence des foils).

Sur les foilers et multicoques à foils d’appoint

Ils ont été rarement utilisés puisque, sauf s’ils sont équipés d’un système de régulation automatique (ce que je n’ai jamais vu sur ce type de bateau), la portance de ces foils ne s’autorégule pas. La plupart du temps, la surface est faible (donc la portance), et le foil reste tout le temps immergé. Dans le cas contraire, le foil pourrait arriver à la surface et décrocher avec tous les risques que cela comporte.

Il parait donc plus intéressant dans ce cas d’utiliser un foile en V (dans un puis) ou surtout en Y.

We/sebago, F40 Triton, Blue Arrow, VSD 2

Sur les hydrofoils

La remarque ci-dessus est tout aussi valable et encore plus vitale, ce qui explique que dans ce cas de figure les foils en T sont équipés d’un système de régulation. Palpeurs ou trainards qui agissent sur l’angle d’incidence du plan inférieur ou par mouvement d’un volet.

Force 8, Phifly, Windrider Rave, Moth à foils, planche à foils de Rich Miller, AFS 1

L'alphabet du foil - foils en T Hydrofoil - F Monsonnec 08-2014

Portance

Elle est fonction de la surface et de l’incidence de la partie horizontale. A l’inverse des foils en V sur les hydrofoils, la surface ne varie pas mais l’incidence oui

Surface antidérive

Elle est liée à la surface de la partie verticale, la jambe de force, qui diminue avec la hauteur de décollage.

Avantages

  • La résultante de la portance passe par la jambe de force ce qui permet d’obtenir une structure résistante.
  • Le plan porteur est relativement immergé il est donc moins soumis à la ventilation et il a moins d’interférence avec les mouvements des particules d’eau en surface.

Inconvénients

  • Régulation obligatoire dans le cas d’un hydrofoil
  • Fragilité des systèmes de régulation
  • Rétraction des foils pas évidente
  • Trainée du nœud, la liaison jambe de force / plan porteur (possibilité de mise en place d’une torpille)

4 – Foil en Y

Inventé par Sylvestre Langevin les foils en Y inversé sont une des marques de fabrique de ses foilers. D’autres ont essayé ce type de plan porteurs comme Adrian Thompson sur le F40 Promocéan ou le duo MVP VLP. Mais les foils de ce bateau avaient été étudiés en collaboration avec S Langevin !

Sur les foilers et multicoques à foils d’appoint

C’est le « fond de commerce » de ce type de foils.

Gautier II, Gautier III, Ker Cadelac, Découvert/PiR2, Dupon Duran, Promocéan, Flash Harry et Groucho Marx

Sur les hydrofoils

Pas d’utilisation connue

L'alphabet du foil - foils en Y Foiler - F Monsonnec 08-2014

Portance

Ces foils s’auto régulent en diminuant leur portance en se rapprochant de la surface. La forme en Y permet de réaliser une régulation « souple » ce qui n’est pas le cas avec des foils en T qui décrochent d’un coup lorsque le profil ventile. Autre point intéressant, l’augmentation de l’angle formé par chaque 1/2 plan porteur et la jambe de force (angle supérieur à 90°), doit limiter les interférences entre la portance des 1/2 plans porteurs et celle de la jambe de force qui est aussi soumise à la dérive. Ce type de foil permet, à une certaine vitesse, de décoller le flotteur sous le vent au dessus de l’eau et de garder la coque centrale en contact avec la surface.

Surface antidérive

Partie verticale et composante des parties portantes (fonction de l’angle)

Avantages

  • Totalement immergés sur un foiler, moins de ventilation
  • Eforts équilibrés des deux plans porteurs sur la jambe de force

Inconvénients

  • Difficilement escamotables
  • Lorsque les parties portantes se rapprochent de la surface, plus de trainée qu’un foil en V

5 – Foil en L 1.0

Apparu sur la première maquette de Greg Ketterman en 1981, puis sur l’ensemble des Trifoilers, ce type de foil est une amélioration du foil en T, comme si la partie portante s’était déportée latéralement. Une fois modifié, le foil en L est devenu ce que nous appelons un foil en J.

Sur les foilers et multicoques à foils d’appoint

La gestion de la portance de ce type de foil impliquant l’utilisation de systèmes de régulation, les foils en L ne sont pas utilisés sur ce type de bateaux

Sur les hydrofoils

Par rapport au foils en T, ces foils permettent de résoudre le problème de liaison partie verticale / partie horizontale mais moins de portance sur la zone de liaison et fragilité.

Les trifoilers, Sylphe de Tadeg Normand

L'alphabet du foil - foils en L 1.0 Hydrofoil - F Monsonnec 08-2014

Portance

Comme sur les foils en T, chaque partie à sa fonction. La verticale la force antidérive, l’horizontale la portance. La jonction entre les plans peut être plus ou moins importante en taille. C’est un compromis surface/résistance/trainée.

La surface ne varie pas c’est l’incidence qui varie, normalement, par le mouvement complet du foil, partie horizontale et verticale.

Surface antidérive

Obtenue par la partie verticale du foil, diminution en fonction de la hauteur de vol.

Avantages

  • Absence de nœuds de liaison donc moins de perturbations…. !

Inconvénients

  • Déformation liée au fait que la résultante de la portance est écartée de la partie verticale.
  • L’absence de nœud peut passer pour un avantage toutefois, à la jonction entre les deux plans les valeurs de dépression entre la partie verticale et l’horizontale sont différentes et peut générer des vortex. Le rayon de courbure supprime de la surface efficace. L’allongement efficace du profil serait d’après G Ketterman celle de la surface immergée donc plus importante que le seul allongement de la partie horizontale. Toutefois, je pense que ceci n’est valable qu’à condition que la jonction partie verticale/ partie horizontale (ou inclinée) soit assez progressive !

6 – Foil en U

On pourrait penser qu’il s’agit de deux foils en L assemblés mais l’idée remonte bien avant la création des foils en L ! En 1954, le catamaran Skid dessiné par Arthur Locke utilisait un foil entre le O et le U. C’était un O incomplet ou un U un peu fermé ! En tout cas, long de 20 pieds, large de 12 et pesant 710 lbs, il volait ! Plus proche de nous, Maurice Gahagnon a revisité ce type de foil sur Brest Nautic. Cette forme permet de réaliser un foil résistant et facile à fixer mais aussi d’obtenir une bonne surface antidérive.

Sur les foilers et multicoques à foils d’appoint

Je ne l’ai jamais vu, cette configuration sur ce type d’engins, la présence de deux jambes de force, qui sont génératrices de trainée, incite plutôt leur utilisation sur un hydrofoil.

Sur les hydrofoils

Il est assez étrange qu’un faible nombre de concepteurs ait misé sur ce système, qui convient pourtant très bien aux amateurs…

Skid, Brest Nautic, différentes versions de Loisirs 3000.

Sans oublier les travaux de Gurval sur le « Curved foil » qui équipe son DAFOILBOARD. Il s’agit d’un « U ouvert » ou d’un « V arrondi » que notre ami Gurval semble tester avec bonheur (merci GG).

L'alphabet du foil - foils en U Hydrofoil - F Monsonnec 08-2014Portance

Comme un foil en T, la surface de la partie portante ne varie pas, c’est l’incidence qui, est et doit être, régulée.

Surface antidérive

Idem foils en T, elle est fonction de l’enfoncement du foil

Avantages

  • Les foils peuvent être identiques, donc un seul moule L’angle d’incidence maxi se trouve au milieu du foil et va en diminuant au fur et à mesure que l’on se rapproche des parties verticales. Près de la surface il n’y a « pas de portance » et donc pas de ventilation.
  • Il n’y a plus de problème de bout d’aile et de vortex. Grande solidité

Inconvénients

  • Surface mouillée importante
  • Régulation obligatoire et de l’ensemble du plan, « pas » de possibilité de volets (sauf si présence d’une zone plate au milieu)

7 – Foil en O

Assez proches des foils en U, cette forme a été utilisée par les frères Loïck et Gilles Durand sur leur tripode O PAF. En forme de « O » et réalisés en carbone, ils étaient asservis en profondeur grâce aux palpeurs fixés à l’extrémité des flotteurs.

Sur les foilers et multicoques à foils d’appoint

Idem foils en U, pas d’utilisation sur des bateaux de ce type

Sur les hydrofoils

Comme noté plus haut, ce type de forme a été utilisé avec certitude sur O PAF, ailleurs… ?

O PAF

L'alphabet du foil - foils en O Hydrofoil - F Monsonnec 08-2014

Portance

Elle diminue en fonction de la hauteur de décollage soit en raison de l’asservissement, soit de part le fait que la surface portante diminue. Diminution qui n’est pas linéaire comme sur les foils en V. Ce qui, je pense, oblige à avoir une régulation et de ne pas compter seulement sur la diminution de surface.

Par exemple, si le foil est au repos enfoncé de la moitié du diamètre du cercle (ligne de la flottaison au niveau de l’axe), alors un décollage de quelques cm va faire surtout faire perdre de la surface antidérive mais faiblement de la portance qui est plus liée à la partie basse du cercle/foil.

Si mon analyse est exacte, lorsque la ligne de flottaison arrive au point représenté par la droite qui passe par le centre du foil et une droite à 45° par rapport à l’horizontale, alors c’est la portance qui va surtout diminuer.

Surface antidérive

Voir ci-dessus

Avantages

  • D’après G et L Durand, la forme en « O » permet une réalisation simple. La forme de base avait été obtenue sur un moule en plâtre. Les foils étaient ensuite usinés sur un tour. Leur forme très résistante rendait possible la réalisation de foils solides et fins : 9 mm

Inconvénients

  • Encombrement
  • Diminution non linéaire de la force antidérive et de la portance
  • Rétraction difficile

8 – Foil en C

Au départ surtout utilisé à la place des plans porteurs à 45° sur les multicoques à foils d’appoint, Bernard Smith a dès 1972 proposé d’utiliser des foils courbes dans son brevet 3 631 828. Je ne sais pas s’il a eu l’occasion de les essayer, il est vrai que ces engins restaient le plus souvent à l’état de maquette ou ne naviguait pas de façon optimale en vraie grandeur. Derek Kelsall a réalisé vers la fin des années 70, des moules de foils courbes et a utilisé ce type de foils sur Bites and Pieces, bateau réalisé à partir de morceaux de Tornado et testé à Brest en 1980. John Shulttleworth, qui a travaillé chez Derek, a lui aussi dessiné des foils courbes.

Sur les foilers et multicoques à foils d’appoint

C’est une excellente solution qui a fortement amélioré les performances de ce type de bateau qui jusque là étaient surtout équipé de foils à 45°.

Orma 60’, Mod 70…, BMW Oracle 33 coupe de l’America

Sur les hydrofoils

Ce type de foil ne permet pas une régulation facile de la portance (voir inconvénients), de ce fait les engins qui on au départ misés sur ce type de plans se sont tournés, s’ils le pouvaient (jauge par exemple), vers les foils en L ou J.

Enya 3, Classe A de Raphaël Censier

L'alphabet du foil - foils en C Foiler - F Monsonnec 08-2014

Portance

Elle est fonction de l’enfoncement qui fait « doublement » varier la portance. Il y a bien entendu une variation de la surface mais plus la foil est enfoncé et plus la portion de partie portance se rapproche de l’axe horizontale ce qui augmente la portance.

Surface antidérive

Elle évolue fortement en fonction de l’enfoncement de la partie basse du foil puis, à partir d’un certain enfoncement, la surface antidérive évolue faiblement.

Avantages

  • La sortie du foil se fait bien plus bas dans le flotteur, près de la ligne de quille ce qui permet de reculer l’arrivée de la ventilation.
  • La variation de leur enfoncement fait « doublement » varier la portance.

Inconvénients

  • Les foils en C sont instables en pilonnement lorsque le flotteur décolle la portance ne diminue que faiblement, il n’y a qu’une très faible régulation naturelle et donc de fort risques de décrochement ce qui explique l’utilisation surtout pour des foilers.
  • Réalisation bien plus complexe que celle d’un foil plan.
  • Puis de foil complexe.
  • La régulation de ces foils, dont la partie basse une fois complètement enfoncée se rapproche d’un foil en L, est bien plus difficile à gérer. Elle peut se faire part :
  1. la régulation de l’enfoncement,
  2. part une action sur l’incidence du plan porteur (modification de l’angle par rapport à la verticale par rapport à l’axe longitudinal)
  3. sur les petits bateaux part une action sur l’inclinaison de la plateforme
  4. le réglage de l’incidence d’un safran à foil.

9 – Foil en J

Il s’agit d’une évolution du C qui se serait marié avec un L ! La partie haute du foil étant verticale. Par rapport au L, le fait de ne pas avoir une partie basse rectiligne mais courbe, permet une rétraction par le haut ce qui permet de satisfaire certaines jauges et bien entendu de permettre une régulation de la portance.

Sur les foilers et multicoques à foils d’appoint

Ils pourraient avoir leur utilité mais l’obligation d’avoir un système de rétraction complexe doit freiner la mise en place de ce type de foils.

Sur les hydrofoils

Ils ont fait leur apparition sur les AC45 avant qu’ils ne soient remplacés par les S.

L'alphabet du foil - foils en J Foiler - F Monsonnec 08-2014Portance

Pour toute la partie courbe, donc la première partie de l’enfoncement du plan il s’agit d’un foil en C. Par la suite, seule la surface antidérive varie.

Surface antidérive

Elle évolue fortement en fonction de l’enfoncement de la partie haute du foil. A partir d’un certain enfoncement, la surface antidérive augmente et pas la portance (sauf si en plus on joue sur l’inclinaison de l’ensemble !).

Avantages

  • La sortie du foil se fait bien plus bas, près de la ligne de quille ce qui permet de reculer l’arrivée de la ventilation.
  • La gestion de la surface antidérive et de la portance plus simple qu’avec un foil en C. Le début de l’enfoncement du foil régule la portance en augmentant la surface projetée sur l’horizontale. Une fois la partie circulaire entièrement descendue, c’est la surface antidérive qui augmente.
  • La portance maximale reste disponible quand le foil est partiellement rétractée (contrairement au foil en C qui devient de plus en plus « verticale » lorsqu’on le rétracte).

Inconvénients

  • La gestion de la surface antidérive et de la portance est en effet plus simple qu’avec un foil en C mais reste arbitraire avec une régulation de la portance en début d’enfoncement et de la force antidérive ensuite. Les foils en J sont donc également instables en pilonnement et serait plus adaptés à une utilisation sur les foilers.

10 – Foil en L 2.0

Cette évolution du foil en L, avec un « L » très fermé qui forme un « V » lorsqu’il est déployé est apparue dernièrement. C’est d’après moi, le mariage des avantages de différents types de foils :

  • V pour la régulation par diminution de surface mouillée,
  • L pour la dichotomie partie portante/partie antidérive,
  • C de part la forme de la partie antidérive le plus souvent légèrement courbe,
  • J pour l’évolutivité de la position des différentes parties !

Mais il s’agit bien d’un foil en L qui a un angle inférieur à 90° entre la partie antidérive et la partie portante et qui a une partie supérieure courbe !

Ce foil en L avec une base très fermée aussi appelée « UptiP » aurait été inventé par Melvin et Morelli pour l’équipe TNZ…

Sur les foilers et multicoques à foils d’appoint

Ce type de foils a été développé pour des hydrofoils, donc des bateaux dont le but principal est de voler. Ils sont trop axés vol, pour avoir leur utilité sur ce type de bateau.

Sur les hydrofoils

Ils sont là et bien là, nés pour les AC72, utilisés sur certains classe C et sur le Flying Phantom, ils vont sûrement essaimer. Mais n’oublions pas qu’ils ne sont pas la panacée, ils ont été développés pour contourner une règle de jauge…

Certaines versions des AC 72, Flying Phantom !

L'alphabet du foil - foils en L 2.0 Hydrofoil - F Monsonnec 08-2014

Portance

Elle dépend de l’importance de la partie portante (partie basse). Elle est maximum lorsque le plan est faiblement descendu puisqu’il n’est pas incliné. Quand le plan porteur est descendu, l’extrémité peut se rapprocher de la surface, donc la portance chute. Le vol fait de toute façon aussi diminuer la partie située en dessous du puis ce qui participe à la régulation. En fait, on se rapproche des foils en V. A la place que le V soit constitué de deux foils rectilignes très écartés, ont a là deux « petits » foils en V constitués de la partie plane et de la partie courbe. En cherchant bien, ces deux V (VV) représente un « W » !

La surface portance reste constante ou presque avec l’élévation (jusqu’à un certain point) mais la partie antidérive diminue et l’angle de dérive augmente ce qui a pour action de diminuer l’angle d’incidence et la portance. Bien sur la pointe du foil peut arriver à la surface mais ce ne serait pas les conditions souhaitées de fonctionnement. Les meilleures performances sont obtenues avec la coque au-dessus des vagues mais l’aile immergée en dessous de la surface.

Ce système semble permettre de se « passer » de régulation, en réalité, elle se fait soit par l’enfoncement du plan, la position de l’équipage (petit bateaux), l’incidence complet du plan (Flying Phantom, Oracle…), un safran avec plan porteur en T. Et bien sur, l’utilisation de plusieurs de ces paramètres !

Surface antidérive

Elle est surtout basée sur l’enfoncement de la partie courbe.

Avantages

  • Permet sans palpeur une sorte d’autorégulation que ne permet pas le foil en T, L, O…
  • Peut permettre de contourner certaines jauges

Inconvénients

  • La régulation n’est pas aussi simple que celle que l’on pourrait obtenir avec une régulation mécanique ou en « pur » V.
  • Foils complexes à gérer et à réaliser (appendice et puis)

11 – Foil en S

Il peut s’agir d’un foil « simple » sans partie portante rajoutée (type L) ou d’un foil en L qui aurait été coincé dans une porte avant polymérisation de sa structure !

Développé, sauf erreur de ma part, pour la première fois pour Alinghi ce premier proto n’avait semble t’il pas donné satisfaction. Peut être par manque de temps de mise au point… Il est vrai que le but n’était pas alors de voler mais de soulager.

Il est maintenant possible de marier un foil en L avec cette forme de partie « verticale ». Étonnamment, même si le principe est plutôt celui d’un foil en L particulier, ce foil prend le nom de la forme de la partie torturée.

Sur les foilers et multicoques à foils d’appoint

Sans partie portante il permet une évolutivité de la portance en fonction de l’enfoncement mais le puis de foil est tout de même très compliqué ce qui le rend surtout intéressant pour des bateaux « côtiers ».

Alingui 5

Sur les hydrofoils

Utilisé par le Team Groupama, ils ont montrés leur potentiel lors de la Little America’s cup.

L'alphabet du foil - foils en S Foiler - F Monsonnec 08-2014

L'alphabet du foil - foils en S Hydrofoil - F Monsonnec 08-2014

Portance

Le principe se rapproche de celui du foil en L 2.0, seule la partie en S fait que l’inclinaison de la partie purement portante peut être ajustée différemment.

Quand le plan porteur est descendu, l’extrémité peut se rapprocher de la surface, donc la portance chute.

Surface antidérive

Fonction de l’enfoncement.

Avantages

  • Idem foil en L 2.0, permet sans palpeur une autorégulation que ne permet pas le foil en T, en L, O…

Inconvénients

  • La régulation n’est pas aussi simple que celle que l’on pourrait obtenir avec une régulation mécanique ou en « pur » V.
  • Foils très complexes à réaliser

12 – Tableau récap.

En simplifiant à l’extrême, voici (toujours pour moi) suivant le cahier des charges « foiler » ou « voler » les types de foils utilisables :

L'alphabet du foil - tableau type foil suivant Foiler ou Hydrof - F Monsonnec 08-2014

  1. possible mais ce n’est pas la forme la plus logique !
  2. sans partie portante pur pour un foiler

Sans tenir compte des cas particuliers, et en partant du principe qu’une régulation n’est pas un réglage d’incidence manuelle ou par inclinaison de la plate forme mais bien un système de mesure et de réglage (palpeur et rotation flap…), nécessité oui (O) ou non (N) d’un système de régulation sur un bateau dont le but est de voler :

L'alphabet du foil - tableau nécessité régul en fonction du foil - F Monsonnec 08-2014

  1. théoriquement devrait se comporter comme un V mais jamais utilisé pour ce type de bateau
  2. comme noté plus haut, ils se rapproche alors d’un foil en V
  3. les essais de ce type de plans ont montrés qu’ils sont trop instables pour ce cahier des charges

13 – Petit glossaire

L'alphabet du foil - glossaire - F Monsonnec 08-201414 – Mais aussi

Z

On entend parler en ce moment de foil en Z (n’est ce pas Arnaud ?). En l’absence d’information précise je n’ai pas essayé de l’intégrer dans ce récapitulatif. Peut être que ce foil en « Z » est proches de la famille des « L » plus ou moins travaillés ?

Δ Le Delta prolongé !

Xavier m’a signalé une vidéo dans laquelle on peut voir une forme assez spéciale. J’ai du mal à la discerner, mais je crois découvrir une sorte de pyramide avec comme base le plan porteur. Si c’est bien le cas, c’est étrange. Peut être relativement solide au niveau du foil mais moins de sa fixation. Est ce qu’il y a un intérêt à avoir les jambes de force inclinées, peut être suivant le profil utilisé ? Le concepteur, Seb Schmit, n’est pas un débutant puisque qu’il a travaillé sur de nombreux projets volants comme le P28.

15 – Fin

Voila, des questions, des remarques ? D’accord, j’ai du oublier un bateau, un avantage, un inconvénient (voir +) me planter sur un point de vue… Mais vous êtes là pour ça ! Alors merci pour vos interventions… Dans le cas contraire, vous pouvez fermer vos cahiers et bonne récré !

Merci à mon ami GG d’avoir bien voulu relire ce document (GG on se retrouve en salle des profs pour le café de 10h00 ?).


Méthodes et technologies de réalisations d’hydrofoils prototypes par et pour les amateurs éclairés !

27 janvier 2013

Par Gérard Delerm

Article issu d’une série de mails entre G. Delerm et F. Monsonnec en 2004.

Je parlerai ici uniquement de la réalisation de foils rectilignes de forme rectangulaire (la plus simple), sachant que des formes (outline) un peu plus complexes peuvent être aussi réalisées.

1 – Les foils en matériaux composites (fibres imprégnées de résines) avec éventuellement un cœur en matériau tendre (mousse ou bois)

La première idée qui vient à l’esprit lors de la mise en œuvre d’un hydrofoil prototype est de tailler une forme dans un matériau de type bois ou mousse dure et de stratifier ensuite cette forme avec de la fibre (verre, carbone ou autre) et de la résine (polyesther ou époxydique).

La mise en forme du cœur peut être réalisée de différentes façons, de la méthode la plus simple (manuelle guidée et contrôlée par des gabarits) jusqu’à la plus sophistiquée (de type fraisage numérique) en passant par des méthodes de fraisage semi manuel du bois ou du contreplaqué et l’empilage de profils (2 mm ou plus d’épaisseur) découpés et collés.

Cette méthode qui semble simple et rapide pour un prototype à un seul exemplaire a cependant quelques inconvénients :

  • La stratification de quelques couches de fibres (entre 2 et 10 couches à mon avis) modifie le ou les profils du foil. Il faut prendre en compte cette modification et il est à remarquer que le calcul de la modification du profil du cœur  nécessaire à obtenir in fine le profil souhaité est plus complexe que l’on pourrait le penser (surtout au niveau des bords d’attaque et de fuite).
  • Si le nombre de couches est faible (2 ou 3), le moindre choc peut endommager la peau et entrainer une pénétration d’eau dans le cœur, ce qui déclenchera à terme de la délamination.
  • Si le cœur est assez tendre, il y aura des risques d’écrasements de ce cœur au niveau de la jonction du ou des supports avec le foil. Il faudra donc en tenir compte et renforcer en profondeur le cœur à ces endroits là.

 2  – Mise en œuvre d’un foil moulé.

Personnellement, je pense que même si le but est de réaliser un seul exemplaire de foil, il est préférable d’utiliser une méthode mettant en œuvre un moule. La plupart des coques de bateaux de compétition, monocoques ou autres sont réalisées en utilisant un moule qui ne servira très souvent qu’une fois. Je pense qu’il peut en être de même pour nos foils y compris pour une réalisation amateur.

En plus du fait de vous permettre de retirer une pièce en cas de problème, le travail de finition sur la maquette (ou modèle), puis sur le moule femelle, doit vous permettre d’obtenir une pièce de qualité. Bien qu’il ne faut pas oublier que le moule disposera des mêmes défauts que la maquette et qu’il est plus difficile de retoucher une pièce en creux qu’une pièce male !

Il est, bien entendu possible de réaliser ou faire réaliser un moule en deux parties (extrados et intrados) à partir d’une plaque assez épaisse en métal (acier inox ou aluminium) ou « médium » constitué d’un polymère chargé. Ces plaques seront usinées à l’aide d’une fraiseuse numérique. C’est une méthode rapide et fidèle mais très certainement chère.

Usinage d’un moule en aluminium - DR

Usinage d’un moule en aluminium – DR

Une méthode moins chère se décompose principalement en trois phases :

  • Réalisation de la ou des matrice(s) (maquette du foil)
  • Réalisation du moule
  • Moulage final du foil

2.1 – Réalisation de la maquette

La phase la plus délicate est la réalisation de la maquette du foil (appelée aussi modèle ou poinçon ou matrice suivant la littérature), généralement en deux parties. Toutes les méthodes et tous les matériaux sont utilisables du moment que l’on obtient un objet assez rigide et fidèle à la forme désirée.

Voici quelques exemples possibles :

  •  Entre 2 guides en matériaux dur (bois ou plaque plastique) on peut façonner du plâtre fin à modeler. La forme des guides est imprimée à l’échelle 1 et le dessin obtenu collé sur une plaque de 2 mm à 4 mm environ d’épaisseur. Le guide est alors découpé (scie à fil par exemple) et poncé le plus fidèlement possible.
  • Variante du précédent. Toujours entre 2 guides, on colle un bloc de bois tendre (Ayous ou Balsa) que l’on façonne à la râpe, lime et ponçage précis à l’abrasif fixé sur un bloc.
Réalisation maquette en plâtre - schéma G Delerm 07-2012

Réalisation maquette en plâtre – schéma G Delerm 07-2012

  • Encore entre 2 guides, on peut coller une feuille de polyéthylène expansée ou autre feuille semi rigide. Il est aussi possible de remplacer les feuilles semi rigide par des baguettes de bois utilisées en modélisme avec masticage et ponçage.
  • Dans cette méthode, il est à remarquer qu’il faudra modifier le profil des guides en fonction de l’épaisseur des feuilles ou des baguettes.
  • Comme pour la méthode « directe » on peut mettre en œuvre une maquette par empilage de profils puis mastiquer et poncer jusqu’à obtenir une forme quasiment parfaite.
Réalisation maquette par empilement - schéma G Delerm 07-2012

Réalisation maquette par empilement – schéma G Delerm 07-2012

  • Bien sûr cette liste n’est pas exhaustive. Chacun peut trouver d’autres méthodes pour réaliser la maquette de foil qui servira à faire le moule. En cherchant sur les sites d’aéromodélisme, il est possible de trouver de nouvelles idées (découpage de mousse de polystyrène au fil chaud par exemple).

2.2 – La stratification du moule

Comme je l’ai déjà indiqué, il me semble plus facile de faire 2 demi-maquettes (extrados et intrados), le plan de coupe étant donc le plan de joint du moule.

Il faudra donc fixer (collage) chaque demi maquette sur une surface parfaitement plane et bien rigide avant de commencer la stratification du moule. Pour ma part, j’ai utilisé une plaque de verre de 4mm d’épaisseur, elle-même posée sur une table bien plane.

Si l’on ne veut pas avoir, par la suite, de problèmes de démoulage, il faut à ce stade se pencher sérieusement sur le problème de l’agent de démoulage. Je pense que dans cette phase il n’est pas recommandé d’improviser. J’ai acheté de la cire de démoulage et j’ai suivi rigoureusement le mode d’emploi. (enduction de cire avec une petite éponge, séchage, polissage avec un tissu bien sec, puis ré-enduction, re-séchage et re-polissage).

Il existe aussi un produit de démoulage très performant, l’alcool polyvinylique, qui se passe au pinceau et qui sèche assez rapidement. Toutefois, comme la cire, il faut être certain d’en disposer de façon homogène et sans oublier le moindre mm² ! De plus, le rendu est inférieur, l’aspect de la pièce finie est mat et les traces de pinceau (application) peuvent être visibles.

La réalisation du moule se fera de préférence avec deux matières. D’abord un enduit chargé qui constituera la matière de l’intérieur du moule, ou un gel-coat, puis la stratification elle-même constituée de fibres (tissée ou sous forme de mat) enduites de résine. Je ne parlerai pas en détail de cette stratification qui peut se faire à l’air libre ou sous vide, par la méthode « humide » ou « prépreg » etc…

En revanche, il me parait important de préciser qu’il faut que ce moule soit particulièrement rigide et renforcé afin d’éviter à tout prix qu’il ne se vrille. Ceci est particulièrement vrai pour la résine polyester qui a nettement tendance à se rétracter pendant la polymérisation. N’hésitez donc pas à intégrer des renforts longitudinaux et transversaux en bois ou plutôt en métal (tubes, cornières).

Il va falloir enfin finaliser le moule en ajustant et en fixant les deux parties. Pour ma part, j’ai utilisé des boulons, écrous et rondelles au niveau du joint de moule. Il est évident qu’avant de fabriquer ces fixations, il faudra être sûr du parfait positionnement des deux parties du moule. En plus de ces dispositifs de serrage, il faut donc prévoir un système de calage ou un très bon ajustement des perçages (et une bonne épaisseur de matière !).

Deux remarques :

a) Je ne vous apprendrai rien en vous disant que parmi les profils classiques on peut distinguer trois types d’intrados :

  • L’intrados convexe
  • L’intrados plat
  • L’intrados concave (ou profil creux)
Types de profils - schéma G Delerm 07-2012

Types de profils – schéma G Delerm 07-2012

Si les deux premiers types sont assez faciles à réaliser (surtout l’intrados plat pour lequel il suffira de « refermer » le moule avec une simple surface plane), le profil creux, lui, posera quelques problèmes à cause de la zone indiquée sur le croquis. Nous reparlerons peut-être des solutions possibles dans ce cas (maquette en une seule partie).

b) Au moment de la stratification du moule, il faut penser à l’incompatibilité de certains matériaux. En particulier la résine polyester (à cause de son solvant, le styrène monomère) est incompatible avec le polystyrène, qu’il soit expansé ou extrudé. Il est alors nécessaire soit d’isoler le polystyrène de la résine ou d’utiliser de la résine époxydique.

 2.3 – La réalisation finale du foil

J’aurais tendance à simplement dire ici : « stratifier le foil dans le moule, laisser polymériser, ouvrir le moule … le foil est prêt ». En fait il y a plusieurs possibilités et quelques écueils à éviter. J’ai utilisé une méthode « monobloc » pour obtenir un foil massif.

  • Découper du tissu de verre (10 couches de 200 g au m² de chaque coté)
  • Stratifier ces couches à la résine polyester
  • Compléter le cœur avec un mélange résine- mat de verre (style « choucroute »)
  • Refermer le moule et bien boulonner le tout en essayant d’éviter le maximum de bulles (ça bave partout, c’est normal).

Cette méthode est loin d’être la meilleure (présences de bulles, quantité de résine beaucoup trop importante par rapport à la fibre). Dans cette méthode qui met en œuvre simultanément une quantité assez importante de résine, il faudra régler le dosage de catalyseur afin que la résine ne chauffe pas trop pendant la polymérisation.

Moule foil Foilboard fermé - Photo G Delerm

Moule foil Foilboard fermé – Photo G Delerm

 

Moule et foil Foilboard ouvert - Photo G Delerm

Moule et foil Foilboard ouvert – Photo G Delerm

Toujours dans le genre monobloc il existe une technique beaucoup plus « propre » et évitant toutes présences de bulles. Il s’agit du moulage RTV qui en revanche demande la présence d’une ou 2 pompes à vide, un moule un peu plus sophistiqué et un dosage très précis du temps de polymérisation.

Schéma process RTV - schéma G Delerm 07-2012

Schéma process RTV – schéma G Delerm 07-2012

Il existe d’autres méthodes que je n’ai pas essayées. Stratification de la peau en laissant le cœur vide, cœur en mousse de polyuréthane etc. Dans ces cas là, comme déjà indiqué pour la méthode « directe » il faudra penser à renforcer le cœur pour éviter l’écrasement. Et puis, ne pas oublier que la force d’expansion d’une mousse peut être très importante et difficile à maîtriser…

Dans tous les cas, penser à l’agent de démoulage !

3 – Autres matériaux et autres méthodes

La meilleure technique est bien sûr celle que l’on connait le mieux et pour laquelle on possède les meilleurs outils. Il n’est absolument pas ridicule de réaliser un foil en plaque de duralumin lorsqu’on a, à sa disposition le matériau, les cintreuses et les systèmes de soudure à l’arc ou plasma sous argon.

Je laisse ici de la place  😉 pour que chacun nous donne sa méthode.

Conclusion

Bon travail et tenez-nous au courant de vos travaux !


Portance 1/3

7 décembre 2011

I – Introduction

Alors que nous discutions de l’hydrofoil testé par Eric Tabarly en 1976, une amie me demanda : « s’il fallait expliquer comment est générée la portance, est ce que tu pourrais le faire ? ». Oui bien sur ! Ensuite, à bien y réfléchir, je n’en étais plus très sûr… Je dois l’avouer, au début de ma passion pour les voiliers volants (au siècle dernier), j’ai cru à l’explication basée sur le théorème de Bernoulli ! Puis j’ai compris qu’il y avait un « hic ». Mais je n’ai pas vraiment cherché plus loin !

Voici le sommaire de cet article qui, du fait de sa longueur, sera diffusé en 3 parties :

Partie 1/3

I – Introduction

Sommaire

Un monde ailé

Théories et théoriciens….

Air & eau ?

II – Théorie basée sur l’effet ricochet

III – L’explication populaire

IV – Théorie basée sur l’effet Venturi

Partie 2/3

V – Théorie basée sur l’effet Coanda

VI – Théorie de la circulation ou de Kutta & Jukowski

VII – Théorie de l’écope ou de Newton

Partie 3/3

VIII – La théorie de Hoffman & Johnson

IX – Kutta Jukowski  VS  Johnson & Hoffman

X – Théories non développées

XI – Pour essayer d’y voir plus clair !

XII – Portance « sur l’eau »

XIII – Conclusions

Remerciements

 
Un monde ailé !

« Mais je n’ai pas vraiment cherché plus loin » ! Pourtant, que trouve t’on le plus sur un voilier ? Des ailes ! Qu’ils soient volants, ou non, les voiliers sont équipés au minimum d’une aile. Certains n’en ont qu’une comme les fabuleux Patins Catalan, d’autres beaucoup plus… Les moteurs de nos voiliers, planches, kites… sont des aérofoils. Sous la surface nos engins sont aussi ailés : quilles, dérives, safrans, foils…

Tony Blanco Casañas sur son patin Catalan – photo via Tony Blanco Casañas

Cette question de l’explication de la portance ne concerne pas que les amateurs de voiliers. En regardant un avion passer dans le ciel, en attachant notre ceinture à bord d’un coucou ou d’un gros porteur, nous sommes nombreux à nous demander « comment ou pourquoi ça vole » ? Il est étrange qu’alors que chaque jour environ 80 000 vols commerciaux parcours le ciel, nous nous posions cette question ! Etrange aussi que le site de la Nasa ne donne pas une explication claire et préfère expliquer en quoi certaines théories sont erronées.

Toujours dans le monde mécanique, nous voyons de plus en plus d’éoliennes « fleurir » dans ce cas, ce n’est pas l’aile qui se déplace, même si c’est vrai qu’elles pivotent autour de leur axe, mais le vent qui se déplace (tout est relatif !).

En parlant d’ailes qui pivotent autour d’un axe, l’érable, l’orme, le frêne… produisent des fruits à hélice ou Samares qui profitent du vent pour disséminer leurs graines. Et oui, les oiseaux ne sont pas les seuls à avoir inspirés les pionniers de l’aviation. Ignaz Etrich, pionniers des vols planés, prit modèle sur la graine des Zanonie (Alsomitra macrocarpa) pour réaliser un de ses « glisseurs ». Les frères Horten aussi. Cette graine des îles du Pacifique possède une voilure en forme de boomerang de quinze centimètres de long. Par jour de grand vent, ce dispositif lui permet de passer d’île en île, sur des distances de dizaines de kilomètres !

Samares de l’érable – photo F Monsonnec

Zanonia macrocarpa photo Scott Zona

Glider de Ignaz ou « Igo » Etrich vers 1906 – livre The Delta Wing Alexander Lippisch

Quittons le monde végétal pour le monde animal. La Vélelle (Velella velella), longtemps prise pour une méduse, est en réalité une colonie de Polypes surmontée d’une aile transparente qui voyage sur les mers chaudes. La Physalia physalis, qui elle est une vraie méduse, navigue aussi à l’aide de son aile, mais gonflable !

Velella – photo Jamie McMillan

Physalia physalis – photo Joel Wooster

Bref, nous sommes entourés d’ailes aériennes ou sous marines qui peuvent avoir une multitude de nom suivant leurs fonctions : dans l’air, aile, aérofoil, plan porteur, voile, cerf volant, pale, déflecteur…. Dans l’eau dérive, déflecteur, nageoire, foil, safran… et nous ne savons pas vraiment comment elles fonctionnent ! Bien entendu, nous n’avons pas besoin d’assimiler le fonctionnement des lois de la nature pour les utiliser. Les oiseaux n’étudient pas la théorie de la portance avant de s’élancer du nid (enfin, je ne le pense pas, si un oiseau lit Foilers… ). Pourtant, je ne sais pas pour vous, mais moi, cela me titille !

Théories et théoriciens….

De nombreux chercheurs ont essayé de comprendre et de mettre sous forme d’équations la portance et la traînée. Car s’intéresser à la portance, c’est aussi découvrir comment il est possible d’obtenir un rapport portance / traînée qui soit le plus grand possible. Difficile de citer tous ceux qui ont travailler sur la question. Voici une petite galerie de portraits de chercheurs qui par leur travail, ont permis d’avancer dans la compréhension de la portance. Même si son nom n’est pas évoqué par la suite, j’ai incorporé une photo de Sir George Cayley. Ses travaux ont fortement participés à la compréhension de la portance. Cet ingénieur anglais, que certains considèrent comme le premier vrai chercheur scientifique en aéronautique, est le concepteur du premier planeur. Il a découvert et identifié les quatre forces aérodynamiques du vol : poids, portance, traînée et poussée. La conception des avions modernes est basée sur ses découvertes, y compris les ailes cambrées !

Isaac Newton – Daniel Bernoulli – Leonhard Euler Jean Le Rond d’Alembert – Giovanni Battista Venturi – Sir George Cayley – Claude Louis Marie Navier

 

Georges Gabriel Stokes – Nikolai Egorovich Zhukovsky – Martin Wilhelm Kutta – Ludwig Prandtll – Henri Marie Coanda – Claes Johnson – Johan Hoffman

L’explication de la portance est complexe et se prête difficilement à la simplification. Elle fait appel aux lois de Newton, aux équations de Bernoulli, celles de Navier-Stokes et d’Euler, aux travaux de Kutta-Jukowski… ! Rares sont ceux (dont je fais partie) qui maîtrisent ces notions. Malgré ces difficultés, je vais essayer de présenter de manière simple, les différentes théories avancées pour expliquer le fonctionnement des ailes aériennes et sous-marines. Donc, au risque de faire des erreurs et de heurter les plus au fait de la science… Je vous l’accorde, je m’attaque à un « gros morceau » !

Parmi ces théories, certaines sont inexactes mais elles ont leurs défenseurs. En effet, le débat sur l’origine de la portance n’est pas clos… Le fait que certaines théories erronées restent vivaces est assez logique. Le phénomène n’est pas simple, alors lorsque vous avez découvert une explication qui semble fonctionner – et que vous la comprenez – il vous est difficile d’admettre qu’elle est incorrecte ou incomplète. Incomplète, car bien souvent ces théories se basent sur un ou plusieurs phénomènes bien réels.

Air & eau ?

Mais peut-on partir à la découverte de l’explication de la portance sans distinguer ce qui se passe dans les airs et sous l’eau ? « Ben non m’sieur, l’eau est au moins 850 fois plus dense que l’air, pfffff ». Pour le calcul du nombre de Reynolds, cette différence est compensée par le fait que les corps sous-marins sont plus petits. Prenons par exemple ce qui se passe autour d’un engin de vitesse comme Sailrocket 1 (ou 2). Le foil de Sailrocket 1 a grosso modo une corde de 25 cm, son aile aérienne, a une corde de 2 m dans sa partie la plus large (le bateau mesure 12.20 m). En terme de nombre de Reynolds, qu’obtenons-nous ?

Vestas Sailrocket 1 – photo DR site Vestas Sailrocket

Rappel

Re=(v*d*µ)/n

v : vitesse, d : distance caractéristique, µ : masse volumique du fluide, n : viscosité dynamique

Foil

  • Vitesse : 47,4 nœuds (déc. 2008), soit 24.38 m/s
  • Largeur estimée foil : 0.25 m
  • Densité eau de mer en kg/m3 : 1025 (salinité de 35 g/kg, T° 20°C, 1 atm)
  • Viscosité dynamique eau de mer : 1,07 x 10-3 kg/m.s (20 °C, 1 atm). Je sais à Walvis Bay, l’air et l’eau ne sont pas à 20°C !!!
  • Nombre de Reynolds : 5 840 000

Aérofoil

  • Vitesse : 50 nœuds, soit 25.72 m/s. La vitesse du vent apparent sur la voile de Sailrocket est une estimation. Lors de leur grand vol plané, le vent était de 23 nœuds et le vent apparent d’environ 50 nœuds…
  • Largeur estimée aile rigide : 2 m
  • Densité air en kg/m3 : 1.197 (70% HR)
  • Viscosité dynamique air : 1,8 x 10-5  kg/m.s (20 °C, 1 atm)
  • Nombre de Reynolds : 3 420 000

Ou la la, c’est pas pareil (à une vache près) ! Non, mais « comparable » ! On sera de toute façon sur une bonne partie du profil en régime turbulent. Nous pouvons donc, en terme de portance, comparer ce qui se passe sous et au dessus de l’eau dans une assez grande plage de caractéristiques. NB : la compressibilité du fluide ne joue presque pas de rôle dans la portance La compression de l’air n’occasionne que des erreurs inférieures à 0.5% pour une vitesse inférieure à 150 km/h (merci Dr Goulu !).


II – Théorie basée sur l’effet ricochet

La portance à pendant longtemps été expliquée comme étant semblable au phénomène qui permet à un joli caillou plat, manipulé par une main experte, de faire un pied de nez à Archimède ! Cette théorie du ricochet est basée sur l’idée que la portance serait due à l’énergie développée par les molécules qui « frappent » le dessous du plan porteur. Elle fait référence à la troisième loi de Newton : lorsqu’un solide A exerce une force sur un solide B, le solide B exerce sur le solide A, la force directement opposée. Même si dans le cas de la « pierre surfeuse » l’explication fait appel à bien d’autres lois de la physique…

Oui mais

Cette explication ne prend en compte que l’interaction du fluide avec la surface inférieure de l’aile. Elle suppose que toute la portance est générée par l’intrados, ce qui est totalement erroné. Il a été démontré qu’environ 75% de la portance est liée à l’extrados (pourcentage bien entendu fonction de nombreux éléments comme la forme du profil).

Ricochet via site Philippe Boeuf

Remarques

  • Cette théorie correspond à ce qui se passe en surf ou en ski nautique !
  • Dans des cas très particuliers, comme certains régimes de vol où la vitesse est très élevée et la densité de l’air très basse, une faible quantité de fluide est en contact avec l’extrados. Dans ce cas, une partie de la portance est bien fonction de la capacité du plan porteur à « ricocher » ! Ces conditions sont celles de la navette spatiale pendant une partie de la phase d’entrée dans l’atmosphère (conditions hypersoniques). Sans oublier (merci Xavier) d’autres engins qui utilisent la même capacité à « ricocher », le XB-70 Valkyrie et le X-43 A, dont Gurval (et non Xavier comme noté jusqu’au 11/12 dans cette article !) à déjà parlé dans son excellent article, La ventilation : Un peu d’air dans ce monde de fluide !

Entrée navette dans l’atmosphère – site Nasa

Exemple de site développant cette explication

Calipso

III – L’explication populaire

Cette théorie basée sur le théorème de Bernoulli peut aussi être appelée « théorie du temps de transit équivalent ». Cette explication est celle qui est la plus souvent avancée par ce qu’elle est simple à comprendre. Cette thèse s’appuie sur le fait que, dans la majorité des cas, la partie supérieure des ailes a une corde de longueur supérieure à celle de la partie inférieure. Imaginons deux molécules qui seraient séparées par le bord d’attaque d’une l’aile. La molécule qui passe au dessus de l’aile, va parcourir plus de distance que son « ex-voisine » qui passe en dessous du profil. En se basant sur le fait que la nature a horreur du vide (même ce point est décrié, et à juste titre !), il nous est expliqué que ces deux molécules devraient se retrouver en même temps derrière le profil. Pour ce faire, celle qui a été dirigée vers la voie supérieure (pas la mère ou la mer supérieure… !), devrait voir sa vitesse augmenter pour être à l’heure au rendez-vous. Le théorème de Bernoulli dit qu’à altitude égale la pression d’un fluide diminue quand sa vitesse augmente et inversement. La survitesse sur l’extrados entraînerait donc une dépression (aspiration). De plus, la molécule qui elle se déplace sur l’intrados voit sa vitesse ralentir (puisque le plan porteur représente un obstacle), ce qui engendre une surpression.

Oui mais

La loi décrite par Daniel Bernoulli, qui traduit le principe de la conservation de l’énergie dans les fluides, intervient bien dans le phénomène qui nous intéresse. Mais cette explication, bien trop souvent citée, est trop simple pour être complète ! Un avion disposant d’ailes planes peut voler, de même que les avions munis d’ailes au profil symétrique (donc avec une même corde sur l’intrados et l’extrados).

On sait que le gréement d’un voilier est une aile qui génère de la portance. Pourtant, à quelques centimètres près (liés à la présence du mat), l’intrados et l’extrados d’une voile sont de même longueur !

Enfin, des essais en tunnel ont montré qu’en réalité le courant de l’extrados arrive avant celui de l’intrados !


Remarques

  • Petite anecdote que j’ai trouvé sur un site qui présente une biographie de Daniel Bernoulli : alors que Daniel Bernoulli voyageait avec un homme cultivé qui ne savait pas qui il était, celui-ci lui demanda son nom : « Je suis Daniel Bernoulli ». L’homme, croyant à une plaisanterie, répondit : « Et moi je suis Isaac Newton ». Cette histoire, disait Daniel Bernoulli, m’a fait plus plaisir que tous les honneurs !
  • Je comptais mettre comme élément allant à l’encontre de cette théorie, le fait que si cette explication était exacte, comment pourrions nous expliquer le fait qu’un avion de voltige ne tombe pas lorsqu’il vole à l’envers (la portance de l’aile étant alors théoriquement dirigée vers le bas) ? J’aurais stipulé que les avions de voltige ont des profils presque symétriques. Mais Xavier m’a fait remarquer qu’un profil symétrique développe de la portance seulement s’il a une incidence. Et le vol sur le dos sur un avion de voltige se fait avec une forte incidence (la queue est bien plus basse que l’aile)…Et dans ce cas, le point d’arrêt se décale sur le bord d’attaque et donc la distance à parcourir sur l’extrados est bien supérieure a celle parcourue sur l’intrados : donc point à éviter !

Profil avion de voltige – livre Understanding flight David F Anderson – Scott Eberhadrt


Exemple de sites développant cette explication

Peur avion

Pierre Garde

TPE aéro

Aviation passion

C’est pas sorcier

Centre de vol à voile de Saint Florentin – Cheu

Liens spécifiques voile

Learn Sailing

Creating lift and avoiding drag

IV – Théorie basée sur l’effet Venturi

Les défenseurs de cette théorie mettent en avant l’idée que la surface supérieure d’une aile agirait comme un venturi qui accélèrerait le flux. Cet effet bien réel porte le nom de son découvreur, Giovanni Battista Venturi. Le théorème de Bernoulli permet d’expliquer ce phénomène : puisque le débit de fluide doit être constant (la nature à horreur…) et que la surface de passage diminue, la vitesse augmente nécessairement (du fait de la conservation de l’énergie). L’augmentation d’énergie cinétique se traduit par une diminution d’énergie élastique, c’est-à-dire une dépression. Notre plan porteur faisant obstacle au flux, il y aurait resserrement du flux et augmentation de la vitesse sur la partie supérieure du plan. Il découlerait de l’accroissement de la vitesse une pression inférieure sur l’extrados, d’où création de portance…

Oui mais

Cette théorie, qui rejoint celle de Bernoulli, est basée sur l’idée qu’un plan porteur agirait comme un col venturi. Avec une surface de départ (ou zone de passage du flux) importante, une surface diminuée et enfin, de nouveau une augmentation de la surface. Mais un plan porteur n’est pas un col venturi. Il n’y a aucune autre surface pour représenter l’autre moitié du col ! Certains documents avancent le fait que les « couches d’air » supérieures remplaceraient l’absence de surface au dessus du plan pour matérialiser le col venturi ! Cette théorie impose un resserrement du flux, ce pourrait être le cas sur l’extrados, avec un resserrement entre le bord d’attaque et la zone d’épaisseur maximum, mais ce ne l’est pas le cas sur l’intrados de profils asymétrique. Intrados qui entre tout de même pour ¼ dans le développement de la portance.

Si vous doutez encore de l’inexactitude de cette théorie, sachez qu’il a été démontré qu’une plaque plane peu générer de la portance (au prix d’une forte traînée, c’est vrai). Dans ce cas, l’effet venturi serait complètement absent puisqu’il n’existe aucun resserrement ! Et pourtant il est possible de faire voler un « avion » muni de surfaces portantes plates : comme un fer à repasser volant ou une tondeuse à gazon !

Fer à repasser volant de « Christian et André » – site http://www.cournonblog.fr/2010/2010griffons.php


Exemple de sites développant cette explication

Sportflying – Flight training manuel

(Voir en bas de page 26, les dessins expliquant l’origine de la portance)

Rabat Maroc Aviation

Le pilotage Choletais

Estaca aviation

Scientibus

 

A suivre…

Cet article étant « un petit peu beaucoup » long, je vous propose de découvrir les prochaines parties dans quelques semaines… Avec si besoin, un « Ptites News » intercalé histoire de ne pas passer à côté d’une actualité et pour rajouter un peu de suspens !

La suite se trouve ici !

Mais vos premières remarques sont les bienvenues.


Les obstacles…

12 mai 2010

Un problème va se présenter à tous les voiliers pourvus de foils naviguant à haute vitesse en pleine mer. C’est la rencontre avec un OFNI (Objet Flottant Non Identifié).

C’est un fait, la mer est parsemée de déchets, d’obstacles et autres, allant de l’algue au container perdu. Cela a déjà coûté de nombreux voiles de quille durant le Vendée Globe, la perspective de bateaux tels l’hydroptère maxi déboulant à plus de 40nds sur un OFNI est à anticiper. La récente forte médiatisation du « 6ème continent de déchets », montre que certaines zones de fortes concentrations font que statistiquement, il faut envisager une rencontre.

Les types d’obstacles

Pour essayer d’être complet et d’envisager toutes les possibilités, on peut classer les obstacles en 3 sous-catégories. J’ai élaboré ces catégories principalement en fonction des solutions à appliquer.

Les obstacles de type I sont de petites dimensions (inférieure à 30cm) et mous. Ce sont les algues, les petits poissons, des déchets humains variés (bouteille plastique, lien de pack de bière, sac plastique…) ainsi que biologiques.

Ceux de type II sont de grandes dimensions (1m < longueur + largeur + hauteur < plusieurs dizaines de mètres) et rigides. Ce sont des mammifères marins (baleines), des déchets flottant ou semi-immergés (drums de 200l, billes de bois, container tombés lors de tempêtes), des icebergs voire tout simplement d’autres embarcations (de la barque de pêche au sous-marin nucléaire).

Une dernière catégorie, type III, est nécessaire pour regrouper les obstacles peu volumineux, peu rigides mais ayant une très grande longueur. Ce sont les forêts de kelp, les filets dérivants (abandonnés ou pas), des aussières en polypropylène (qui flotte), les cordes reliant les casiers à leurs flotteurs, les fermes aquacoles à la dérive…

Les solutions

Type I

Les obstacles de type I ne sont pas dangereux structurellement, mais les plus déformables d’entre eux vont se coller aux foils (généralement en restant bloqués à cheval contre le bord d’attaque) et dégrader leurs performances.

On peut envisager des bords d’attaque avec un très faible rayon (très pointus) afin de trancher les algues et autres. Mais les profils performants aux faibles vitesses ont plutôt des bords d’attaque épais. De plus, ces obstacles sont très souples et possèdent peu d’inertie, ils ont donc vraiment tendance à épouser la forme du foil sans se casser, il est très dur de couper un objet mou non tendu (jetez une cordelette de 20cm sur un sabre…).

La deuxième solution est de faire les bords d’attaque en flèche, de manière à ce que l’obstacle glisse vers le saumon et s’évacue. Mais une fois qu’il a épousé le profil, le déchet ne subit plus que très peu d’efforts puisqu’il se trouve dans la couche limite. Toutefois, cette solution reste nécessaire, du moins on évitera tout « piège à crasse » et flèche négative sur les appendices. Les windsurfers connaissent bien les « ailerons anti-algues » (exemple gamme Select).

Ailerons « anti-weed » de la gamme Select

Pour les voiliers les plus grands destinés à croiser au large, on peut envisager un système automatique « balayant » le profil. La commande d’un tel système peut être assez simple : 2 ou 4 jauges d’effort mesurant les flexions du foil dans deux directions.

En vert, les jauges permettant de connaître la portance disposées sur l’intrados et l’extrados), en rouge celles permettant de connaître la traînée. On en déduit le rapport Cz/Cx. Ce système peut être complexifié (rajout d’une sonde de vitesse) ou simplifié (se servir de seulement 2 jauges au lieu de 4)

Cela permet de connaître le rapport Cz/Cx (coefficient de portance/coefficient de traînée). On mesure la polaire en condition normales (exemple de polaires).

Exemple de deux polaires de foils. Ici, CL=Cz et CD=Cx

Dès que le calculateur mesure, pendant plusieurs secondes, un point qui est en dessous de cette polaire (Cx trop élevé), il décide de balayer un coup ou de déclencher une alarme. Si le système mesure un point au dessus de cette polaire, cela signifie qu’il a buggé. Ou alors que le foil a une conception tellement atypique qu’un obstacle diminue son Cx… J’ai imaginé rapidement 2 systèmes de « balayage ».

Navette glissant le long du bord d’attaque. Cette solution ne fonctionne pas pour les foils à fences. Toutefois, elle serait utile pour nettoyer les moucherons collés sur les bords d’attaques des planeurs et dégradant leurs performances.

Ici, c’est (en rouge) un câble noyé dans le bord d’attaque, attaché à l’extrémité du foil, qui, lorsqu’il est tendu (son deuxième point d’attache est à l’avant du flotteur), entraîne avec lui les algues et augmente la flèche apparente, les algues glissent donc vers la pointe du foil. Ceci effectué, le point d’accroche supérieur reviendrait en position et le câble se relogerait dans le "BA"

Type II

Les obstacles de type II sont les plus impressionnants. Comme l’écrit C. Tisserand :

 » … Il ne faut pas perdre de vue non plus, même par mer calme, les accidents qui peuvent être causés aux ailes marines par les corps flottants : il n’y a en effet aucune commune mesure entre heurter un « fût de 200 litres » avec l’étrave d’un « classe III » à 10 nœuds et avec une aile marine à 25 nœuds ! Il n’y a aucun espoir d’arriver jamais à réaliser une structure résistant à un pareil choc. Il est nettement préférable de rechercher des structures « effaçables », c’est-à-dire dont les ailes marines peuvent se replier vers l’arrière en cas de choc, avec un minimum de dégâts (rupture d’un câble par exemple)…”

La solution de l’effacement (foil articulé, tel un safran de voile légère) ne me paraît pas judicieuse à haute vitesse (plus de 30nds), car l’inertie du foil (pièce massive car reprenant des efforts très élevés, foil de l’Hydroptère : 240kg, 6 m) l’empêchera de pivoter suffisamment vite. Un peu comme si vous lanciez en l’air une brique et la frappiez avec une batte de base-ball : la brique est libre de se déplacer (le foil peut pivoter) mais son inertie fait que l’impact sera élevé et causera sa destruction. De plus, l’effacement induit une perte de portance brutale qui peut être très problématique (crash d’un hydroptère ou envol d’une aile d’eau). Mais ce volume important, qui rend ces obstacles si terrifiants, est aussi leur point faible : il permet une détection très aisée. C’est là que le groupe Safran (Sagem) entre en jeu, avec son détecteur d’OFNI. Ce système fonctionne via une caméra infrarouge, a l’avantage d’exister mais est peut-être trop high-tech pour le plaisancier. Ce genre de système, reposant sur une caméra dont les images sont stabilisées (gyroscopes, accéléromètres…), et éventuellement un logiciel de reconnaissance de formes, est plus dans l’univers de la défense anti-missiles (dont il est d’ailleurs issu) que du nautisme.

On peut par contre envisager un sonar, voire un sonar 3D, immergé et dirigé vers l’avant (par exemple intégré dans le bulbe de liaison d’un foil en T). Lorsque le sonar détecte un obstacle, il émet une alerte ou commande un changement de cap au pilote automatique, et ce jusqu’à ce que l’obstacle ne soit plus détecté. Le pilote reprend le cap une fois que le GPS indique que le voilier a parcouru deux fois la distance de détection du sonar…Le système peut même être raffiné afin que le pilote abatte quand le bateau est au près, et lofe quand le cap à suivre est au largue, évitant ainsi tout virement/empannage impromptu. L’inconvénient de ce sonar est qu’en cas de mer formée, il sera peu en mesure de détecter un obstacle flottant avec peu de tirant d’eau (ex : grande planche de bois à la surface). Les obstacles à la surface peuvent par contre être vus par le barreur, qui sera éventuellement assisté d’une caméra (infrarouge pour la nuit) disposée en hauteur. Plus spécifiquement pour les cétacés, des systèmes dits « pinger » existent déjà. Ces systèmes, se basant sur des sondeurs classiques, avertissent (ou plutôt font fuir) les cétacés. A noter que le sonar précédemment évoqué sert aussi de pinger.

Type III

Non en réalité, ce sont les obstacles de type III qui posent le plus de problèmes. Ce sont quasi exclusivement des dispositifs de pêche, et ils sont très répandus, sur toutes les mers du globe. Leur faible volume interdit la détection automatique par un moyen simple et fiable. Ne reste plus donc que la solution de l’effacement, et du bord d’attaque tranchant. A quelle occasion de l’histoire aéronautique, ce problème de résister à des câbles a t-il déjà été posé? Hé bien, comme quasiment tout en aéronautique, lors de la 2nde guerre mondiale.

« Fin juin 1944, les Allemands s’aperçurent que les Britanniques commençaient à dresser des rideaux de ballons captifs le long des côtes, ainsi qu’à la périphérie de Londres et des principales agglomérations visées, pour déséquilibrer les V1 et les faire chuter prématurément. Les câbles retenant ces ballons endommageaient ou sectionnaient les ailes des missiles, provoquant leur perte de contrôle. Les Allemands installèrent donc une lame tranchante sous le revêtement du bord d’attaque des ailes, pour trancher les filins retenant les ballons, évitant ainsi l’endommagement ou l’arrachement de la voilure. La parade se révéla si efficace que les Anglais perdirent 630 ballons durant l’offensive V1 contre l’Angleterre » (voir information issues du site Association Fort de Litroz-DR). On peut citer aussi le Northrop XP-79 « Flying ram ».

Northrop XP-79 « Flying ram »

Les premiers jets étant bien plus rapide que les bombardiers à hélice qu’ils devaient abattre (+ 400km/h), et ne disposant que de canons à courte portée (600m), il était difficile pour les pilotes de ne pas percuter leurs cibles. Cet avion devait donc être équipé de bords d’attaque en magnésium de 1,9 cm d’épaisseur, non pas comme technique principale d’attaque, mais « au cas où ». Autre projet, resté lui sur la planche à dessin, le « Zeppelin rammer ».

Projet « Zeppelin rammer »

Ce petit « planeur » devait être remorqué par un chasseur, largué à bonne altitude, puis il allumait son moteur-fusée à combustible solide, effectuant une première attaque classique (roquettes),  puis une seconde en percutant sa cible avec ses ailes renforcées. Il y a au moins deux cas d’avions (Fouga Magister et EA-6B) ayant coupé des cables de remontées mécaniques avec leurs dérives et ayant continué leur vol sans problème. Bien d’autres cas impliquant des avions et des lignes électriques ou téléphoniques existent. Des couteaux en acier traité, disposés à l’intérieur de la stratification du bord d’attaque d’un foil, permettraient donc d’avoir un bord d’attaque épais, mais résistant à un obstacle de type III, le tranchant s’il oppose suffisamment de résistance. Sinon, le voilier perd juste progressivement de la vitesse, et un « balayage » peut être effectué. En cas de choc violent suivit du « tranchage » de l’obstacle, cela se fait au prix d’une légère détérioration du profil (la matière englobant localement la lame est enfoncée/arrachée). On pourra, après arrêt, réparer sur place (il existe des mastics et époxy pouvant être appliquées sous l’eau).

Un des cocktails de solutions possible

Un foil en légère flèche, équipé de lames aciers noyées dans le bord d’attaque, et d’un sonar relié au pilote automatique, me paraît être un système simple, réalisable facilement et permettant de régler le problème de la plupart des obstacles rencontrés au large.

Toutefois, des systèmes plus complexes (balayage automatique des algues, meilleure détection, tir de torpille préventive ^^) restent à mettre au point. Avec l’augmentation de la vitesse des grands voiliers océaniques, et l’hécatombe qui s’en suit au niveau des voiles de quille, dérives et safrans, il y a fort à parier que l’innovation viendra de ce domaine où les budgets sont élevés, plutôt que du monde des foilers.

Ps : j’ai lu ici (pages 2,3,4) la possible présence d’un sonar sur l’Hydroptère mais sans pouvoir vérifier l’information et définir ses capacités. En savez-vous plus

Par Xavier Labaume 05-2010