Des hydroptères hauturiers ?

29 mars 2015

Cet article de Daniel Charles, est le second d’une série de trois sur les hydroptères hauturiers (Volet 1)

Durant longtemps, la seule raison d’être des hydrofoils à voile fut de voler -pas d’aller quelque part. L’incroyable sensation d’être soulevé hors de l’eau, de naviguer sur le fil du rasoir… c’était stupéfiant, addictif ! Il n’y avait rien de pareil ! Seule une élite connaissait cela ! A Weymouth ou à Brest dans les années 1970-80, ceux qui avaient sacrifié tant d’heures dans l’espoir de connaître cette éphémère bouffée d’adrénaline étaient des gens à part: pour voler en hydrofoil à voile, il fallait non seulement en avoir dans la culotte, mais aussi dans le ciboulot, ce n’était pas donné à tout le monde, allez ! La preuve : le premier à s’être ainsi envoyé en l’air, Robert Gilruth, travaillait à la Naca avant de terminer sa carrière comme patron de la navette spatiale… Aah, voler sur foils…, c’était tellement extra-ordinaire que ce pied de nez à Archimède et Newton se suffisait à lui-même. L’horizon des foileux n’allait pas au-delà des 500m du record de vitesse à la voile, personne n’imaginait sérieusement aller se balader au-delà de l’horizon géographique (le vrai).

Catafoil de Bob Gilruth – extrait livre Sailing Hydrofoil

Catafoil de Bob Gilruth – extrait livre Sailing Hydrofoil

Certes, Williwaw avait prouvé que l’on pouvait amener un hydrofoil très loin –mais la vitesse moyenne de ce trimaran volant de 9,75m avait été inférieure à 6 nœuds (Note 1). A partir de 1979 et Paul Ricard, on a vu une série de trimarans stabilisés par foils –mais eux ont vu les tableaux arrière des meilleurs bateaux archimédiens. En mai 2002, à Dournenez, par 15-20 nœuds de vent, l’Hydroptère régata pour la première fois contre les tris de 60’ de la défunte classe ORMA ; le « voilier volant » termina le parcours en 1h 31m 39s ; le vainqueur (le trimaran Bonduelle) avait gagné en 45m 15s, soit… moins de la moitié du temps ! Dont acte : après 63 ans d’essais (1939-2002) les hydroptères à voiles étaient juste bons (mais alors très bons !) pour s’envoyer en l’air, et pas pour régater (Note 2) ni pour aller quelque part et encore moins affronter les vagues du Grand Sud.

Notes :
1 – C’était à peu près la même moyenne que celle du monocoque Pen Duick V dans la Transpac. Les voiliers allaient lentement, alors !
2 – Un Moth avec des foils latéraux perçant la surface avait bien gagné une des manches du championnat du monde en 2001, mais comme il s’assimilait à un multicoque il fut déclaré illégal.

Telle était la situation il y a treize ans. Ce n’est rien treize ans, un battement de paupières de l’histoire, la durée de vie d’une mouette, moins de la moitié de celle d’un crapaud commun…

L’Hydroptère Douarnenez – F Monsonnec 2002

L’Hydroptère Douarnenez – F Monsonnec 2002

Un miracle peut en cacher un autre

Pour voler, il fallait créer de la portance, et l’on chercha à la maximiser, en sélectionnant des sections d’ailes particulièrement porteuses à 6, 7, 8° d’incidence. Il y a seulement dix ans, les Moths à foils tandem adoptaient encore une assiette longitudinale aussi angulée (Note 3) … jusqu’à ce que les exigences de la compétition et la cruauté des palmarès rappellent une vérité que tout le monde connaissait, dont la réalité physique avait été prouvée avant même que Gilruth se hisse sur ses premiers foils. Pour voler il fallait certes créer de la portance, mais pour voler bien il faut minimiser la traînée. Et profiter d’un autre miracle, connut de tous, mais dont l’ivresse du vol avait caché l’importance.

Note :
3 – L’angulation du foil par rapport à la coque était proche de zéro, donc on cabrait tout le bateau de 4-6°.

Ce miracle, c’est qu’aux faibles angles d’incidence la portance est gratuite. Elle ne coûte rien ! Nada ! Zilch ! Jusqu’à, disons, 3 à 7° d’angle d’incidence selon le profil, la vitesse est transformée en portance sans que la traînée n’augmente (Note 4). Par contre, au-delà de cet angle critique c’est le coup de bambou, le matraquage en règle, l’assommoir : la traînée augmente alors beaucoup plus vite que la portance. La courbe portance/traînée, qui définit l’efficacité du profil en fonction de l’angle d’incidence, ressemble à la moitié d’un seau, un fond plat puis un flanc qui remonte brutalement. En conséquence les aérodynamiciens ont appelé cette portion de courbe « lift-drag bucket », le seau portance-traînée. Comme on le voit dans la figure ci-dessous, tous les profils ne sont pas égaux : certains ont un « seau » bien plus marqué que d’autres, inexistant sur un profil Naca 2415 alors qu’il s’étend de 0 à 7° sur un Naca 66-415. Pour voler bien, il faut impérativement rester au fond du seau.

Note :
4 – A part, bien sûr, la résistance de friction, qui augmente linéairement avec la vitesse.

Exemple de seau sur Naca 66-415

Exemple de seau sur Naca 66-415

Hélas, rester dans cette fourchette étroite n’était pas possible. Je me souviens d’un bord de près à la Petite Coupe de l’America en 1987 (bien avant les foils) : The Edge, futur vainqueur, fonçait à 19 nds en baie de Melbourne dans un mètre de creux (Note 5), et à vue de nez le Classe C tanguait de plus et moins 12°. Une amplitude de 24° ! Trois fois les 7° nécessaires pour rester au fond du seau ! C’était ça le monde réel, et à son entrée il y avait un écriteau annonçant : « Foileux qui entrez ici, abandonnez toute espérance ! »

Note :
5 – Christian Février et moi nous trouvions sur un tout petit canot à moteur, et nous avions manqué couler

The Edge Class AUS – photo Christian Février

The Edge Class AUS – photo Christian Février

John Ilett et sa baguette magique

Il aurait fallut varier l’angle d’incidence dix, vingt fois par seconde : humainement impossible (et de toute façon les hydrofoils n’étaient bons qu’à voler, même pas a battre des records de vitesse (Note 6), alors pourquoi s’en faire ?).

Une solution avait bien été inventée bien loin de la mer par un type du Middlewest, un certain Gordon Baker mort depuis, ses expériences de 1957 étaient tellement mal connues que le premier journaliste à aller les voir ne l’avait fait qu’en 1981, et on n’allait pas croire ce dernier vu que c’était un belge un peu cinglé (pléonasme) qui dessinait des praos… Un journaliste ne suffisait pas pour révéler la magie. Pour cela, il fallait un magicien, un sorcier.

Note
6- Le premiers records officiels datent de 1972, et il fallut attendre 37 ans pour qu’en 2009 un bateau (L’hydroptère) complètement supporté par foils établisse un record sur 500m toutes catégories. Trente-sept ans…

Le sorcier John Ilett –montage D Charles mars 2015

Le sorcier John Ilett –montage D Charles mars 2015

Celui-ci apparut durant les premières années du XXIème siècle équipé comme il se doit d’une véritable baguette magique. J’imagine que les Perthiens et les Perthiennes finiront par lui élever un monument dans Herdsman Park à Perth (Western Australia). On y découvrira leur compatriote John Ilett, sculpté en fibre de carbone, terrassant d’un pied foilé Archimède impuissant sous la baguette du Maître. Ce sera fort joli.

Moth Katana de Nicolas Bessec – F Monsonnec juillet 2010

Moth Katana de Nicolas Bessec – F Monsonnec juillet 2010

  • L’invention de John Ilett était (comme toutes les inventions) un assemblage nouveau de techniques et connaissance anciennes.
  • De toute une série d’expérimentateurs Ilett reprenait l’idée d’un foil arrière sous le safran, dont le barreur pouvait régler l’incidence et, de là, l’assiette longitudinale du bateau.
  • De Christopher Hook il reprenait l’idée du palpeur de surface, mais en remplaçant les patins par une mince baguette articulée à l’étrave, ce qui économisait un paquet de traînée.
  • Cette baguette (wand) commandait le volet de bord de fuite du foil central, sous le centre de gravité.
  • Dans le passé, le foil arrière commandait la portance en changeant l’assiette du bateau ; il fallait donc combattre l’inertie de l’ensemble ; John Ilett, en variant la portance directement sur le foil principal, rendait les corrections plus rapides et de moindre amplitude, avec moins de traînée.
  • Le dernier apport de John Ilett innovait par soustraction : il retirait aux vieux foils leur fonctions antidérive et stabilisatrice. Dès les premiers Moths volants, le barreur apportait la stabilité ; les supports verticaux des deux foils en tandem servaient de plan antidérive ; les deux foils en tandem n’avaient plus qu’à fournir la portance verticale (Note 7).

Note :
7 – Je simplifie ; au près, les Moths avancent avec une contregîte marquée de manière à ce que la portance du foil contribue également à lutter contre la dérive. Cela permet de limiter la taille et l’angle d’incidence du montant vertical supportant le foil central et agissant comme dérive. Cette réduction de surface est évidemment payante aux autres allures.

Hydrofins C Hook - Life 5-06-1950

Hydrofins C Hook – Life 5-06-1950

Toutes ces innovations entraînaient une révolution. En mars 2014, Ned Goss sur un Moth Mach 2 a maintenu durant 10 secondes 35,9 nds, avec une pointe à 36,5 nds (Note 8). Quand on pense que ces vitesses sont atteintes avec seulement 2,2 fois la surface de voilure d’un Optimist, on ressent un certain vertige…

Note :
8 – Sailing Anarchy, 14 mars 2014

Evolution de la forme des foils de Moth – Bruce McLeod

Evolution de la forme des foils de Moth – Bruce McLeod

Evolution

Depuis dix ans, les foils de Moths ont évolué dans deux directions. D’une part, l’envergure a augmenté, pour diminuer la traînée (Note 9). D’autre part, on s’est orienté vers des foils plus épais ce qui permet, à traînée et portance égales, d’augmenter l’inertie de la section et de réduire le poids (Note 10). On remarque sur la figure page suivante (qui ne tient pas compte de la portance) combien le drag bucket de l’Ilett Square (Fastacraft v1) est visible.

Notes :
9 – Les trois illustrations de ce paragraphe sont dues à Bruce McLeod à http://www.teknologika.com/mothblog/the-evolution-of-moth-main-hydrofoils/
10 – Les profils adoptés s’apparentent à des profils d’ailes supercritiques (poursuivant des objectifs structurels similaires, entre autres). En plus, les profils supercritiques d’avions visent à étaler le pic de l’onde de choc aux vitesses transsoniques, un problème qui ne concerne évidemment pas les Moths. On peut s’interroger sur le gain de traînée possible avec une aile complètement mobile sans volet, et un joint déformable en élastomère lisse entre le montant vertical et le foil ; cela impliquerait cependant d’adopter des profils avec un centre de poussée variant très peu avec l’angle d’incidence.

Portance et trainée foils Ilet square/Ilet Tapered / Bladerider – Bruce McLeod

Portance et trainée foils Ilet square/Ilet Tapered / Bladerider – Bruce McLeod

 

Profils NACA 63-412 et Blaserider – Bruce McLeod

Profils NACA 63-412 et Blaserider – Bruce McLeod

On remarquera que la surface du foil a peu changée ; par contre la tendance vise clairement à obtenir le plus grand allongement possible.

Il me semble (mais je peux me tromper) qu’au fil des années, la baguette de Mr Ilett s’est inclinée graduellement, diminuant la distance entre le palpeur et le foil, sans doute pour que le point de mesure soit le plus proche possible du foil. Si c’est bien le cas, cela augurerait mal des possibilités de cette méthode de palpage d’extrapolation dans les plus grandes tailles.

Quoiqu’il en soit, l’une des caractéristiques les plus étonnantes des Moths à foils est leur garde au sol très élevée, de l’ordre de 10-12 % de la longueur de coque (à peu près le double d’un AC 72). La garde au sol est évidemment une donnée cruciale dans l’hypothèse d’un hydroptère hauturier.

Bon et après ?

Le Moth est évidemment un cas atypique. Le poids de l’équipage (voué à la stabilité) y représente 60% du poids total : non seulement son apport à la stabilité est formidable mais encore l’inertie des poids du bateau en devient relativement négligeable. Le gréement (mât, voile, gréement) n’entre que pour 7% dans le poids total, alors qu’il est près du double dans un tri de 60’. Ces différences de proportions peuvent complètement changer les données du problème dans une mer formée, où l’influence d’un poids dans les hauts augmente comme le cube de la distance depuis le centre de gravité.

Moth à foils – photo James Boyd

Moth à foils – photo James Boyd

Ne peut-on envisager un super-, voire un hyper-Moth comme on construisit dans les années 1950 un « Star x 3 » (Note 11)? Hahaha. Il y en aura toujours pour imaginer un bateau hauturier dont la stabilité serait assurée par les déplacements instantanés d’un équipage dont la force herculéenne (zé-inextinguible) réglera au quart de seconde le réglage des voiles. Pourquoi pas ? Il y a même des convaincus de la planéité de la terre (Note 12)! Cependant, les plus réalistes ne se satisferont pas de ces chimères. « On ne peut pas extrapoler du petit vers le plus grand, parce que de nombreux systèmes qui fonctionnent en petite taille ne fonctionnent pas en taille plus grande », écrivait déjà Galilée en 1638 (Note 13). Il y a un truc qui s’appelle l’effet d’échelle, qui fait que si l’on double une longueur, la voilure sera multipliée par quatre (normal, c’est une surface) et le volume, donc le poids, par huit (23). On ne peut donc extrapoler un Moth à 60 pieds (x5,45), parce qu’avec l’effet d’échelle le rapport poids puissance passerait d’un excellent 57m²/T à un misérable 10,5m²/T (Note 14) ! C’est-à-dire qu’au lieu d’avoir un rapport poids-puissance égal à celui des meilleurs racers d’aujourd’hui, on retomberait au niveau de leurs ancêtres des années 1965 : le Tina, plan Dick Carter et multiple vainqueur de la One Ton Cup, n’affichait que 12,8m²/T.

Notes :
11 – Il s’appelait Attila et s’empressa de mériter son nom, sauf que les dégâts concernaient sa structure et le portefeuille du propriétaire. Capable de faire 11-12 nœuds au près (dit-on), Attila se fit tout de même battre lors du Vive-Vire marseillais de 1961 par un 505. Attila avait été construit pour Albert Debarge, second au championnat du monde des Stars en 1957 (son équipier s’appelait Paul Elvström et son vainqueur Lowell North). Le noceur Debarge était un ami des rois de la nuit Castel et Barclay ; industriel pharmaceutique (il produisait la pilule anticonceptionnelle), il semble qu’il se soit diversifié dans la drogue ; il se suicida en novembre 1972, d’une balle dans le dos, dit-on. Le second propriétaire d’Attila, Jean Guichet, transforma l’incontrôlable sloop en ketch ; il appartint également au chanteur Sacha Distel avant de faire naufrage en Corse. Voilà : c’était ma minute culturelle.
12 – http://www.theflatearthsociety.org/cms/
13 – Galilée, dans « Discorsi e Dimostrazioni Matematiche, interno à due nuove Scienze ».
14 – Avec une échelle de 545%, la voilure (échelle au carré) n’aurait que 237m² alors que le déplacement se monterait (échelle au cube) à 22666 kg! D’accord, on réussirait sans doute à fabriquer un engin bien plus léger –mais même en divisant le poids par trois on resterait loin du compte : en dessous de 50m²/T autant rester au lit.

Ne nous y trompons pas, le rapport poids-puissance est capital. Si les vitesses ont triplé ou même quadruplé depuis 40 ans, c’est parce que le rapport poids-puissance faisait de même. Augmenter la vitesse impliquera d’une façon ou d’une autre d’augmenter aussi la puissance à poids égal.

Dont acte : la configuration du Moth à foil ne sera pas adoptée pour un hypothétique engin hauturier, mais on peut –on doit !- en retenir certains princi _ _…

…Ouais, bon, je sais bien, cela fait quelques paragraphes que vous vous demandez pourquoi je m’acharne sur les Moths, pourquoi (si je veux vraiment parler d’hydrofoils hauturiers) je ne mentionne pas les AC 72 et autres multicoques à foils, qui sont autrement plus pertinents et cetera… mais j’implore votre patience : même si cela n’en a pas l’air, je sais très bien où je vais. Courage ! Un peu de mystère n’a jamais tué de lecteur !

…on doit en retenir certains principes validés par les Moths, à savoir :

  • si l’on veut voler vite et bien, inutile d’envisager des foils en V ou en échelles, ou à faible allongement : il faut réduire la traînée ;
  • pour réduire la traînée il faut TOUJOURS rester au fond du seau portance-traînée ; en d’autres termes l’angle d’attaque du foil DOIT toujours rester faible (< 3 à 7°), ce qui implique IMPERATIVEMENT une incidence automatique ;
  • pour réduire la traînée il faut que la variation de la portance se fasse directement sur le foil, sans avoir à changer l’angle d’incidence de tout le bateau (qui impliquerait de vaincre l’inertie du bateau);
  • pour réduire la traînée, il faut séparer les rôles et ne demander qu’une seule chose à faire un foil (porter le bateau ou le stabiliser ou changer l’assiette : il faut choisir)
  • et (bien entendu) il faut réduire la traînée !

La question de la stabilité

On contestera que je fasse une césure entre portance et stabilité, enfin !, une portance est une portance, dans un monocoque Monsieur Archimède ne fait pas la différence entre une carène droite ou gîtée. Bien sûr –sauf qu’il nous faut rester au fond du seau ! Un foil chargé de la seule portance devra répondre aux sollicitations du tangage (Note 15) ; un autre en charge de la seule stabilité devra s’adapter aux variations de roulis et de couple de chavirement de la voilure. Or les périodes de roulis et de tangage sont très différentes : répondre à l’une dans les temps signifie que l’on sera à contretemps pour l’autre – et zou !, on aura quitté le fond du seau.

C’est pour cette raison que je crois la formule actuelle des catamarans à foils –AC 72, AC 45, GC 32, Classe C, Phantom…- inadaptée pour un hydrofoil hauturier : le foil sous le vent assurant toujours la portance comme la stabilité, il risque d’être constamment poussé hors du seau. En plus, l’on n’a pas besoin de deux foils arrières, ni de deux bras structuraux : l’architecture à deux coques ne se justifie pas vraiment dans ce cas là.

Note :
15 – Et du couple de cabanement de la voilure, j’y arrive…

GC32 AEZ- picture James Boyd

GC32 AEZ- picture James Boyd

Le problème du foil oublié

Il reste un foil dont nous n’avons pas parlé jusqu’ici, et que l’on a un peu tendance à oublier dans ce rôle: il s’agit du foil propulseur. La voilure est un foil comme les autres, avec ses exigences d’efficacité et ses effets sur l’ensemble du bateau.

On le sait, seule une faible portion de la portance générée par le foil « voilure » sert à la propulsion, le reste étant orienté latéralement pour faire dériver et gîter le bateau ; certains ont essayé, en orientant le foil « voilure » en diagonale, de transformer cette portance latérale en une portance verticale (c’est le cas sur Vestas Sailrocket 2 – Note 16). Tellement de gens se sont penchés sur cette question que je m’en vais la glisser sous le tapis… On ne va pas s’étendre sur de la philosophie avancée alors que nous avons devant nous une question de physique élémentaire : soit une voilure « verticale » normale ; le centre de voilure sera au-dessus du centre de gravité ; donc la composante latérale de sa portance provoquera un couple de chavirement. Tout le monde sait cela –mais la plupart des gens oublie que cela s’applique aussi à la portance longitudinale (propulsive) : puisque le centre de voilure est au-dessus du centre de gravité, il se crée à chaque augmentation de portance un couple de chavirement longitudinal, dit (horresco referens !) « couple de cabanement ». Aaargh ! C’est lui le méchant, le détestable, la plaie qui fait passer les multicoques cul par-dessus tête ! C’est le couple de cabanement qui mérite vos sifflets, vos huées, vos lazzis et vos boules puantes ! C’est pour combattre ce couple infernal qu’on a reculé les gréements et que la quête de mât est sortie de son purgatoire centenaire ! Et le pire, le vrai cauchemar, c’est que cette abomination fonctionne dans les deux sens.

Note :
16 – La solution d’un bateau monodrome (qui ne vire pas) comme Vestas Sailrocket 2, où la portance est en très grande partie assurée par l’effet de sol produit par sa poutre profilée, n’est pas envisageable sur un parcours hauturier, les vagues perturbant l’écoulement sur la poutre.

Projet de prao à foil et voile rigide inclinée – D Charles 1990

Projet de prao à foil et voile rigide inclinée – D Charles 1990

Notre cher brave vieux couple de chavirement transversal est, lui, à sens unique: la voilure pousse plus ou moins fort et –sauf conditions extrêmes- l’état de la mer n’a qu’une influence minimale. Au contraire, le pervers couple de cabanement s’intensifie si la portance de la voilure augmente ET si la traînée du bateau s’accroît (Note 17). Le bateau est freiné dans une vague mais la voilure pousse toujours et… pataplouf !

En d’autres termes, pour combattre le couple de cabanement, contrôler la portance de la voilure ne suffit pas : il faut aussi contrecarrer les variations de résistance à l’avancement du bateau… lesquelles, justement, caractérisent la progression d’un voilier dans une mer formée. Résoudre ce problème est donc LA condition sine qua non pour le succès d’hydroptères hauturiers.

Note :
17 – Bien entendu, l’inertie de chaque partie du bateau (qui augmente avec la distance du centre de gravité) ne fait qu’empirer la tendance au cumulet avant !

Asservir le couple infernal –mais comment ?

La baguette magique de Mr Ilett sert à moduler finement la portance d’un foil central dont la direction est présumée proche de la verticale. En ce qui concerne l’assiette longitudinale de tout le Moth à foils, il y a la portance du foil arrière (réglée par le barreur) et/ou la position de l’équipage (le barreur lui-même). Dans une mer formée, où la surface de référence de la baguette cesse d’être horizontale, une telle solution ne suffira pas pour rester au fond du seau.

Et là, soudain, j’ai l’impression d’enfoncer une porte ouverte. Tout ce que je raconte-là… mes imprécations à l’encontre du couple de cabanement… c’est une vieille barbe ! Tellement vieille que cette problématique-là fut à la base même du premier voilier hydroptère qui ait vraiment bien marché. Monitor a volé parfaitement au temps où les autos avaient encore des ailerons, le Mirage III n’avait pas encore décollé, et la moitié des ménages français n’avaient pas de lieu d’aisance dans leur lieu de vie. Pendant près d’un demi-siècle, Monitor est resté le seul hydrofoil à voiles à survoler les flots avec une stabilité de cuirassé, le seul à avoir vaincu clairement et sans appel le couple de cabanement. Comme par hasard, c’était aussi le seul à avoir fait de cette victoire une priorité, et à avoir pris le taureau par les cornes.

Avant Monitor, Gordon Baker -mentionné plus haut- avait testé un premier hydroptère sur lequel il s’était pris quelques pelles ; la tendance au crash-dive (le couple de cabanement augmente, le bateau pique du nez, l’incidence diminue, donc la portance, le bateau plonge, crash) l’avait interpellé à grand coups de flotte dans la tronche. Gordon Baker n’était pas amusé (Note 18). Il inventa donc (et breveta) un système pour mettre le couple de cabanement en échec.

Note :
18 – Le même genre de phénomène avait été vécu par Nat Herreshoff sur son premier catamaran, Amaryllis, ce qui l’avait conduit à imaginer ces étonnants catamarans articulés.

Monitor et son foil arrière régulé par les efforts du gréement – via Mariner Museum

Monitor et son foil arrière régulé par les efforts du gréement – via Mariner Museum

Schéma via « Monitor Hydrofoil Sailboat » - Niel C Lien

Schéma via « Monitor Hydrofoil Sailboat » – Niel C Lien

En pratique, le pied de mât est monté sur un axe transversal, et le gréement peut pivoter d’avant en arrière. Les étais sont reliés à une structure pivotante dans la coque. A cette structure sont connectés un ressort dont la tension est réglée par l’équipage, et une barre push-pull qui commande l’angulation du foil arrière. Supposons que la portance propulsive augmente : le mât pivote vers l’avant, entraîne (via la structure pivotante et la barre push-pull) une diminution de l’incidence du foil arrière, le bateau se cabre, la portance des foils avant augmentent, à ce moment le ressort atteint sa tension de référence et relie la traction du gréement au bateau, et… bateau vole ! Bien entendu, l’opération se fait par incréments minuscules, plusieurs fois par seconde. Par ce système il est impossible au couple de cabanement de déséquilibrer Monitor –mais ce n’est pas tout.

Imaginons qu’une grosse vague se présente. La résistance à l’avancement augmente…,
le bateau pique du nez…,
donc la portance du foil arrière diminue…,
donc la barre push-pull pousse sur la structure pivotante qui relâche le ressort qui laisse filer le mât, désaccouplant le moment de cabanement le temps que le bateau retrouve son équilibre.
Le système fonctionne donc dans les deux sens, comme le couple qu’il doit combattre.

Evidemment, le système mécanique de Baker pourrait être remplacé par un autre, électro/hydraulique par exemple. Qu’importe, tant que le crucial feedback voilure/ bateau est maintenu. Sans lui, je crains que l’hydrofoil hauturier reste un mirage.

Zutalor, v’la aut’chose !

Lors de la récente 5th High Performance Yacht Design Conference à Auckland, Burns Fallows (Note 19) a rappelé que, durant les trois ou quatre dernières décennies, les records de sprint en course à pieds ont baissé de 3%, ceux de cyclisme de 10%, mais ceux sur 500m à la voile ont été atomisés de 81%, et de 77% pour les 24h à la voile (Note 20). On pourrait se dire que cela va s’arrêter –mais pas du tout ! Sur le graphique ci-dessous, j’ai tracé, année après année, les records de vitesse sur 500m (échelle de gauche) et ceux sur 24h (échelle de droite). La tendance historique à long terme est franchement haussière même si à court et moyen terme il faut s’attendre à un plateau pendant quelques années (Note 21).

Notes :
19 – Directeur de North Sails
20 – Source: Keith Taylor dans Scuttlebutt #3288 – 11 March 2015
21 – On ne construit plus de multis géants comme Banque Populaire, et il faudra un sacré bond technologique pour dépasser Vestas Sailrocket 2.

Evolution des records sur 500m et 24h – D Charles mars 2015

Evolution des records sur 500m et 24h – D Charles mars 2015

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Donc on va devoir y passer, à l’hydrofoil à voile hauturier ! Et peut-être même y arrivera-t-on très vite. Il reste cependant un problème loin d’être réglé…

…Une année, Baker amena Monitor en baie de San Francisco. Dans le Golden Gate, sur un bateau aussi petit que Monitor (7,92m), la navigation peut être rude. Gordon Baker et Neil Lien affrontèrent des vagues de 1-1,2m, équivalentes à des creux de 2,5m pour un 60’ (mais avec une amplitude bien plus courte). Monitor restait im-per-tur-bable. Un vrai cuirassé ! Par contre ses correctifs de portance entraînaient des accélérations et décélérations verticales désastreuses pour les estomacs. Ce mal de mer là pourrait être autrement plus difficile à contrôler que les foils…

Daniel Charles
Mars 2015


Ptites news 33

21 juillet 2014

Voilà une mini Ptites News d’été !
Un grand merci à ceux qui m’ont transmis des info. sans eux la page serait blanche ou presque.

A – Voile

Trifoiler
Roulements de tambour SVP, François Lys qui volait déjà depuis plusieurs années en Tornado à foils puis en Mystère est l’heureux propriétaire d’un Trifoiler venu tout droit des states. Voici des images de Maurice Gahagnon, excusez du peu !

 

F2 = 1/2ρ x V² SC2
Il y a déjà plusieurs semaines que nous échangeons avec Philippe et que j’ai la chance de découvrir les photos de son hydrofoil. Cela fait plaisir de voir que certains, comme Gurval ou Armand…., se lance encore dans la réalisation d’un engin volant. J’ai rencontré Philippe il y a quelques jours, de nouveaux essais sont prévus dans une zone de «sécurité» (et vaseuse !) avant des essais en mer…

F2 = 1/2ρ x V² SC2  de Phil  De Braeckelaer - photo PDB 01-06-14

F2 = 1/2ρ x V² SC2 de Phil De Braeckelaer – photo PDB 01-06-14

TFV
J’aurai voulu y être comme sûrement d’autres lecteurs, la Foiling Week s’est déroulée du 08 au 10 juillet sur le Lac de Garde. D’intéressantes vidéos sur le site. Et aussi de belles images ici.

Première sortie du Fodiator
Armand est dans l’ensemble satisfait du bateau. Le montage est rapide, la mise à l’eau facile… le reste sur son site : moi j’aime (la rotation du banc par exemple) !

Sailrocket
Merci GG, pendant que je fais autre chose que fouiner foil, GG fait l’intérim et me signal du lourd. Un certain Paul Larsen prépare un nouveau SAILROCKET III !

Raphael Censier
On parle de Raphael Censier même en Russie !

Flying Phantom
Info qui sent un peu la moisissure (vu la date de parution), Philippe Presti, entraineur d’Oracle, veut utiliser le Flying Phantom pour préparer la Cup

Semaine de vitesse de Brest nouvelle version !
J’évoquais cette info. dans la dernière Ptites News, voici la suite.

Ouest France 17-06-14

Ouest France 17-06-14

Stéphane Rousson
Pour ceux qui ne connaitraient pas le projet de Stéphane, une visite sur son site s’impose. En « 2 mots » : ballon + chien de mer…

RC
Je ne me lasse pas de ces images de modèles réduits à foils

Croisière rapide
Sur l’excellent blog Proafile, des dessins d’un projet de cata de croisière à foils signé Paul Bieker.

Kite
Tout est dans le titre (de la vidéo pas dans la chanson), I believe I can fly The best of Kitefoil ! Le top du kite à foil…

Forum
Ca cause foils sur Les foilz . com, quoi de plus normal

B – Moteur

Solar1 Monte-Carlo Cup
Mi juillet à eu lieu à Monaco la Solar1 Monte-Carlo Cup, la première course de bateaux propulsés uniquement à l’énergie solaire. 25 équipages avaient fait le déplacement, la plupart depuis des universités du nord de l’Europe et des Etats-Unis. En Open Class, la plus innovante avec une seule restriction, la longueur limitée à 8 mètres : doublé hollandais. Les Russes du Team Beluga Powered by Synergy remportent l’épreuve en V20, bateaux à foils. Pour en savoir plus, Yachting Magazine

BD Solar1 2014 @Franck Terlin.jpg

BD Solar1 2014 @Franck Terlin.jpg

A palpeur
Un bateau à moteur assez original avec un mono palpeur trainé à l’avant et semble t’il un monofoil assez reculé. Le site officiel. D’autres images ici

Intrados
Je reprends une nouvelle fois une info de GG laissée sur Portance 1/3 : « Quand on vous dit que l’intrados n’a qu’une importance limitée dans le phénomène de portance … Voyez ce que DASSAULT fait de ses intrados de Rafale :-)

C – Sans foil

Dingue !
Merci Daniel pour ce lien, des images de vol de Pélican comme si vous étiez assis au bout de son bec !

Surf en Skimboard
De belles images de Fred Compagnon qui surfe de belles vagues en skimboard avec départ depuis un SUP !

Eric Barone
OK cela n’a rien à voir avec l’eau, quoiqu’à cette vitesse la glace doit fondre. Un vidéo pour le plaisir et pour l’auteur du film qui se reconnaitra et pour son compère le grand marcheur… Surtout pour le plaisir de voir les exploits de EB.

Bonnes grillades !


Foilers et trimarans à foils d’appoint 2/2

18 juin 2014

Les trimarans à foils d’appoint

La jonction foilers / trimarans classiques : les tri. à foils d’appoint

Voici la seconde partie de cet article sur les voiliers à hydrofoils « non volants ». Ci-dessous une représentation des différents types de voiliers à hydrofoils. Pour plus de détails, voir les définitions présentes au début de la partie 1/2 « Les foilers ».

Hydrofoil – Foiler – Trimaran à foils d’appoint – F Monsonnec 01-2014

Hydrofoil – Foiler – Trimaran à foils d’appoint – F Monsonnec 01-2014

1. Pourquoi installer des foils sur un trimaran standard ?

Le but des architectes qui, comme Dick Newick, ont commencés à réfléchir à l’utilisation de plans porteurs sur des trimarans « classiques », était la diminution du tangage par la mise en place de foils de petite taille. Dans un second temps, la possibilité de les escamoter permettait, par rapport aux foilers, de limiter la trainée dans le petit temps. Ensuite, les travaux réalisés sur hydrofoils et les foilers ont permis de mieux comprendre le fonctionnement de ce type d’appendices et de peaufiner leurs profils. Enfin, la maitrise de la mise en œuvre du carbone, et la baisse de son coût, ont permis d’augmenter la surface des foils tout en améliorant leur système de rétraction. Les plans porteurs ont alors vu leur surface augmenter pour modifier l’assiette des bateaux, et jouer le rôle d’amortisseurs.

2.1. Un peu d’histoire

Bien avant le « mariage pour tous », foilers et trimarans classiques se sont rapprochés au point de donner naissance aux trimarans à foils d’appoint : flotteurs longs et volumineux équipés de foils. En simplifiant à l’extrème, avant, les trimarans avaient soit de longs flotteurs, soit de « petits flotteurs » équipés de foils qui compensaient leur faible volume (foilers).

Lark de Dick Newick, premier tri à foils d’appoint ? – photo Fritz Henle

Lark de Dick Newick, premier tri à foils d’appoint ? – photo Fritz Henle

Le premier trimaran à foils d’appoint était peut être Lark, dessiné par Dick Newick en 1962. Après, il semble qu’il ait fallu attendre VSD 1 dessiné par Derek Kelsall en 1978. Ce bateau disposait de foils en ailettes sous la coque centrale (il s’est échoué et fut détruit à l’arrivée de la Route du Rhum). La version 2, presque identique, disposait d’un foil en T. En 1980, le Groupe Graal dessine Royale premier du nom, un bateau qui n’a malheureusement pas connu beaucoup de succès. Pourtant, il était relativement novateur : vrai trimaran avec flotteurs relativement longs, foils rétractables et de grande surface, plans porteurs montés sur amortisseurs (voir l’hydroptère !). Dommage que ses appendices étaient en aluminium… Les pères des trimarans à foils d’appoint seraient donc Dick Newick et Derek Kesall. Nigel Irens, Marc Lombard et VPLP ont relancé la machine au milieu des années 80. Pendant de nombreuses années les deux catégories se côtoient puis, à partir du milieu des années 90, les foilers deviennent plus rare. Il y a bien quelques nouveaux projets comme en 2005 deux projets de foilers de 38m, Némo et un second conçu par Loïck Peyron.

Foils en « ailettes » sur VSD1  – photo DR 1978

Foils en « ailettes » sur VSD1 – photo DR 1978

VSD 2 -Kawazaki le foil est visible à l’avant ! - Les cahiers du Yachting 05-1980

VSD 2 -Kawazaki le foil est visible à l’avant ! – Les cahiers du Yachting 05-1980

2.3. Nouveau tournant

Au début des années 80 coexiste deux grandes « écoles ». L’école américaine du grand, que dis-je du maitre, Richard Newick et de Walter Greene. Dick Newick dessine des trimarans très performants (victoire d’Olympus photo dans la Route du Rhum 1978, victoire de Moxie Ostar 80….) qui sont au départ équipés de flotteurs submersibles. Les suivants n’ont pas autant de volume que ceux de l’école anglaise et, à tort, on pense que Dick et Walter dessinent toujours des flotteurs dont le volume est inférieur au déplacement du bateau. L’école anglaise de Derek Kelsall (VSD…) et de John Shuttleworth (Brittany Ferries GB…) utilise des flotteurs insubmersibles dont le volume est bien supérieur à 100% du déplacement. En France, il n’y a pas à proprement parler d’école, les architectes français dessinent alors des bateaux de taille, matériaux et philosophies différents mais la plupart du temps avec des flotteurs submersibles.

En 1982, le plan Morisson Exmouth Challenge, touche l’eau. Puis en 1985, Apricot plan Irens et Paragon plan Robert Humphrey et Thompson. Ces bateaux sont équipés de flotteurs de très grand volume, compris entre 150 et 200% du déplacement du bateau (on pourrait presque dire hyper insubmersibles !). Mais c’est en 1986 qu’une nouvelle évolution s’opère. Le duo VPLP dessine le F40 à foils Biscuit Cantreau (MVP et VLP ont d’ailleurs étudiés à Southampton…). Pour moi, c’est « ici » que les deux catégories se rejoignent puisque « BC1 » est équipé de foils assez puissants. Biscuit Cantreau est donc (pour moi) le tournant de cette évolution : longs flotteurs à fort volume + foils rétractables permettant d’obtenir une formidable puissance, une bonne stabilité longitudinale, et de diminuer le problème des foilers à foils fixes : la traînée par petit temps. En 1986, le très beau Fleury Michon VIII (N. Irens) avait lui aussi des flotteurs ventrus, et de petits foils, mais ces derniers étaient de surface bien moins importante et surtout les flotteurs étaient moins longs. Philippe Poupon ne risquait pas de monter sur un flotteur, le risque de chavirement par l’avant aurait été trop important…

 

Biscuit Cantreau 1 rebaptisé CDK Le média de la mer - photo C. Février

Biscuit Cantreau 1 rebaptisé CDK Le média de la mer – photo C. Février

Coupe de foil de Biscuit Cantreau 1- photo F. Monsonnec 08-2005

Coupe de foil de Biscuit Cantreau 1- photo F. Monsonnec 08-2005

 

Biscuit Cantreau avait dès le départ de longs flotteurs équipés de foils à 45°. D’après VPLP, à 15 nœuds ils développaient 610 Kg de portance et pour 20 nœuds 1090 kg. Qu’en on sait que la jauge F40 imposait un poids mini de 1800 kg, et Biscuit Cantreau était sorti trop léger et qu’il avait fallu mettre un planché en CP très épais, cela montre la puissance du foil qui n’était pas là pour faire jolie ! L’équipage de furieux, Jean Le Cam, Michel Desjoyaux, Roland Jourdain and Co, tirait dessus au point de décoller la coque centrale à la limite du décrochage du safran. Rapidement, le bateau est retourné au chantier CDK pour devenir en 1987 « CDK le média de la mer » : rajout d’un troisième bras (âme en tube PVC de 120 avec méga strat. carbone) pour renforcer la structure pour ce type d’acrobaties et naviguer comme un catamaran. Mise en place de safrans sur les flotteurs pour naviguer même avec safran principal hors de l’eau, renfort à l’étrave suite au changement de gréement… Ce bateau n’était qu’un 40 pieds (formule 40) mais le résultat de ses navigations, puis de ses transformations, ont données le jour à Biscuit Cantreau 2 en 1987 qui était une « maquette » des futurs 60 pieds VPLP.

Fujicolor II à Loïck Peyron, plan N Irens avec foils Lombard en 1993 – photo DR

Fujicolor II à Loïck Peyron, plan N Irens avec foils Lombard en 1993 – photo DR

2.4. La généralisation

Pour la mise en place de foils sur les 60 pieds il faut attendre 1993 et la mise en place de foils dessinés par Marc Lombard sur le plan Ollier Harris Wilson. C’est Jean Maurel qui ose équiper l’ancien Elf Aquitaine III de grands plans porteur à 45°. La même année, Marc Lombard équipe aussi de foils le plan Irens Fujicolor II. Loïck Peyron vient de récupérer ce bateau vieux de 4 ans qu’il souhaite doper. Il installe un gréement inclinable et des foils Lombard. Le duo VPLP ne se serait mis au foils que pour Groupama et Brocéliande. Bateaux réalisés avec un budget serré fabriqués dans des moules existants et mis à l’eau sans foils. Ensuite le mouvement était lancé et à part quelques cas particuliers, les trimarans « français » (puisqu’il faut bien avouer que le développement de ce type de bateaux étaient soit réalisé par des architectes ou des sponsors français), étaient équipés d’appendices dissymétriques.

2.5. Les foils courbes

Le principal intérêt du foil courbe repose sur la sortie du foils qui se situe à un plus bas niveau ce qui réduit fortement la ventilation. Dés 1972, Bernard Smith a proposé d’utiliser des foils courbes dans son brevet 3 631 828. Derek Kelsall a réalisé vers la fin des années 70, des moules de foils courbes et utilisé ce type de foils sur « Bites and Pieces ». John Shulttleworth, qui a travaillé chez Derek, a lui aussi dessiné des foils courbes qu’il présente en 1984 dans Multihulls International. C’est en 2002, toujours sous l’impulsion de Marc Lombard, que les foils courbes arrivent en 60 pieds sur Banque Populaire puis Fuji, Banque Pop II… VPLP font ensuite de même sur Belgacom, Foncia…

Foils courbes J Schulttleworth - Multihull International 06-84

Foils courbes J Schulttleworth – Multihull International 06-84

2.6. Quelques trimarans et catamarans à foils d’appoint

Là aussi la liste est longue, même plus longues que celle des foilers, alors voici ceux qui ont fait avancer cette voie :

  • 1955, dans son livre « Le Catamaran ce méconnu », un français, un certain monsieur Bruneau propose d’utiliser des plans porteur pour soulager les flotteurs des trimarans de croisière !
  • 1962, Dick Newick équipe son trimaran de croisière rapide Lark d’hydrofoils dans les flotteurs.
  • 1978, VSD 1 était n’était pas vraiment un foiler (ni pur, ni mixte) mais déjà un trimaran à foils d’appoint puisqu’il avait de petits foils de chaque coté de la coque centrale, 30 cm sous la surface 2m derrière l’étrave ceci dans le but d’éviter le tangage.
  • 1981, Royale, trimaran du groupe Graal est équipé de grand foil escamotables, callés à 45° par un système de vérins qui permettaient d’absorber les efforts !!! Il est maintenant malheureusement échoué sur une plage de La république Dominicaine, trop détruit pour être récupéré…
  • 1982, CGA Assurances, et Dowton Flyer plans Newick font partie des bateaux de type Créative. Cette série qui n’est pas obligatoirement de foils.
  • 1984, Challenge Grunding n’est pas un tri mais bien un très beau catamaran dessiné par Marc Lombard. Il est équipé de foils à 45° qui passent à travers les flotteurs et qui sont situés assez en avant, entre l’étrave et la poutre.
  • 1986, Fleury Michon VIII, Nigel Irens dessine ce très beau bateau pour P. Poupon, il est équipé de « petits » foils à 45°
  • 1986, Biscuit Cantreau 1, premier d’une série de quatre F40 à foils, flotteurs volumineux et aussi longs que la coque centrale, précurseurs des 60 pieds Orma… Biscuit Cantreau II en 1987 puis le 3 en 1988 et enfin le 4 en 1990 (bateau qui n’a pas évolué dans le circuit F40).
  • 1993, mise en place de foils sur Elf Aquitaine II plan Ollier, foils droits dessinés par Marc Lombard.
  • 1993, mise en place de foils dessinés par M Lombard sur les plans Irens Fujicilor II
  • 1997, mise en place de foils dessinés par M Lombard sur les plans Corum Watches + Banque Populaire
  • 1998, La Trinitaine, plan Irens, mis à l’eau avec foils droits
  • 1999, mise en place de foils sur les VPLP Groupama et Brocéliande
  • 2000, Fujifilm, plan Irens avec foils Lombard courbes

3. Conclusion

Il semble qu’à part quelques projets, dessiné et souvent réalisés par des passionnés du genre, les foilers ont été supplantés par les trimarans à foils d’appoint. Voici graphiquement un rapide résumé de l’évolution des 3 catégories d’engins à plans porteurs. Les données qui m’ont permis de réaliser ce document sont sûrement incomplètes mais elles reflètent assez bien la tendance. Maintenant, qu’allons-nous voir dans les prochaines années ?

Estimation de l'évolution du nb de projet de foilers et tri à foils - F Monsonnec 02-14

Estimation de l’évolution du nb de projet d’engins à foils – F Monsonnec 02-14

4. Le futur

Allons-nous voir un nouveau rapprochement trimarans à foils d’appoint et hydrofoils ? Les premiers voyant leur foils augmenter de surface, peut être s’équiper d’un système de régulation et devenir de purs hydrofoils ? Peut être mais pas tout de suite !

4.1 A quoi pourrait ressembler un hybride tri à foils/hydrofoils ?

Des images du projet Hydroptère 2 représente assez bien cette possible évolution. Ce type de design, trimaran « standard » équipé de plans porteurs capables de le faire voler, n’est pas non plus sans rappeler ce faux projet de Mod 70 à foils paru sur Internet ! L’idée de base est de réaliser un bateau qui restera performant en version archimédienne, ce qui n’est pas le cas de l’Hydroptère.

Dans un « Ptites news » j’avais signalé la ressemblance entre les foils du projet Hydroptère 2 et ceux du trimaran Royale de 1981. Les foils principaux de ce trimaran étaient équipés d’amortisseurs oléopneumatiques… Avant d’avoir attrapé le virus du foil, je suis monté sur les plans porteurs qui trainaient sur un parking de La Trinité sur Mer au milieu des années 80 : sacrilège…

IDroptère par VPLP 2012

IDroptère par VPLP 2012

Foil IDroptère par VPLP 2012

Foil IDroptère par VPLP 2012

Foil du trimaran Royale – photo DR Voiles et voiliers

Foil du trimaran Royale – photo DR Voiles et voiliers

4.2 La Cup des avancées significatives pouvant influer sur l’avenir ?

Revenons à la question du futur des engins à hydrofoils et de la limite trimarans à foils d’appoints et hydrofoils. Après le spectacle auquel nous avons assisté lors de la 24ème coupe de l’America, certains rêvent de grands multicoques à ailes et foils, qui traverseraient l’atlantique au dessus des flots. Les bateaux de la Cup étaient révolutionnaires par rapport à ceux que nous avions jusqu’alors vu courir. Mais, on ne peut pas dire que les bateaux de la Cup aient permis de développer des ailes et foils suffisamment fiables pour imaginer une transposition sur des bateaux hauturiers. Il reste beaucoup de problèmes à résoudre. On peut faire la parallèle entre ces développements et une amélioration qui pourrait avoir été conçue pour un vélo de contre la montre, roue lenticulaire par exemple, mais qui en aucun cas ne pourrait être transposée aux VTT ! Il y a toujours eu un décalage entre les « enthousiasmes » et la réalité !

Les grandes évolutions sont liées à des facteurs comme :

  •  la découverte de nouveaux matériaux ou techniques de mise en œuvre,
  • la création de nouvelles classes, ou l’ouverture de certaines jauges,
  • les recherches, la créativité des concepteurs, la mise au point de nouveaux concepts où l’amélioration de certains.

Pour qu’une évolution ou révolution soit menée à bien, il faut que plusieurs de ces facteurs soient réunis. Par exemple, pas de passage avec succès de la « table à dessin » à l’élément liquide sans que les matériaux ne le permettent… Et dans le cas des foils et de l’éclairage de ces appendices liés à l’America’s Cup ?

  • nouveaux matériaux, avancée significative dans la mise en œuvre ? Non
  • modification des règles ? Non, plutôt contournement d’une jauge !
  • des avancées ou découvertes techniques prépondérantes ? Non !

En ce qui concerne le dernier point « avancées ou découvertes techniques prépondérantes » :

Les ailes
Les ailes ont progressées mais pas de façon extrêmement importante par rapport à celle de Miss Nylex en 1974. La prochaine Cup se déroulera sur des bateaux plus petits avec des ailes plus petites car la gestion des ailes était catastrophiques :

  • le transport et la mise en place était dangereux et a fait des blessé.
  • elles demandaient à ce que des hommes moulinent en permanence pour avoir la pression hydraulique nécessaire à leur maintient, même à quai.
  • elles ont fonctionnées par ce qu’elles ont été utilisées dans une plage de vent définie.
  • le problème de leur résistance et de l’impossibilité de réduire la toile n’a pas été résolu.

Les foils
Pour les foils, nous étions en présence de foils en L plus ou moins torturés sur lesquels une régulation limitée à été greffée par obligation. Les foils utilisés lors de cette Cup ne faisaient que contourner la jauge :

  • ils étaient bridés par cette jauge et demandaient une régulation de l’incidence permanente et compliquées.
  • régulation inimaginable en équipage réduit et sur un plan d’eau agité.
  • malgré ces foils qui « fonctionnaient » n’ont pas empêché les bateaux de faire de gros plantés.
AC72 - New Zealand fully lifted on her L-Foils and sailing on the Waitemata Harbour, Auckland, New Zealand.  Swan Images

AC72 – New Zealand fully lifted on her L-Foils and sailing on the Waitemata Harbour, Auckland, New Zealand. Swan Images

4.3 Pourquoi cela ne va pas être facile de voler en haute mer ?

Même si la vision des AC72 volants était impressionnante, ce n’était qu’une révolution au sein d’une classe, pas d’un domaine dans son ensemble ! Cette « révolution AC » aura des répercutions (Flying Phantom..) mais pas sur l’ensemble de l’activité voile !

Le principal problème du vol en haute mer réside dans la maîtrise de la régulation. Que celle-ci soit « naturelle » comme sur l’Hydroptère (foils en V), ou « mécanique » par modification de l’incidence. Malgré de très nombreuses études et améliorations, l’Hydroptère ne semble pas en mesure d’affronter la forte houle. Le fait de d’arriver à réaliser un bateau stable a été décrit par l’équipe dans le brevet EP 0 694 008 B1 mais certaines vidéos montre l’Hydroptère en « difficulté ». Le fait que l’équipe ait décidé de développer une régulation de l’incidence du safran confirme que l’autorégulation des foils en V n’est efficace que par mer relativement plate. C’est d’ailleurs pour cela que l’armée US est passée des foils en V aux foils en T régulés alors que leurs bateaux n’étaient pas confrontés au couple de chavirage de la voilure. Une solution pourrait être la mise au point d’un hydrofoil à foils régulés en incidence, un Scat grand format (de Hydrosail, Sam Bradfield, Tom Haman, Mike McGarry) …

Ma vision est donc assez pessimiste, les hydrofoils à voile ont mis 100 ans pour passer du stade de la maquette à celle des AC, 72 nous allons devoir attendre avant de pouvoir traverser les océans, voir cela n’arrivera jamais ! En effet, peut être qu’il est illusoire de penser traverser les océans sur des foils…

Mais, comme me faisait très récemment remarquer le grand Daniel Charles, lorsque le livre de Bernard Smith « The 40 knot sailboat » est sorti, naviguer à 40 nœuds c’était de la science fiction ! Et dans les années 80 quand Daniel, pourtant un homme avisé, a permis au catamaran Stars & Stripes de courir l’America’s Cup (voir ici – partie II « Retour sur l’America’s cup 1988″ puis « c ») Les multi et la coupe de l’America »), jamais il n’aurait imaginé qu’un catamaran aurait fait des pointes à 47 nœuds lors d’une régate de la Cup ! Bref, il est donc permis de rêver. Est ce que comme les pionniers qui au milieu des années 70 (Tiercelin, Labbé, Tabarly) ont osé faire confiance aux plans porteurs, de nouveaux doux dingues vont essayer de traverser les mers au dessus des flots ? Alain Thébault en a rêvé, sera-t-il celui qui réalisera cet exploit ? Qui osera équiper un grand tri de foils capables de le faire décoller ? Comme lors des essais en haute mer de l’Hydroptère, j’imagine la boule au ventre de l’équipage. Un peu comme le premier décollage en avion.

Qui osera le grand saut ?


Ce qu’il ne fallait pas louper au Nautic 2013!

11 décembre 2013

Et comme il y avait des choses à ne pas louper, j’en ai loupées ! Et oui, occupé à préparer une AG,  puis par cette AG et des « rendez-vous »… je n’ai pas eu le temps d’aller voir Groupama C !! Et sans aucun doute d’autres engins… J’ai tout de même eu le plaisir de rapidement rencontrer Raphaël Censier, le pro du Class A, à foils sur le stand de Sail Innovation.

Qui a de belles photos ?

Hydros

Le site Hydros

Hydros au Nautic

Hydros au Nautic

Foil d'Hydros

Foil

Fragile...

Fragile…

Difficile à visualiser mais l'axe est carré.

Difficile à visualiser mais l’axe est « rectangulaire ».


Flying Phantom

Le site Sail Innovation

Sailing Innovation au Nautic

Sailing Innovation au Nautic

Le réglage de l'incidence

Le réglage de l’incidence

Flyink Flying Phamtom

Foil

Le safran

Le safran

Détail du safran (non elliptique)

Détail du safran (non elliptique)


La Little America’s Cup 2013 en images

8 novembre 2013

J’ai beaucoup de chance ! Je compte parmi mes amis un des meilleurs photographes de mer. En plus d’avoir du talent, c’est un homme adorable. Christian Février, puisque que c’est de lui qu’il s’agit (voir « On a marché sur la mer »), est aussi un des journalistes qui a le plus suivi la Little America’s Cup. Christian ne pouvait évidemment pas ne pas être présent à Falmouth. Il a eu la gentillesse de me transmettre une bonne partie de ses photos et je l’en remercie. Pour poursuivre ce moment fort qu’a été la petite coupe de l’America, voici une sélection des photos de Christian (et se fut difficile).

Et pour poursuivre sur ce sujet, je vous conseil l’article qu’il vient de signer sur la « LAC » dans le Voiles et voiliers de novembre.

10 Class C

10 Class C

Les Hydros et Groupama

Les Hydros et Groupama

Hydros en vol

Hydros en vol

Redressement Hydros II

Redressement Hydros II

Course en flotte par petit temps

Course en flotte par petit temps

Puis de foil Groupama

Puit de foil Groupama

Pied de mat Groupama

Pied de mat Groupama

« Groupama jump »

« Groupama jump »

Groupama en vol

Groupama en vol

Team Groupama

Team Groupama


Interprétation No.52 des règles de la classe AC72

12 octobre 2013

Suite à l’intervention de Rb1 (Erwan), des éléments ont été rajoutés en bas d’article… !

Pour poursuivre nos discussions sur l’America’s Cup (voir America’s Cup, « Ya quelqu’un qui m’a dit ») et surtout sur les systèmes de réglage des foils, voici un document que m’a transmis mon ami Daniel Charles. C’est tout simplement le compte rendu de l’étude par le «Measurement Committee» du système de réglage des foils d’Oracle (ah Daniel où vas-tu chercher tout cela ?) ! J’ai essayé de traduire ce document, mais je ne suis pas un habitué de l’exercice (merci à G. Delerm pour son aide)…

En plus de nous éclairer sur le fonctionnement du réglage des foils d’Oracle, c’est un rappel d’une partie des règles de la classe. Surtout, cela nous montre comment le comité analyse et répond aux questions posées.

Pour faciliter la lecture, j’ai noté les réponses du comité sous les questions posées (elles sont dans une partie distincte dans le document officiel). J’ai aussi traduit les légendes du dessin, en cliquant sur le schéma, vous obtiendrez une version de plus grandes dimensions.

Maintenant, entre nous !

Reste à situer la place de «Little Herbie» sur ce schéma. Théoriquement, il doit être aux alentours de la boite de commande, mais normalement sans autres liens que le regard du pilote de foil sur les instructions données par «Little Herbie», son cerveau et ses membres supérieurs ou inférieurs !

Enfin, théoriquement ! Les mauvaises langues, vicieux, visionnaires… ont peut être déjà sauté le pas et imaginé que «Little Herbie» pouvait être connecté à un système d’aide au pilotage. Outil permettant de délivrer un signal sonore, visuel ou sensoriel, pour aider l’homme en charge des réglages à réaliser sa tache. Puisque le team Oracle a intelligemment pioché dans les appareils développés pour les plus lourds que l’air (quoi de plus normal !), pourquoi ne serait-il pas passé à l’étape supérieure ? Soit, l’utilisation des développements réalisés, par exemple par le NSBRI (National Space Biomedical Research Institute), pour les pilotes d’engins spatiaux mais aussi les pilotes d’hélicoptères d’intervention ou ceux des petits avions en cours de formation. Outil aussi développé par l’EPFLVibro-Tactile Interface for Enhancing Piloting Abilities during Long Term Flight et qui se base par l’intégration de vibreurs dans les vêtements des pilotes !

Mais dans ce cas, il y aurait un lien physique qui n’existe pas lorsque seul le regard du pilote réalise l’interface. Et cela irait, pour moi, à l’encontre du point (e), « …Tout système d’acquisition de données, capteurs associés ou électronique doivent être physiquement séparés et complètement isolés de toute opération électrique mentionnée au point (i)…


 

Comité de Mesure

Interprétation No.52  des règles de la classe AC72

version  1.1: le 22 Février, 2011


Règle de référence

19. PUISSANCE MANUELLE ET STOCKAGE D’ENERGIE

19.1 Seule la puissance manuel le (la force exercée par l’équipage) ou l’effet d’un contact direct avec le vent et /ou de l’eau doit être utilisée pour l’ajustement du gréement, de la voilure, des voiles souples, des safrans et dérives.

L’utilisation de l’énergie stockée et la puissance non manuelle est interdite, à l’exception :

(a) pour les petits ressorts, élastiques ou tendeurs élastique, et dispositifs similaires;

(b) accumulateurs basse pression hydrauliques ou à gaz de moins de 6 bar qui fournissent une contre-pression à un système hydraulique pour éviter la cavitation, mais ne réalisant pas «  d’effort » par eux mêmes (NdT : le terme « cavitation » ne doit pas ici qualifier le phénomène pouvant apparaitre sur les appendices du bateau);

(c) batteries de pompes électriques de cale, à condition que la capacité totale de toutes les pompes ne soit pas supérieure à 200 l/ min, et

(d) batteries pour l’instrumentation, systèmes de communication entre les équipiers et les équipements vidéo et audio « ACRM »

(e) pour le fonctionnement électrique des

  • (i) valves hydrauliques. Ces opérations doivent seulement servir à transmettre l’énergie pour positionner la valve;
  • (ii) embrayages des systèmes de winchs. Les vannes et les embrayages cités ci-dessus en (i) et (ii), doivent être disponibles sur le marché et les concurrents pourront les avoir obtenus pour une utilisation approuvée par le comité de Jauge. Les actions citées ci-dessus en (i) et (ii) ne doivent avoir aucune autre origine que des commandes manuelles. Tout système d’acquisition de données, capteurs associés ou électronique doivent être physiquement séparés et complètement isolés de toute opération électrique mentionnée au point (i) et (ii) à l’exception de l’alimentation en tension. La saisie manuelle peut verrouiller la valve(s) ou embrayage(s), faire fonctionner de multiples vannes ou embrayages, et/ou transmettre des positions variables. Vannes et embrayages peuvent être exploités à partir de plusieurs entrées manuelles. Ces systèmes peuvent être câblés directement entre les entrées manuelles et doivent être câblés entre les entrées manuelles et la vanne(s) ou l’embrayage(s). Le câblage doit être clairement identifiable. L’énergie électrique utilisée pour cela que doit être stockée dans des batteries ou des petits condensateurs.
Schéma Pl-49 Interprétation No.52  des règles de la classe AC72 – version française

Schéma Pl-49 Interprétation No.52 des règles de la classe AC72 – version française

Questions :

Le comité d’évaluation a interprété l’arrangement hydraulique montré dans PI_49 comme conforme à la règle de classe 19.2, sous réserve de l’approbation de la vanne par le comité de mesure. Ci-dessous une reproduction du schéma de PI_49. Il semble y avoir un composant (non marqué dans le schéma initial) que nous avons appelé «composant X» qui relie le point Y (l’extrémité mobile de l’actionneur linéaire).

(1) Est-ce que le composant X fait partie de la vanne ?

Réponse : non

(2) Si la réponse à la question 1 est oui, la vanne complète, y compris le composant X, doit être disponible dans le commerce en tant qu’un élément pouvant recevoir l’approbation du comité d’évaluation ?

Réponse : non applicable

(3) Si la réponse à la question 1 est non, la commande électrique de la vanne permet elle de réaliser une action sur un élément qui n’est pas une vanne hydraulique ou un embrayage dans un système de winch ?

Réponse : Le fonctionnement électrique est autorisé pour fournir l’information d’entrée de la position de la vanne ou de l’embrayage. Dans cet exemple, l’énergie stockée dans cette opération est réputé conforme à la règle 19.2 (a).

(4) En supposant que le composant X est un système de ressort qui peut faire varier la longueur entre l’actionneur linéaire et l’élément nommé vanne « Hawe » puis , si la pompe ne tourne pas , ou la pression hydraulique fournie au vérin à double effet est insuffisante pour surmonter la charge , ne va pas t’ elle pas bouger par rapport à la partie statique du montage (Ndt, ou : par rapport à la terre). Lorsque la partie pivotante est fixe et le piston « a » sur la valve « Hawe » est enfoncée à fond, un ordre pour déplacer la pièce en «Y» plus loin vers la droite n’aura aucun effet sur la position de la valve, mais va changer l’extension de composants X. Dans ce cas l’utilisation d’un tel système satisfait à l’exigence de la Règle 19.2 (e) (i) qui dit que «Ces opérations doivent seulement fournir des entrée sur la position de la vanne»?

Réponse : oui

(5) Est-il permis à l’actionneur de réaliser un travail sans changement de position de la vanne ?

Réponse : l’actionneur fournit seulement des données pour la position de la vanne. Dans cet exemple, l’énergie stockée dans cette opération est réputé conforme à la règle 19.2 (a)

Cette interprétation est émise conformément à l’article 3 des règles de classe des AC72 version 1.1 du 22 Février 2011.

Nick Nicholson,

Président, pour le Comité de Jauge

27th Août 2013

Rajouté le 13/10/13

Si vous avez lu cette traduction, vous vous posez sûrement les questions suivantes : « en quoi consite cet élément X & se pourrait-il que cet élément soit « Little Herbie » ? ». Lors de la mise en place de cet article je n’avais pas suffisamment d’éléments pour aller dans ce sens, même si ce point m’intriguait (et il intriguait le comité !). J’ai donc orienté mes divagations vers d’autres idées (voir première partie). Erwan a trouvé un document où des passionnés évoquent « Little Herbie », un système installé pour la première fois sur le prototype XB-47 de Boeing. Il faut dire que le XB 47 souffrait de problèmes de « stabilité ». Erwan a bien entendu émis l’hypothèse que « X » était « Little Herbie ». Sur la page proposée par Erwan, figure le nom de deux des concepteurs du petit « Herbie ». J’ai donc réalisé de nouvelles recherches et j’ai trouvé le brevet US2672307 A, qui a pour sujet : « Airplane yaw damper ». Brevet déposé par Jr William H. Cook, Calvin E. Pfafman, George S. Schairer pour Boeing le 16 mars 1954 !

Au cours de ces « recherches », je suis aussi tombé sur un document récapitulant les différentes étapes du développement des systèmes de contrôle de la stabilité des avions. Dans la liste de ceux qui ont travaillés sur ce sujet, il y avait Robert R. Gilruth (c’était une de ses premières études à la NACA qui deviendra la NASA). R. R. Gilruth n’est autre que le concepteur de Catafoil, le « premier voilier volant » mes aussi le père de la conquête spatiale américaine !

Extrait du brevet US2672307 A

Extrait du brevet US2672307 A

Voici quelques extraits du texte du brevet US 2672307 A :

…Le mécanisme est particulièrement approprié pour être incorporé dans un contrôle d’une gouverne de direction comprenant un actionneur de puissance, tel qu’un dispositif de piston-cylindre hydraulique, qui est commandé par le pilote. La commande de la présente invention peut être superposée à la commande d’un actionneur hydraulique, par exemple, en agissant sur allongement ou le raccourcissement de la tringlerie de commande

…Le dispositif de détection 3 peut incorporer un mécanisme appelé gyroscope, qui détecte la vitesse angulaire de lacet et est conçu pour développer un signal électrique proportionnel à la vitesse de lacet de l’avion…

Et maintenant :

Je suppose que comme moi vous vous demandez si le fameux équipier supplémentaire, mister « Herbie », avait sa place à bord. Est-ce que le comité s’est fait rouler dans la farine ? Je ne maîtrise pas assez les règles de jauge, et la science de l’interprétation de cette jauge, pour avoir une position bien claire ! Mais une fois de plus (voir précédent article), je pense que la jauge doit être revue pour tenir compte de la mise en place de tels outils…

Rajouté le 16/10/13

Voici peut être une photo d’un « Little Herbie », l’actionneur utilisé dans la tige de réglage du gouvernail du Boeing XB-47 !

Actuator utilisé pour le Boeing XB-47  - The Aeronautical Sciences 1950

Actuator utilisé pour le Boeing XB-47 – The Aeronautical Sciences 1950


America’s Cup, « ya quelqu’un qui m’a dit » !

4 octobre 2013

Cela remonte à 4 ans, je discutais avec des amis des nombreuses casses du Vendée globe (mats, quilles…). Au cours de notre discussion j’ai répété, sans citer son nom, ce qu’un ami architecte m’avait raconté. C’est là qu’une « des pointures » présentes a dit : « et c’est le fils de ta concierge qui te l’a dit ? », ou quelque chose du même acabit. Cela sous entendait que je ne faisais que colporter des histoires, comme un simple perroquet. Et vlan, prend ça !

Et bien, je l’avoue, cet article sera 100%, ou presque, du même tonneau !  Rien d’officiel que des « on dit » ou presque ! De toute façon, l’officiel de l’America’s Cup est loin de refléter la réalité ! Pourquoi, ne pas citer mes sources ? Elles sont multiples et souvent elles-mêmes tiennent ces informations d’autres personnes. En passant d’une personne à une autre il y obligatoirement transformation (surtout si un des acteurs avait un verre à la main). Ce ne serait donc pas respecter ceux avec qui j’ai pu échanger que de les citer ! Bon, il y a tout de même quelques liens et données vérifiables et déjà vérifiées. Enfin, je donne mon avis sur certains points et je n’ai pas envie d’associer mes contacts avec mes idées !

Bref, je vous fais part de ces bruits de pontons, à vous d’y apporter, ou non, toute votre attention et de réagir en étayant ces différentes idées ou, au contraire, en prouvant l’inverse…

1 – Gréement

La prochaine jauge sera t’elle courue sur des AC72 ? Si oui, espérons que la partie voilure sera revue. Au départ, lorsque la jauge n’était qu’à l’état de « draft », deux gréements étaient prévus, un pour les vents faibles, l’autre pour la « baston ». Mais pour diverses raisons, dont le prix des gréements, une seule surface a été retenue : celle du petit temps ! D’où les problèmes de surpuissance. Les équipages n’utilisant, toujours d’après radio ponton, qu’une faible partie de la puissance disponible. En plus du danger de naviguer sur un engin surpuissant, il n’est jamais bon d’utiliser un système dans la partie basse de ses capacités.

2 – Détournement de jauge

Voler ou pas !

ETNZ serait le premier à avoir souhaité voler, et fait ce qu’il fallait pour y arriver, en louvoyant au coeur des limites fixées par la jauge. Oracle n’aurait pas, au départ, prévu de décoller. D’ailleurs au début de cette coupe, bien avant la Louis Vuitton Cup lorsque nous discutions sur Foilers (voir Oracle 17, la cabane sur le chien), nous ne comprenions pas comment Oracle allait bien pouvoir voler et surtout réguler. Et il ne volait pas !

Energie

La jauge interdit le stockage d’énergie. Pour permettre la tenue du gréement, plusieurs équipiers doivent mouliner en permanence pour fournir l’énergie hydraulique nécessaire ! ETNZ aurait détourné ce point de la jauge en utilisant des tuyaux expansibles afin de jouer le rôle de réserve d’énergie ! Je suppose qu’en intégrant dans la jauge des parties relatives à l’hydraulique, le but était d’éviter la présence de moteurs comme sur Alinguy 5 en 2009, mais de là à rendre des bateaux dangereux en interdisant le stockage d’énergie, quelque chose m’échappe…

3 – Régulation

Nécessaire régulation ?

La règle de conception AC72 interdit les surfaces mobiles sur les dérives et safrans (paragraphes 8.6 et 9.6). De plus, les limitations dimensionnelles des appendices ne permettent pas l’utilisation de foil en « V ». Les design teams ont donc opté pour des plans porteurs que l’on peut classer dans la catégorie des foils en « L ». Foils logiquement équipés d’un système de régulation « standard » (rotation complète du plan porteur ou d’un volet, le plus souvent pilotés par un palpeur ou trainard). Et pourtant, les AC72 n’ont pas de palpeurs, et ils volent !

Autorégulation !

Le fils de ma concierge m’a raconté qu’une personne très proche du team d’ETNZ lui aurait expliqué que ces foils en « L » s’auto réguleraient en perdant de la portance à l’approche de la surface. Donc, comme certains hydrofoils à moteurs Russes ! C’est vrai, pourquoi s’ennuyer avec des palpeurs ? Faut-il comprendre que les pilotes de Moth font exprès de se planter en faisant décrocher leur foil principal pourtant équipé d’un palpeur et d’un volet ?

Régulation manuelle

ETNZ, est équipé de foils en « S » solution qui permet de jouer sur l’inclinaison de la partie basse de l’appendice en faisant varier la profondeur. Appendice abaissé, le foil en « S », qui se termine en foil en « L » (aujourd’hui, révision de l’alphabet), devient une sorte de foil en « V », qui en se rapprochant de la surface perd de son efficacité par la diminution de la surface mouillée. Mais un équipier aurait tout de même été détaché pour régler la profondeur de la dérive/foil et donc la portance.

Oracle, était lui équipé d’un foil en « L classique ». La régulation était donc encore plus vitale. L’angle du plan porteur n’étant pas, comme sur ETNZ, régulé par la profondeur mais par l’inclinaison de l’appendice. Inclinaison rendue possible en jouant sur un léger déplacement de l’entrée de la « dérive » et de sa sortie que la jauge doit accepter (voir ici). Au début le barreur, devait piloter la hauteur de vol (en plus de la trajectoire) en manipulant des manettes positionnées à l’intérieur de la barre. Lorsque le team Oracle s’est rendu compte qu’il était plus que difficile de réussir à tout faire, un équipier a été délégué à la régulation du foil (comme sur ETNZ).

Pour lui faciliter le travail l’équipe a utilisé, pour les dernières rencontres, un système nommé «Little Herbie» développé pour les Boeing 747. Equipé d’accéléromètres, de gyroscopes et de calculateurs, Herbie permet de détecter  des variations d’assiette et de réaliser des corrections de la stabilité. Ceci avec une vitesse et une précision qui dépasse la capacité des pilotes de ligne ! Ce système n’était pas directement connecté au foil, ceci étant bien entendu interdit par la jauge. Little Herbie ne faisait qu‘indiquer à la personne en charge de la régulation le réglage à effectuer (source).

Alors, est-ce normal d’utiliser un outil qui dépasse les capacités humaines, qu’il soit connecté ou non aux foils ? Cela me rappel mes interrogations, lorsque l’Hydroptère tentait de mettre au point un système de régulation de l’angle de son plan porteur arrière (Ptites News 26 voir « Question » et Ptites news 28, voir « Rules »). Certains estimaient que ce n’était qu’un pilote automatique qui ne régulait pas la trajectoire mais la hauteur de vol. Pourquoi pas, mais ne faut-il pas limiter ce type de systèmes aux courses et records en solitaire (puisque c’est un outil indispensable qui remplace maintenant les girouettes d’antan et qui participe à la sécurité), et les interdire en équipage ?

4 – Réagir ou pas ?

Un des derniers « dossiers » de la Cup serait donc l’utilisation d’une aide à la régulation. Pourquoi ETNZ ne réclame pas ? Déjà, cela ferait mauvais joueur surtout après la performance d’Oracle et sa remontée fantastique. Bien entendu, ETNZ pourrait arguer que la remontée de 8-1 à 9-8 est liée à l’utilisation de « Little Herbie ». Mais ce serait remettre en cause le travail des jaugeurs. Et puis le team ETNZ n’est peut être pas « blanc blanc » lui aussi !

5 – Le sursaut

Il semble que le jour où Oracle n’est pas allez faire trempette, le team aurait fortement modifié le bateau : réduction de la longueur du bout dehors, quête de mat plus importante et même modification de la forme des coques à l’arrière pour tenir compte du rééquilibrage des masses ! Enfin, mise en place du fameux équipier formé chez Boeing, le petit « Herbie » (un caïd).

Alors que le team Oracle a réagit avec brio, le team ETNZ n’a semble t’il pas fait beaucoup évoluer leur AC72. C’est vrai qu’il avait écrasé la concurrence lors de la Louis Vuitton Cup. Et le fait d’aligner les victoires (jusqu’à 8-1) ne devait pas les inciter à réaliser des modifications !

6 – La suite

Je pense (peut être à tort) que les concepteurs de cette jauge n’avaient pas assez d’expérience dans la création de multicoques de pointes.

Surtout, ils n’étaient pas assez vicieux pour imaginer les possibles détournements de la jauge. Même si c’est vrai que le fait d’exploiter les failles de la jauge permet de donner naissance à des engins différents, ce qui est aussi le sel de cette compétition.

Il est pour moi souhaitable (mais j’ai des doutes sur le fait que les américains tiennent compte de mon opinion !!!) de revoir de fond en comble cette jauge !

7 – Conclusion

Merci à ceux et surtout celui avec qui j’ai échangé sur ce sujet et sans qui je n’aurai pas pu rapporter ces informations…

Voilà, maintenant c’est à vous !


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