Peut on s'inspirer des ailes d'avion pour faire un foil

Geesus a écrit:

on parle toujours du domaine de l'aérodynamique avec toujours les mêmes choses à optimiser :portance ,trainée , comportement de l'engin
L'aviation reste une base d'inspiration et de comparaison interessante ?
il me semble que le foil n'est qu'une extension ou transposition d'un avion,

Effectivement c'est une bonne question.
Y a t'il une analogie suffisante entre un foil et une aile d'avion pour "copier"

Pour beaucoup d'aspects, oui. Donc plein d'idées à récupérer.

Mais ce n'est quand même pas tout à fait la même chose. On risque même des loupés de conception si on transpose trop directement des formes issues de l'aérodynamique sur un profil à vocation hydrodynamique .

Il suffit de comparer une coque de bateau et un fuselage d'avion. La logique des formes est assez similaire, mais ce n'est pas trop interchangeable.

Plusieurs choses changent fondamentalement quand on passe de l'air à l'eau, il faudra nécessairement les prendre en compte pour dessiner un foil inspiré d'une aile d'avion: !

Concrètement,
1/ La densité de l'eau est énorme. (1000 kg / m3).
Elle est environ 830 fois plus élevée que celle de l'air (1.2 kg/m3 pour de l'air à 20°C et 40 % d'humidité). En déplaçant un tout petit volume d'eau avec un profil immergé, on obtient une force énorme par rapport à ce que ferait une aile volante aérienne de même taille.

Un foil rectangulaire d'environ 0.5 x 0.4 m = 0.20 m2 de surface supporte 80 kg, comme un deltaplane de 15 m2.

L'erreur de conception typique sera donc de sur-dimensionner les surfaces portantes en pensant que "sinon, ça ne suffira pas".
Dans l'eau, peu de surface portante, pour de très gros effets.
Un loupé de tracé de 5 cm ce sera déjà énorme .

2/ Poussée d'Archimède
La poussée d'Archimède est très forte dans l'eau, ridicule dans l'air (il faut un ballon d'environ 1m3 d'hélium pour soulever seulement 1 kg dans l'air; un flotteur de 1 litre fait pareil dans la flotte.).
C'est sans aucun intérêt pour construire un avion, mais incontournable pour dessiner une coque de bateau (d'où les différences énormes des formes utilisées en hydrodynamique / aérodynamique : bateau / avion).

Pour un foil, ça ne joue pas, on peut négliger largement la poussée d'Archimède.
Les volumes immergés sont faibles, restent en permanence immergés, et en plus sont denses (alu, inox, carbone) donc ne flottent pas.
Par contre, la planche fixée sur le mât devra assurer la flottaison de l'ensemble .

Attention à ne surtout pas trop s'inspirer de formes de coques de bateau pour faire un foil, même si "ça va dans l'eau" dans les deux cas .
C'est la poussée d'Archimède qui conditionne beaucoup de choses sur la forme d'un bateau (flottaison, couple de forces de redressement en cas de gîte)., et pas du tout sur nos engins.

- Bateau = portance permanente en statique avec Archimède, l'hydrodynamique intervient ensuite seulement, pour limiter la résistance à l'avancement avec une coque bien pénétrante dans l'eau.
- Foil = portance uniquement dynamique (seulement en mouvement, zéro à l'arrêt) avec les effets de l'écoulement hydrodynamique , Archimède se repose .
> Foil beaucoup proche de l'avion que du bateau.

3/ Le fluide dans lequel on navigue
Dans l'eau, il a parfois des algues, problème que ont rarement les avions (sauf trop bas !), on évitera les trucs dépassants au bout des ailes qui peuvent accrocher (comme des wiglets par exemple) si on navigue "dans la salade"

4/ Les bulles
L'eau présente des effets de cavitation qui lui sont spécifiques.
La dépression brusque que crée un profil immergé qui se déplace rapidement vaporise l'eau et fait aussi dégazer le gaz dissous (air) qu'elle contient.
Les ailes des avions ni leurs hélices n'ont pas ce souci. Les hélices des bateaux si .

Pour un foil, ça reste à voir , je ne suis pas sûr que les vitesses critiques soient atteintes pour déclencher ce phénomène.

4/ La viscosité
La viscosité dynamique de l'eau (coefficient qui caractérise l'aptitude du fluide à s'écouler) est largement supérieure à celle de l'air (μ = 10-3 Pa·s pour l'eau, 18 × 10-6 pour l'air) donc 55 fois plus que pour l'air.
Si le fluide est peu visqueux, les différentes couches sont beaucoup plus indépendantes.

Bonne nouvelle, l'eau collera mieux que l'air sur un profil, même s'il est assez mal fichu.
Mauvaise nouvelle, le profil va entraîner de l'eau lors de son mouvement (plus grande couche limite), on a vite de la traînée qui résiste à l'avancement.
Donc nécessité de bien soigner le profil et sa réalisation.

5/ Fluide compressible ou pas
L'eau n'est pas compressible, contrairement à l'air qui l'est énormément.

Mais je ne pense pas que ça joue dans la conception d'une aile de foil. On ne passe pas le mur du son avec. Y réfléchir.

6/ Les remous
Il n'y a quasiment pas de mouvements de convections dans l'eau à grande échelle (pas de bulles thermiques de partout, comme c'est habituel dans l'atmosphère réchauffée par le soleil).

Le foil se déplace donc dans milieu très homogène, et qui ne brasse pas dans tous les sens.

Ca simplifie bien les choses en stabilité ,et permet de réaliser des profils beaucoup moins stables structurellement que ceux des deltaplanes par exemple .


7/ Densité du fluide variable
En snowkite, on ressent bien les effets de la densité de l'air variable selon les conditions météo. En montagne (air froid et humide, plus dense), le kite tracte et porte sensiblement mieux qu'en été (air chaud sec et plus léger). Ca doit être pareil en parapente.

- Air froid humide (-10 %C et 100 % d'humidité), densité de l'air 1.34
- Air chaud et sec (+35% °C avec 40 %HR) densité de l'air 1.136

Je n'avais encore jamais regardé ça de près, mais ça fait quand même 15% d'écart, comme si on changeait de kite pour une taille au dessus.

Et dans la flotte ?
Le foil peut passer de l'eau de mer (salée donc plus dense) à l'eau douce (moins dense). La portance sera plus faible en lac, car proportionnelle à la densité du fluide.
Mais l'écart est de 2.5 %, négligeable, sauf si on navigue sur la Mer Morte.


8/ Milieu bi-phasique ou pas
Le foil navigue près d'une interface eau/air, gros souci qui n'existe pas chez les avions.

L'extrados de l'aile crée une dépression qui peut aspirer un tourbillon d'air venant de la surface (comme une bonde de lavabo avec un entonnoir d'air quand on vide).

Le foil se retrouve alors dans une mousse d'eau et de bulles d'air, très peu dense, qui ne porte plus rien. Décrochage et plongée brutale à pleine vitesse dans ce cas.
Ca peut nécessiter de modifier le haut du mât (fences, ou profil différent).

En conclusion de ces quelques remarques:

- Oui, on peut s'inspirer pas mal des ailes d'avions, en faisant gaffe de ne pas tout transposer, il y a des spécificités importantes à naviguer sous l'eau.
- On ne s'inspirera pas trop des bateaux, trop différents (la faute à Archimède), même si ça navigue aussi dans le même milieu.

Reste que la meilleure source d'inspiration, ce sont à mon avis les ailes de foil déjà conçues et validées pour les bateaux (catamarans en particulier).

"L'eau présente des effets de cavitation qui lui sont spécifiques.
La dépression brusque que crée un profil immergé qui se déplace rapidement vaporise l'eau et fait aussi dégazer le gaz dissous (air) qu'elle contient.
Les ailes des avions ni leurs hélices n'ont pas ce souci. Les hélices des bateaux si .

Pour un foil, ça reste à voir , je ne suis pas sûr que les vitesses critiques soient atteintes pour déclencher ce phénomène."

Sur un site dont je ne retrouve pas la trace dans mon ordi, j'avais pu lire un travail scientifique sur les causses et effets de la cavitation et d'apres le professeur ce phenome apparaitrait des 15 Knds !!!...

ouahhh super intéressant sujet, je vais essayer de rester dans le cadre.

J'ai vu un phénomène de vortex en bout d'aile avant pendant le Trophée St Clair. C'était très joli et bien régulier.

Je ne sais pas comment il est apparu. J'ai plusieurs hypothèses concurrentes:

-d'après JM33, si ça peut apparaître à 15 noeuds, ce serait le dégazage de l'air que tu décris.

-ça pourrait être un décrochement des filets d'eau côté extrados du pied et qui aspire de l'air et qui descendrait le long du pied

- ou alors le bout de l'aile (je naviguais au près) est sorti et a aspiré de l'air qui est resté localisé dans le vortex de bout d'aile. ce qui est bien pratique !

Mais le plus intéressant arrive seulement maintenant. Ta ta ta, effet de suspens !
J'avais oublié de vous préciser que le filet d'air tourbillonnant était seulement apparent à 50 cm derrière la pointe de l'aile et que je l'ai vu remonter le courant jusqu'à atteindre le bout d'aile !!
Z'avez bien lu, c'était magique car ça défie un peu la logique quand même

Ensuite je crois que j'ai diminué la pression sur le foil et le phénomène a disparu. Mais j'étais trop concentré pour continuer à regarder.

moi cela ne m'arrive plus avec des bouts d'aile arrondis.J'avais le meme phénomène avec des bouts d'ailes trop rectangulairs ou pointus

sauf que je me demande si il ne vaut mieux pas un Vortex contrôlable et localisée qui ne te déstabilise pas plutôt qu'une ventilation soudaine qui te fait passer cul par dessus tête en une fraction de seconde ?

On voit l'un de tes foils basculer brutalement sur l'une des vidéos de Sete alors qu'il ne semble pas être sorti de l'eau. Bon l'image est flou et mon interprétation hasardeuse.

les grosses ventilations qui t'envoye au tapis c'est plus au dessus de 20nds et je pense que c'est la raison du truc brutal.Mais nous arrivons en ce moment a etre .stables au dessus de 20.C'est vraimant les profils qui jouent le plus gd role ainsi que le bord d'attaque des ailerons a ne pas négliger

jm33 a écrit:

Sur un site dont je ne retrouve pas la trace dans mon ordi, j'avais pu lire un travail scientifique sur les causes et effets de la cavitation et d'après le professeur ce phénomène apparaîtrait des 15 Knds !!!...

Le site en question doit être http://foils.wordpress.com/2007/03/

Il indique bien que la cavitation peut survenir à partir de 15 nœuds, et devient franchement rédhibitoire à 50 nœuds. Il reste de la marge quand même au foil.

http://foils.wordpress.com a écrit:

la cavitation empêche aussi des profils hydrodynamiques comme des foils, des quilles ou des gouvernails de fonctionner correctement aux alentours de 50 nœuds et au delà.

Pour le décrochage, je suis personnellement convaincu que le phénomène qui se produit est bien de la ventilation (grosse bulle d'air aspirée provenant de la surface) et non de la cavitation.
Pour trancher correctement entre ces deux hypothèses, il faudrait rallonger expérimentalement le mât : la cavitation a lieu à toute profondeur (Cf hélices des sous-marins), la ventilation uniquement près de la surface de l'eau.

Je pensais que l'incompressibilité de l'eau (contrairement à l'air) n'avais pas d'effet notable en foil, mais en y réfléchissant mieux... il semble que ce souci provienne justement de là. L'eau ne supporte pas les grosses dépressions.

L'écart de pression entre l'extrados et l'intrados de l'aile est en gros 100x plus fort dans l’eau que dans l’air (à la même vitesse).
On atteint environ ~ 4 bars à 20 nœuds. Plus qu'un aspirateur de maison.
Largement de quoi aspirer de l'air depuis la surface, surtout si un vortex se crée en arrière de l'aile qui navigue trop près de la surface.

Laurent Ness a écrit:

Le filet d'air tourbillonnant était seulement apparent à 50 cm derrière la pointe de l'aile et que je l'ai vu remonter le courant jusqu'à atteindre le bout d'aile !!
Z'avez bien lu, c'était magique car ça défie un peu la logique quand même

D'après les observations que tu décris, je pense que c'est exactement ça qui se passe.
Un vortex possède en son centre une zone de basse pression, et il piège l'air dedans pour le guider tout droit jusqu'à l'aile. L'oeil du cyclone !

Solutions possibles :
- Les "fences" qui interposent une barrière entre l'aile et la surface.
- Ou limiter ce vortex avec un bord de profil pas trop agressif.
- Ou contrôler sa formation, par exemple en choisissant de créer exprès plusieurs petits tourbillons plutôt qu'un gros, on resterait sous le seuil de l'aspiration fatale.
Je verrai bien un bord de fuite avec des chevrons en "W" pour ça.

fence déja esseyés et pas très cncluant.Une sensation d'accroche en nav

Avis assez similaires sur les avions, les "fences" augmentent la traînée.
Dans l'eau, ça peut en plus accrocher les algues.

Il faudrait remettre une caméra GoPro fixée sur un mât de foil en navigation, comme avait fait Jahno, pour visualiser ce qui se passe exactement quand ça décroche.

J'ai essayé de prendre une video avec ma planche.
J'avais mon appareil fixé sur le casque. Pas de video a montrer car le résultat n'a rien donné d'exploitable
Il faudrait que j'ajuste l'angle de l'appareil... et encore!!!

Je vais re-essayer avec la camera fixée au strap avant et regardant vers le bas a travers la fenetre transparente de la planche


Je devrais etre pret pour le Festival de Cannes!

" Ou contrôler sa formation, par exemple en choisissant de créer exprès plusieurs petits tourbillons plutôt qu'un gros, on resterait sous le seuil de l'aspiration fatale.
Je verrai bien un bord de fuite avec des chevrons en "W" pour ça."

J'avais soumis cette hypothese a Jerome ( Courtois mon shaper ) pour un eventuel prochain mat equipé d'un "V" creant un wortex et eviter ainsi la descente de bulles d'air et deja a l'epoque j'envisagé un mat plus court; actuellement 80cm ( contre 95 au depart ) favorisant la ventilation sur les ailerons ) ...

je ne vois pas pourquoi un mat de 95 cm favoriserait la ventilation ? Quel argument permet de soutenir ça ?
L'idée de matriser le Vortex est également une approche de Jérôme de Radical et je pense que c'est assez bien réussi sur mon foil en fait car il reste bien en place et ne s'étend pas vers la pelle.

J'ai du mal m'exprimer: l'idee c'est quand "rapprochant" ( en raccourcissant le mat ) les ailerons de la surface j'augmentais le risque de ventilation affectant ces memes ailerons...

bah oui, tu as même dit le tout contraire tellement ta phrase était tarabiscotée !!
ou tout le contraire peut-être

rectifié plus haut par une meilleure ponctuation...

J'ai fait quelques photos de l'installation de la caméra étanche GoPro sur le mât du foil de Damchab au lac de Monteynard (le 18 juillet dernier)


Camera installée en haut du mât du foil : (attachée, et sécurisée par un petit leash)


Kite Foil avec la caméra embarquée


Premières images intéressantes. Photo tirée de "Alpine foil",vidéo de Jean Boulanger (sur le blog de Damien)

http://alpinefoil.over-blog.com/article-video-du-dernier-proto-54193210.html

je veus pas faire le malin mais je n'ai plus l'impression d'avoir des trucs pareil au bout de mes ailerons.L'année dernière c'était le cas.Je vais demander a Renaud et max nochet de faire gaffe a Peros guerec car l'eau y est souvent plus limpide je crois.

belle idée qui servira a d'autres les photos et étonnant la forme des flux a l'avant

c est passionnant,
je me demande si je vais terminer l aile de mon Foil!...???
"les fences " je ne connaisais pas!
les extremites de mon ailes sont remontantes sur 5cm et pointus ...je retail ca demain matin!pour aller vers les Oreilles arrondis

Christian a écrit:

L'écart de pression entre l'extrados et l'intrados de l'aile est en gros 100x plus fort dans l’eau que dans l’air (à la même vitesse).
On atteint environ ~ 4 bars à 20 nœuds.

je ressort ce post car je suis tombé dessus en cherchant des valeurs typiques des depressions sur l'extrados des ailes de foil.
et je retrouve cette même valeur de 4 bar au sujet de laquelle je viens de faire une remarque sur foilers (mais vous la sortez d'où cette valeur???)

donc même remarque (copier coller, allez hop!): je pense que dans l’eau, 4 bars de différence c’est impossible pour des incidences raisonnables: la depression ne peut pas dépasser 1 bar absolu (la dépression avec l’extrados complètement en cavitation ~0bar absolu, en tout cas proche de la surface~1bar absolu) , car il me semble que la depression/extrados est toujours plus importante que la surpression/intrados, et donc cette dernière est <1bar (dans des conditions normales, après avec une incidence très importante on peut toujours créer une grosse pression dynamique, mais ne chipotons pas!). enfin bref la différence de pression max doit être autour de 1 bar quand ça commence à caviter, en tout cas inférieure à 2 bars tant que surpression/intra < depression/extra.

enfin bref c'est quoi les valeurs typiques de la depression pour nos foils? vu ma remarque précedent je dirais <1bar, et vu qu'on commence à avoir des problèmes de cavitation vers 30nds, ben je dirai pas loin de 1bar à 30nds! et ça doit grosso merdo varier comme la portance en vitesse² (0.25bars à 15nds...)

j'ai bon?

J'ai cherché un peu les courbes de pression / dépression dans l'eau, je n'ai pas trouvé grand chose, mais je ne vois pas pourquoi les courbes seraient différentes de l'air, donc j'aurais tendance à dire également que la différence pression / dépression ne doit pas dépasser 1 bar.
C'est assez simple de calculer la charge alaire d'une aile, il faudrait voir quelle valeur on obtient (je ne connais pas la surface moyenne d'une aile de kitefoil) puis faire une hypothèse sur la différence de pression maximale par rapport à la moyenne.

Un bon petit Tuto pour expliquer le phénomène - Revue Nautica.it - SuperYacht Sept 2005
Post original en italien - compréhensible pour un latin

Traduction Google - un peu à la peine dans les formules

La bulle apparait à 2'10"

Salut a tous post très interressant et j'ai fait un tour comme certain d'entre vous sur foilers j'en ai retiré ça: http://foils.wordpress.com/2010/06/19/dispositifs-anti-ventilation/
Il y a pas mal de remède différents!!  
Qui a déjà testé quoi en fait?
@+

Pour ceux qui veulent tester j'ai vu ça aussi http://www.imaginascience.com/actualites/accueil_actualites.php?action=fullnews&showcomments=1&id=373

Excusez moi, fais mon geek et partage mes découverte si ca intéresse personne dite le je supprimerai mes msg.
http://www.cleantechrepublic.com/2009/03/06/des-pales-en-forme-de-nageoire-de-baleine-pour-doper-la-performance-dune-eolienne/

Ce design si il n'a pas déjà été tester semble intéressant...