Construction d'hydrofoil en T asservi bidirectionnel

Salut à tous,
je me présente, Frédéric Bédon, je me mets tranquillement au kite depuis 3 ou 4 ans et je commence à ne plus trop faire de connerie et a remonter un peu au vent. J'ai sévi cet été au Monteynard.
Je suis arrivé au kite par le cerf volant et la voile, je n'ai jamais fait de snowboard, encore moins de planche à voile.
Je suis ingénieur de formation et je travaille dans la machine spéciale.
Naturellement comme tout les pratiquants de TT, le foil me semble présenter de grands intérêts.
Mais je penses, probablement en néophyte, que la solution foil actuelle n'est pas optimale.
- planche directionnelle
- régulation de la profondeur par la position du kiteur

En temps que bricoleur impénitent, je vais tenter d'aborder plusieurs techniques pour améliorer ce qu'on trouve aujourd'hui à se mettre sous les pieds...J'ai plusieurs idées d'engins en tête, mais le point d'entrées est l'utilisation de foils en T asservis.

Je propose l'architecture suivante :
- un mat simple en matériau de construction existant, (Le challenge n'est pas là).
- un foil inox plat (tôle de 2.5 ou 3mm) symétrique pour être bidirectionnel.
- une articulation du foil en bout du mat
- une motorisation de ce mouvement de rotation
- une mesure de la hauteur de la planche par rapport à la surface
- une électronique de gestion.

J'ai des idées assez précises des matériels que je veux utiliser :

- mat : profilé aluminium du genre lame de brise soleil Technal de 100*25
- motorisation : servo de modélisme à fort couple (230Ncm)
- mesure de hauteur : capteur de pression muni d'un tube qui va jusqu’en bas du mat.
- électronique de gestion : Arduino uno
- alimentation: accu Lipo

Qu'en dites vous ?
Toutes les critiques sont les bienvenues, les contre-propositions également.
Fred

Salut et bienvenu.

P'tit conseil, essaye de te trouver un foil "actuel" pour tester, c'est souvent riche d'enseignement pour la suite.

Juste une petite remarque, le capteur de pressionne risque-t-il pas d'etre perturber par le déplacament de l'eau?

Et des petites questions

En quoi le fait que ce soit directionel est un probleme? Perso je fais le jibe cul dans l'eau et je m'éclate comme un petit fou en foil...

Pour la mesure de hauteur est ce qu'il n'en faut pas 2 pour naviguer a plat?

Le servo il est dans le foil ou sur la planche? Attention il y a besoin de patate (servo de train d'aterrisage a mon avis)



A bientot

Nono

Salut Nono,
Je comprends les réactions étonnées de ceux qui se sont mis au foil et en savourent toutes les possibilités, je suis sûr que tout un chacun peut sauter le pas et y arriver, mais comme beaucoup de monde, je ne peux pas passer toutes mes week-end sur la plage et un dispositif plus simple d'apprentissage serait un gros plus.

De plus l'objectif ultime de ce foil asservi n'est pas de faire ce qui existe déjà, j'ai d'autres idées liées au kite. Mais je pense que pour la mise au point, une planche de kite sera une bonne base.

Coté mesure de pression, j'attends un composant de chez RS, je pense qu'il faut faire une prise de mesure sur l'avant du mas et une sur l'arrière, la différence donnera la vitesse, la moyenne la pression.
http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0ef4/0900766b80ef4277.pdf

Pour naviguer tout court, il faut 2 foils, on doit pouvoir bloquer en position neutre celui de l'arrière et réguler avec l'avant.

Le servo serait dans une boite étanche avec l'électronique en tête de mas, la transmission se ferait avec une bielle ou 2 câbles.

Je n'ai pas idée du couple nécessaire pour maintenir une incidence sur le foil, si il est symétrique on peut se dire que les forces s'équilibrent et qu'il faut surtout résister aux perturbations.

Je ne suis pas sur d'avoir le niveau pour essayer le foil.

Fred

Salut,

Je ne suis pas vraiment étonné en faite ca fait 2-3 ans qu'on discute de ce genre de choses avec Fertito. Disont que si ca peut t'aider on etait plus sur du giroscopique et des sondes radars pour la hauteur. Si tu veux faire ca en sonde de pression je serai toi j'en mettrai 3-4 sur le mat pour faire des niveaux haut, bas, très haut, très bas quand l'eau vient pousser sur le mat.

Perso je suis une bille en électronique, si tu dis qu'en comparant tu arrives a sortir le niveau pas de souci. C'est juste que l'eau en baord de fuite de mat, c'est assez perturbé...

J'ai d'ailleur prévus le passage de tringlerie dans mon foil pour faire un palpeur fixe a la mode moth...Mais pas trops le temps en ce moment...

PS je suis a fond pour que ce soit plus simple le foil et je crois a fond sur les experimentions de Sir Gurval.


Nono

J'aime bien aussi les bidouilles à Gurval, ça semble inspiré par le bon sens sans perdre trop de temps en calculs :-)

Coté mesures de hauteur, je ne me suis pas ruiné avec le capteur (5€) je vous tiendrai au courant des résultats, il me semble que la mesure de la pression a plus de chance de s’affranchir de l'influence des vagues et des embruns, mais si vous avez un truc déjà éprouvé, je suis preneur.
Le capteur en question est un capteur proportionnel, inutile d'en mettre un tout les 3 cm, il devrait sortie une tension à l'image de la pression donc de la hauteur.

Bon c'est pas tout ça, mais il faut construire maintenant :
- je cherche depuis un moment, sans résultat, un profilé aluminium en aile d'avion pour faire le mat, ça existe pour les brises soleil sur les bâtiments modernes (HQE)
http://www.rensonfrance.fr/France-Icarus-Aero-ICA-250-Lames-esthetiques-pour-revetement-de-facade-protection-solaire.html
Qui saurait où trouver quelques dm d'un tel profil en version 100 mm environs ? Si je commence à passer mes soirées à couper le balsa et à stratifié, ça ne va pas avancer.

- Où pourrait-on faire des essais statiques de foils ? Qui connaitrait une berge de torrent ou de déversoir avec une belle lame d'eau à disons 10 nœuds ?

Fred

fbedon a écrit:

Si je commence à passer mes soirées à couper le balsa et à stratifié, ça ne va pas avancer.

En balsa, vaut mieux pas  

On en discutait tout à l'heure au lac...
Je ne suis pas convaincu qu'un foil ait besoin d'être bidirectionnel.
Car une aile possède un sens de glisse meilleur que l'autre si on veut optimiser la glisse.

C'est plutôt la stabilité qui a besoin d'être améliorée (en vitesse, en manœuvre, ou pour débuter...).
Si c'est stable, on peut jiber / virer de bord plus facilement donc on n'a plus besoin de 2 sens de nav.

Je pense aussi qu'un système purement mécanique peut déjà faire l'essentiel du boulot pour auto-réguler la hauteur (foil en V, en échelle, ou palpeur) sans se compliquer avec des capteurs électriques de hauteur.
Avec des capteurs de pression, ça risque d'être faussé par les turbulences autour du profil.
Gurval est sur la bonne voie. 

Je connais quelqu'un qui cherche à mettre au point un e-surf avec gyroscope 3 axes, carte Arduino, batterie, et pilotage automatique de deux gros servomoteurs agissant sur les ailerons.
Je lui ai donné pas mal de conseils là dessus, choix de matériel à utiliser, câblage et programmation... 
C'est en cours de développement.

Je crois beaucoup aux potentiel d'un accéléromètre / gyroscope + électronique et servos sur ailerons ou volets pour faire un foil super-stable à "direction électroniquement assistée".

Mais il faut quand même avouer que ça dénature quand même pas mal le sport.

Salut fbedon pour un profilé en alu regarde du côté deltaplane il y a le triangle en alu avec lequel les gars pilotent leur delta par contre je n ai pas d adresse.

J'en aie en stock il m'en reste de l'époque des AlpineFoil 1.0

Salut Damien,
Grrrr ! Je viens de parcourir le web en tous sens pour trouver des échantillons :
J'ai trouvé ça, qui n'est pas mal du tout, de chez Tellier.
un profilé de 120*24 et un de 70*15mm


Tu utilisais quelle taille pour tes version V1.0 ?
Dis moi ce que tu as de dispo, ça risque fort de m'intéresser pour les protos.
Fred Bédon

Salut,
j'ai reçu mon Arduino Uno, c'est vraiment pas cher (20€) et très abordable techniquement, en 15 minutes il tourne, connecté au PC avec la main sur le code en C.
J'attends le capteur de pression, j'ai finalement pris un différentiel de capacité 10 kPa (1 m d'eau), il ne pourra pas fonctionner en mesure de vitesse bidirectionnelle, mais nous n'en sommes pas là, je vais déjà voir ce que ça donne dans un sens.
Quelqu'un a déjà une expérience dans ces domaines ?

Je cherche la meilleure solution pour lier mon servomoteur au foil articulé, câble(s), bielle(s), vis écrou, courroie crantée,...
Fred

Salut à tous,
J'ai reçu le capteur de pression et je l'ai cablé.

Ca semble marcher sans soucis, j'ai une valeur qui passe de 10 à 1000 quand je souffle dans le tuyau, la pression monte également quand je plonge le tube verticalement dans l'eau.
J'attends le servomoteur pour avoir un ensemble autonome.
Je pense faire une transmission par courroie crantée, ça me semble être un système sans trop de frottements et je dois pouvoir obtenir un rapport de réduction rotation servo/rotation foil de l'ordre de 10.
à suivre.
Vous pouvez continuer à envoyer des commentaires j'arive encore à tout lire :-)
Fred

La courroie crantée n'aimant pas le sable, parmi les solutions tolérantes il y a les solutions
le levier + tringle type baguette magique de Moth (magic wand)
Une came sur l'axe du servo peut apporter une certaine non linéarité (programmation) des efforts de poussée.

Le rappel du flap peut être réalisé par l'appui de l'eau, ie le système ne fait qu'appuyer sur le flap donc donner +/- de portance,
Le système ne rappelle pas le flap, c'est le retour de came au diamètre Zéro associé à la pression de l'eau dirigée de bas en haut qui permet à l'eau de amener le flap en butée haute [légèrement vers le haut (déporteur) ou à l'horizontale (portance nulle) ].
Le foil n'étant plus porteur, la gravité fait plonger l'ensemble.

Cela divise par un T gros  facteur la consommation de la solution.

L'autre interrogation c'est quel est le temps de réponse du servo avec réducteur ?
Qui dit rapport de réduction dit couple mais dit aussi temps de réponse allongé.

Tout cela étant énnoncé, on voit le gros pb rique d'être l'absence d'anticipation de la vague qui arrive.
puisque ton capteur placé sur le mat ne détectera qu'une vague qui est déjà en milieu de fuselage (une catastrophe)

Je peux me tromper mais à moins que ton mat ne soit juste au dessus du plan porteur (type Moth ou Spotz)
le temps que ton système réagisse,  le sommet de la vague aura déjà touché le haut du mat.

Je pense que le seul système utile serait un système à ultra son placé la + en avant possible du plan porteur (à la pointe de la planche)
Ou une baguette magique type moth, une super solution mécanique avec couple illimité, temps de réponse quasi immédiat qui ne dépend que de la flexion de la tringlerie et aucun problème d'autonomie.

Puisque tu n'as plus besoin de stab, pourquoi ne pas réaliser:
- une configuration tandem (50% de portance à l'avant 50% à l'arrière). Ceux qui veulent passer l'empannage te diront merci car ils ne seront plus sur un monocycle.
- une configuration canard  ou ta solution agit sur les 10-20% de portance Avant laissant du temps pour que le système réagisse avant que l'onde n'arrive sur ton plan porteur situé à l'arrière.
Cela:
- résoud les pb d'anticipation,
- te permet de passer de réducteur car ton servo d'aéromodélisme peut maintenant déplacer les 5-10kg sur l'aile avant
- résoud les pb de consommation.

Salut Mic29s
Pfiou ! Y en a des bonnes idées la dedans !

Commençons par la transmission.
- effectivement le courroie crantée ne va pas apprécier le sable, c'est vrai que le diamètre de celui qu'on rencontre au Monteynard (10 cm) ne semble pas être une nuisance pour de la mécanique de précision, mais ce n'est pas un cas général.
- La came est sans doute une bonne piste, mais comme je vise du bidirectionnel, il faudrait une came desmodromique (qui tire et qui pousse), du coup autant mettre un système bielle/manivelle.

Ensuite le dynamique d'un servomoteur de modélisme
la vitesse de réaction du servo que je veux utiliser (mais c'est une valeur classique) est de 0.2s pour effectuer 60° (cad les 2/3 de sa course). Je ne pense donc pas que les soucis viendront de cette limitation.


A propos de l'anticipation des vagues
Pour un kiteur d'eau douce et plate comme moi, les vagues se limitent au clapot centimétrique...
Je compte faire en sorte de filtrer les influences de ces petites perturbations, justement en mesurant la pression en pied de mat pour éviter un perpétuel pompage de la régulation.
Mais je comprend bien qu'en mer , il faut pouvoir suivre le profil de la surface sous peine de déjauger ou d'enfourner.
Comment faites-vous aujourd'hui pour ajuster l'altitude de la planche ? Vous regardez 5/10 m devant et vous corrigez votre positon pour faire descendre et remonter le foil.
Je ne pense pas qu'il soit souhaitable (et sans doute difficilement faisable) de décharger le kiteur de cette liberté.
Il faut donc conserver une possibilité de correction volontaire de l'altitude.
Je ne sais pas encore comment faire mais on va y réfléchir ensemble.
Au niveau électronique il n'y a aucune difficulté à modifier la consigne d'asservissement, la difficulté réside plutôt sur la façon d'indiquer à l'électronique la tendance souhaitée (pédale, boutons + et - sur télécommande attachée à la barre, commande vocale...)

De plus, j'ai lu quelque part que des variations d'incidence trop rapides risquaient d'entrainer des décrochages. Donc la réaction ultrarapide de l'électronique lorsque le pied de mat attaque une vague ou un creux n'est sans doute pas souhaitable.

A propos de la configuration de la planche
Effectivement l'envisage de mettre 2 mats (un à l'avant et un à l'arrière) munis chacun d'un foil en T, seul celui le l'avant assurerait la régulation d'altitude, celui de l'arrière se contentant de suivre en position neutre. (comme un Moth)


Fred

Salut,
qui pourrait me dire à quelle vitesse un kitefoil décolle ?
Je dois trouver une solution pour tester un éventuel proto, je cherche donc une berge ou un quai avec de l'eau qui passe à une vitesse représentative du kite.
Merci pour votre aide.
Fred

entre 6 et 10 noeuds en moyenne sauf pour les Races qu demandent plus de vitesse

Il peut décoller encore plus tôt avec personne dessus et une aile avec plus de surface.

fbedon a écrit:

Salut,
qui pourrait me dire à quelle vitesse un kitefoil décolle ?
Je dois trouver une solution pour tester un éventuel proto, je cherche donc une berge ou un quai avec de l'eau qui passe à une vitesse représentative du kite.
Merci pour votre aide.
Fred

Edit: Si ce sont 2 foils en T, normalement si le point de traction passe par le plan des 2 mats, cà monte en équilibre.

Si ce n'est pas le cas, tu peux stabiliser:
- mettre 2 foils à l'arrière pour la stabilité (la planche repose sur 3 foils, seul le foil avant contrôle la hauteur),
- lester la planche,
- façon catapulte, un élastique attaché au ponton/arbre, 0,5 eu le m de sandow de 3/4mm que tu peux doubler/tripler selon la puissance recherchée.

Sinon, le tirer à contre courant depuis la berge à qlq m de toi au bout d'une perche (tasseau 3x3 casto, mat de planche à voile) façon école de kite eau profonde  - en courant / sur une vélo / cyclo / scooter

je pensais à la même chose, il est plus facile de tester en régulant ta vitesse sur de l'eau immobile car trouver un courant sans turbulence ne va pas être facile du tout. Et les foils n'aiment pas les turbulences.
J'ai vu un test de foil je ne sais plus où sur le web avec l'eau immobile dans un bassin et l'ensemble se déplacait au dessus de l'eau en translation avec filmage de ce qui se passe et senseurs partout.

Bon, le système fonctionne sur rails et est très stable. Plus difficile à faire avec une mobylette
En revanche tu peux imaginer avoir un point de traction à hauteur fixe en utilisant la surface d'eau comme niveau de repère. Avec un système autorégulant par exemple (voir Gurval).

Merci les gars,
je vais chercher un peu dans les différents canaux et rivières du coin.
je pensait en premier au canal de Pont de Claix, avant l'usine électrique de la zone des Iles ou à l'endroit où il se jette dans le Drac (Comboire)
Ensuite il y a le canal de Champ sur Drac.
Dans les 2 cas, l'eau circule assez vite dans une canalisation régulière et ne doit donc pas être trop turbulente.
à suivre.

De mémoire, le canal de pont de Claix est grillagé pour pas qu'on tombe dedans, avec des berges en béton assez raides. Gros débit en tout cas.

Il y a le canal de Valbonnais , 1m de profondeur et 1.5-2.5 m de large qui serait adapté, bon débit très régulier, laminaire, avec un chemin sur berge tout du long. L'eau est accessible car monte haut au bord. Et des petits ponts tous les 400m.

Laurent Ness a écrit:

Bon, le système fonctionne sur rails et est très stable. Plus difficile à faire avec une mobylette
En revanche tu peux imaginer avoir un point de traction à hauteur fixe ...

Si si, c'est possible. Je pensais aux bassins type du Parc de Sceaux, 1200m de long, droit et plat comme une piscine,
80 cm de profondeur d'un bout à l'autre, point de traction à hauteur fixe .... manche à balais en travers du porte bagage , le paradis des testeurs de foils ....  


+++

Salut,
J'ai vu ce soir les berges du Drac au niveau du Pont Rouge, c'est juste à coté du phare du mégalo :-(
je dirais bien que le courant est de 3m/s soit 6 nds, c'est pas mal pour commencer à vide, par contre coté remous ce n'est pas le parc de Sceaux !
J'irai voir le captage du canal qui débute plus haut à la limite de champ sur Drac, la partie à la campagne est peut-être moins grillagée que vers Pont de Claix ville.
De toute façon le canal est vide pour le moment.
Fred

Salut,
coté développement électronique je suis assez content de mes essais de mesure de profondeur avec une sonde de pression et un simple tuyau plongeur.



vous pouvez apercevoir sur la photo :
L'espion du programme qui tourne sur l'Arduino, le PC ne fait qu'afficher.
Une bouteille d'eau avec un tube plongeur
La carte Arduino, avec un capteur de pression.
La précision est de l'ordre du cm, le maximum de l'ordre du mètre.
j'attends mon servo moteur, mais c'est un gros un peu rare (CIS-S8218A 42 kg.cm), ça va mettre un moment à arriver.

Au niveau mécanique, j'ai commencé à dessiner.


je pense transmettre le mouvement de la manivelle du servo grâce à une bielle réalisée avec une tige de fibres de carbone de 6 ou 8mm, munie de tiges filetées en bouts (comment puis-je faire ça ?)

à vos critiques, conseils et commentaires.
Fred

sacré projet!

je suis plutôt pour les solutions simples à la gurval, ou avec un asservissement purement mécanique à la moth, mais dans une vision à long terme pour battre des records, à un moment il faudra passer à l'éléctronique. mais je crois que c'est un peu tôt pour se lancer dans une course purement technologique!
par contre si c'est juste dans l'idée de faciliter l'aprentissage ça me semble un peu compliqué, il faut aussi garder à l'esprit que ton système ne stabilise que le tanguage, le bonhomme devra encore gérer le roulis (c'est sans doute pas plus mal pour garder quelques sensations!)

l'asservissement par capteur de pression me semble jouable (j'avais vu un projet d'aile d'eau sur foilers avec un asservissement purement mécanique où le capteur était une sorte de balon! mais il faut du volume sous l'eau qu'on a pas en kitefoil); mais il faut effectivement bien choisir l'emplacement pour ne pas être trop perturbé par les turbulences, et les gradients de pression liés à la vitesse. en même temps c'est peut être aussi un moyen de tenir compte de la vitesse, puisque justement il faudrait que ton asservissement s'ajuste à la vitesse: par exemple avec une régulation PID classique, a priori il faut que la réponse P (directement proportionnelle à l'angle du foil?) diminue avec la vitesse (pour un même angle la portance augmente grosso merdo comme vitesse²), donc c'est pas forcement une mauvaise chose que ton capteur soit aussi sensible à la vitesse, mais ça risque d'être très compliqué de trouver le bon emplacement et les bons paramètres PID!

pour estimer la sensibilité aux turbulences, tu peux déjà essayer de voir ce que ça donne en mesurant la hauteur dans un gros seau ou poubelle où tu agites l'eau. au fait ton tuyau il a une membrane souple au bout? si c'est pas le cas, attention car si l'air peut s'échaper ou revenir (par exemple si le mat est imergé à l'horizontale l'eau va rentrer, puis s'il sort de l'eau l'eau va ressortir), le tube peut être plus ou moins rempli d'eau et la colonne d'eau entrainera un offset sur la pression.

on suit ça avec attention, bravo et bon courage!

Salut Samdam,
ça, c'est une contribution en béton !

La stabilisation du roulis est bien faite par le kiteur sur une planche mouillée, ça fait partie de ce qui est bon, je ne cherche pas à l'automatiser.

Je prends l'idée de l'influence de la vitesse sur le gain de la contre réaction. J'avais déjà envisagé de m'en servir pour démarrer l'asservissement au dessus d'une vitesse minimale, afin de limiter la trainée en phase de surf.
Pour la membrane, j'y ai pensé et même fais un bricolage avec un filtre à essence de mob, c'est encombrant...
Mais en prenant un tube assez petit (3mm), l'eau ne semble pas trop rentrer, et j’imagine plutôt un système de purge rustique à base de pompe d'amorçage de gasoil.

Je vais essayer ton idée d'essais "in poubello".

Arrêtez de vous faire de la bile sur le résultat final, la techno parlera d'elle même, si c'est une usine à gaz techniquement pas efficace ça finira au fond de mon garage, sinon les passionnés en tireront bien quelque chose. En attendant, je m'amuse vraiment

Pour la bielle je vais coller 2 morceaux de tige filetée M6 en bout d'un tube de en fibre de carbone 6/8mm, des restes de ma période "cerfs-volants".


Fred