Essais aile d'eau

Vendredi dernier, j'ai repris des essais d'aile d'eau !

 

Bateau support

Il a d'abord fallu trouver un bateau pour ces essais de foil tracté.

C'est le petit catamaran de plage familial démâté qui a servi de support. Pour les premiers essais, pas besoin d'aller vite, c'est pour l'instant un petit moteur électrique qui a servi et nous permettait d'aller à quelques nœuds : il n'y avait de toute manière pas de vent (pas assez pour faire du kiteboat) et nous n'étions que deux. Des essais de foil tracté plus rapides seraient aussi possibles en catamaran mâté (ou en kiteboat si nous étions au moins 3 à bord).

Le moteur électrique était fixé sur une chaise moteur (bricolage de planches de bois) monté dans le prolongement de la poutre arrière du catamaran.

Foil

Un foil de kitefoil a été utilisé (kfoil de Sroka V2). Le mât a été enlevé pour ne garder que l'avion (aile principale, fuselage, stabilisateur).

Le stabilisateur est plat, mais l'aile principale est courbée autour de l'axe x (longi), les extrémités de l'aile étant plus basses que le fuselage (ce qui permet d'éviter qu'elles ventilent lorsque le foil est fortement incliné, mais ne correspond pas à notre usage).

Le stabilisateur a un angle de calage différent de l'aile principale ce qui donne au tout un couple à cabrer. Cela peut aussi être utile pour une aile d'eau afin d'obtenir un comportement réflex (aile qui tend les lignes).

Bridage

Deux bouts de fil de fer ont été attachés autour des extrémités de l'aile principale et tenus par du ducktape pour ne pas glisser le long de l'aile.

Le foil a été utilisé de manière à ce que la portance tende le fil de retenue avec le profil fonctionnant dans le bon sens. Le dièdre est alors inversé, ce qui rendrait le foil instable s'il n'était attaché que sur son axe central (pas vérifié).

Une patte d'oie a été attachée sur ces fils de fer et relié par un bout à une extrémité d'une barre de contrôle.  L'autre extrémité du bout a été fixée directement sur le foil, au niveau des trous pour les vis du mât, mais de manière à avoir du mou, les efforts étant repris par la patte d'oie (ce bout ne servant que de sécurité).

La longueur de la patte d'oie a été choisie de manière à être plus longue que le rayon de courbure du foil afin d'avoir un ensemble stable en roulis (par opposition au chien de mer de Didier Costes, pour lequel la patte d'oie est plus courte que la distance au métacentre, ce qui permet de réguler le foil en altitude à la surface de l'eau).

Un fil de fer a également été attaché au milieu du stabilisateur pour faire un point d'attache à l'arrière. Un bout relié à l'autre extrémité de la barre de contrôle permettait ainsi d'ajuster l'angle d'attaque et le lacet du foil (par torsion). Une longueur de ligne de 3-4 m a été utilisée.

 

Foil

 

Accroche du bout de sécurité au niveau du fuselage

Fil de fer vert autour du stabilisateur et du fuselage et bout de pilotage blanc

Bout violet sur le bord d'attaque (attaché au fil de fer sur l'extrados non visible de l'aile). Le scotch empêche le fil de fer de glisser.  Celui sur l'autre demi-aile (qui était du côté du foil en bas) a lâché lors des essais. Une couche de scotch en dessous aurait permis de protéger un peu mieux le carbone du fil de fer.

Mise à l'eau

Le lancement du foil s'est fait navire en marche. Les efforts étaient tout de suite important et pour le premier test, le foil est parti en marche arrière assez vite en traversant la fenêtre de vol jusqu"à se retrouver complètement à l'arrière du bateau.  Peut-être faudrait il mieux stopper d'abord le bateau et commencer avec le foil en position basse, mais l'eau était trouble et la hauteur d'eau inconnue...

Le bridage avec plusieurs lignes complique la mise à l'eau. J'ai eu un emmêlage (lorsque j'ai modifié le bridage sur l'eau) et fini par défaire quelques nœuds et les refaire pour m'y retrouver.

Contrôle du foil

Même en relâchant complètement la tension sur la ligne arrière du foil, le foil ne remontait pas complètement en bord de fenêtre. Le stabilisateur a en effet un angle qui le rend déporteur ce qui a tendance à border l'aile principale (comme du réflexe sur une aile de kite). Sans tension sur la ligne arrière, impossible de diriger le foil grâce à la torsion.

Les points d'attache sur l'aile avant ont donc été avancés afin d'être sur le bord d'attaque de l'aile. C'était un peu mieux, mais la tension dans la ligne arrière restait insuffisante pour avoir un bon contrôle en torsion.

Les solutions envisagées pour un prochain essai sont donc :

Idée pour améliorer le contrôle :

• Améliorer la tension dans la ligne arrière

• réduire l'angle de calage du stabilisateur.
• avancer d'une manière ou d'une autre les points d'accroche avant.

• Contrôler le foil en roulis (comme pour un cerf-volant rigide, delta ou losange par exemple) en supprimant la patte d'oie et en reliant les deux fils sur une barre de contrôle en T

Il était cependant possible de contrôler le foil par à coup (un peu comme en kite dans le vent faible) en le faisant tourner de manière sur-bordée, puis en le relâchant une fois sur la bonne trajectoire.

 

Finesse du foil

Cela a permis de vérifier la (mauvaise) finesse de l'ensemble (le foil était à 45° vers l'arrière environ, soit une finesse de 1). Une bien meilleure finesse était cependant atteinte dès que le foil atteignait la surface et ventilait. Dur de dire si la ventilation concernait le foil ou les lignes de contrôle (une vidéo aurait été utile).

Idée pour améliorer la finesse :

• Utiliser des fils de section 2r réduite,
• Utiliser une baguette pour déporter le point d'attache de la partie de l'aile proche de la surface hors de l'eau et avoir un fil sur 3 hors de l'eau,
• Utiliser un carénage des lignes,
• Supprimer la ligne de sécu (il y a déjà 3 lignes avec des positions suffisamment extrême pour que les efforts soient réduits de plus d'1/3 en cas de la casse de l'une d'elle),
• Utiliser un L pour avoir un bras horizontal hors de l'eau pour transmettre la charge et les efforts de contrôle. 
• Utiliser un foil avec du dièdre afin de se limiter à 1 au lieu de 2 fils avant (la charge varie en r**2 alors que la traînée varie en r, il y a donc intérêt à minimiser le nombre de ligne).

En comparaison avec les lignes dans l'air, dans l'eau on va avoir les mêmes efforts, donc la même section, mais une densité multipliée par 1000. La taille du foil peut-être réduite d'un facteur 30, et la longueur des lignes immergées également. On a donc un facteur 30 en comparaison de la proportion de la traînée des lignes dans l'eau et dans l'air.

Les essais se sont arrêtés suite à un fil de fer sur l'aile avant qui a glissé.

Idée pour améliorer la robustesse :

• Percer le foil (ça fait peur, c'est pas donné un foil et j'aimerais continuer à l'utiliser pour du kitefoil),
• Utiliser un L pour avoir un bras horizontal hors de l'eau pour transmettre la charge et les efforts de contrôle,
  
• pas donné un foil et j'aimerais continuer à l'utiliser pour du kitefoil),
• Strater le foil en coinçant un point d'accroche pour la ligne,
• Ajouter deux manchons sur les bouts d'aile avec des lignes les tendant vers le fuselage,
• Utiliser un autre foil
  

Régulation aile d'eau sous la surface

Je présente une idée d'aile d'eau avec une régulation mécanique que j'ai en tête depuis longtemps mais non partagée.

La position de l'aile d'eau idéale est proche de la surface pour ne pas trop tirer vers le bas (sauf en cas d'arrachement vers le haut).

On imagine une aile d'eau avec une aile principale prolongée par deux petites ailes à chaque extrémité. 

Ces petites ailes peuvent tourner autour de l'axe transversal de l'aile d'eau.

Grâce à un système de tringlerie, elles sont toutes les deux reliées au safran.

En navigation sous l'eau en ligne droite, les deux ailes reçoivent les mêmes efforts et le safran est droit. Si jamais l'aile d'eau se rapproche de l'eau, la demi-aile la plus proche de la surface va sortir de l'eau. Un différentiel d'effort va apparaître entre l'aile du haut et celle du bas. Ce différentiel va activer le safran et refaire plonger l'aile d'eau.

Avec un peu de chance, l'effet de sol inverse pourra permettre que cet effet soit ressenti avant même que l'aile haute sorte de l'eau.

Que se passe-t-il maintenant en virage ? Ce dispositif risque-t-il de déstabiliser l'aile d'eau? Au contraire, la vitesse étant plus élevé sur l'aile à l'extérieur du virage, cela va stabiliser l'aile d'eau pour aller droit !

Hâte de tester le jour où je deviendrai meilleur bricoleur (ou meilleure pour faire des simulations informatiques) !

Edit 27/10/2024

J'ai décrit le système à mon amie, qui a dessiné l'axe de rotation autour de l'axe x au lieu de l'axe y.

Alors que le système que j'imaginais est plus comme ceci.

Ce qui est intéressant, c'est que le système avec la rotation autour de l'axe x présente des avantages. Le profil travaille également en portance. Mais la portance va rester constante au cours de la rotation (un peu comme une hélice).