Pumping kite ou aile d'eau ?

A la sortie d'un article sur le pumping en planche à voile à foil (pumping du foil), je me suis souvenu de l'idée du vélo-volant partagée sur fablabo, mais jamais ici je pense. Même sans voler, on peut imaginer d'utiliser le même type de pumping pour faire avancer un kiteboat ou un char à cerf-volant. On se sert du treuil pour ramener plus rapidement le kite vers soi et propulser l'engin. 

Mais à quoi bon, si le kite vole déjà, autant mettre une aile plus grande, non ? Cela peut cependant être utile temporairement pour construire du vent vitesse ou pour monter sur des foils (comme le pumping en planche à voile qui est souvent utilisé seulement dans les phases de relance). 

En fait, on n'utilise déjà un peu cette technique pour décoller l'aile en kiteboat dans le vent faible, par exemple avec une personne qui vient tirer sur la ligne de l'ancre flottante au moment du décollage pour réduire la dérive. 

Aile d'eau bi-stable

 Je sauvegarde ici une idée probablement pas originale qui permettrait à une aile d'eau d'avoir une meilleure stabilité sur les deux bords.

Un petit poids coulisse d'une extrémité à l'autre de l'aile principale. Le poids permet de donner une stabilité en tangage foil/lacet de l'avion (l'Aile d'eau de Luc Armant était par exemple plombée sur une aile ce qui ne permettait d'aller que sur un bord).

Alternativement, un fluide dans un tube avec un peu d'air peut aussi faire l'affaire. Avec la possibilité de faire varier la viscosité pour éviter d'avoir un comportement trop brutal lors des manœuvres. 

Lecture "Performance Calculation methods for High Speed Sailing Craft" by Malcolm Barnsley

Malcolm Barnsley a travaillé pendant de longues années sur le projet Vestas Sail Rocket.

Il révèle en exclusivité dans ce livre quelques secrets. Quelques découvertes pour moi aussi, même si ce n'était pas forcément des secrets

Le foil est conçu de manière à ce que les deux faces soient sous pression. Il considère que ce n'est donc ni un foil superventilant, ni un foil supercavitant (même si ventilation ou cavitation se développent en arrière du foil).

Le flotteur sous le vent décollait grâce à la voile qui se prolongeait à l'horizontale.  Si le pilote peut régler l'incidence de cette partie c'est principalement l'effet de sol qui permet d'obtenir un vol stable.

Le long flotteur agit comme un palpeur avec d'une part le poids du pilote (à l'avant sur MK2) et d'autre part, en opposition, la portance de la surface planante. Le choix de la surface planante est censé permettre de ne pas avoir de problème de modification de l'écoulement sur un foil. Mon impression est que les 2 solutions pourraient être utilisées en combinaison. Des calculs détaillent également la résistance ajoutée d'un foil ou d'un flotteur dans les vagues.

Le safran est à l'avant et incliné vers l'avant afin de réduire la ventilation et le risque de perte de contrôle.

Modifications et essais du foil SCAE 001

Au mois d'Avril, nous avions pu tester le foil alu de Stefano SC AE 001 d'une part et d'autre part présenter un nouveau concept de stabilisation de la profondeur de vol par rapport à la surface.

Motivé par ces deux essais, fin avril j'ai modifié le proto alu pour lui ajouter le nouveau système de stabilisation.

La fabrication a été faite un peu à la "rache", finissant un peu plus tard dans la nuit que prévu la veille des essais.

De petites charnières venant d'un magasin de bricolage ont été rajoutées au bout des ailes, ainsi qu'une troisième charnière sur l'aileron pour servir de gouvernail.

De petites surfaces de tôle alu (0.5mm) ont été découpées avec une cisaille à tôle aviation 

Pour les bouts d'ailes, un petit étau a été utilisé pour plier la tôle. 

Du fil de fer a été utilisé pour faire le système de tringlerie .

Pour fixer le fil de fer à la tôle, un simple trou a d'abord été testé, mais l'orientation du trou ne permettait pas d'avoir la mobilité suffisante. Tordre la pièce pour avoir le trou selon d'axe x permettait de résoudre le problème de mobilité, mais au prix d'une surface perpendiculaire à l'écoulement.

Finalement une pince a été utilisé pour tordre le bout d'aile en l'enroulant autour de l'axe x et créer une charnière.

La tringle entre les deux palpeurs a un mouvement selon l'axe y (avec un peu de mouvement parasite sur l'axe z), mais on a besoin d'un mouvement selon l'axe x pour le palonnier du safran, sur la queue, à l'arrière du fuselage.

Un axe de rotation selon l'axe z a donc été rajouté pour passer d'un mouvement à l'autre. 

 

Le proto modifié avec des palpeurs en bouts d'aile. En zoomant on distingue le fil de tringlerie sous l'aile gauche (à droite de la photo). Le fil sous l'aile droite est plus proche de l'aile et un peu masqué. Le système est mieux visible sur la photo ci-dessous.

 

 

Stefano découvre les modifications

Tests

Les tests ont eu lieu en afterwork le 29/04. Direction la piscine du Vallon des Auffes pour profiter de l'eau calme et claire. Comme pour les premiers essais précédents d'un proto, on tire celui-ci au bout du fil d'une canne à pêche, ce qui permet de donner de la vitesse, mais aussi de le faire tourner, de vérifier la stabilité (et d'attirer les curieux !).

Par rapport aux tests précédents où nous cherchions à rester au fond de l'eau, essayer d'aller flirter avec la surface est plus difficile. Avoir une légère dissymétrie sur l'angle de barre semble être une condition nécessaire, mais sans système de contrôle, cela revient à privilégier un bord, ou à faire des loopings, ce qui n'est pas évident depuis le bord.

Lorsque le système arrive à la surface, on observe bien le mouvement du palpeur hors de l'eau qui bascule du côté du fil de traction, mais sans que l'action du safran sur la trajectoire montante ne soit évidente.

Le foil sort de l'eau et décroche en général. 

Après quelques essais infructueux, le système présentant beaucoup de jeu, nous avons essayé de réduire le jeu en resserrant les articulations à la pince. Erreur fatale, le mouvement devient grippé et dans la suite des essais le mécanisme se bloquera souvent.

On constate cependant un autre problème que nous n'avions pas anticipé. Le point d'accroche est décalé du coté du fil grâce à une petite dérive en alu, ce qui permet de se passer d'élévateur pour stabiliser le tangage (comme en parapente). Ce décalage permet aussi de stabiliser un peu le roulis.

Cependant lorsqu'un bout d'aile sort de l'eau, la force perdue crée un couple en roulis plus important qui couche le modèle à la surface de l'eau.

Pour vérifier que ce phénomène est le principal frein à nos essais, un fil de fer est rajouté afin de décaler plus loin le point d'accroche. Le fil de fer, un peu souple, semble bien améliorer le phénomène, sans toutefois le supprimer. 

Dans l'idéal, il faudrait avoir un peu de dièdre inverse sur les ailes et un bras de longueur supérieur au "diamètre" correspondant à la courbure de l'aile  (principe du chien de mer de Didier Costes). Sans cela l'instabilité en roulis risque d'être plus importante que la stabilisation par le mécanisme.