vendredi 20 septembre 2024

Barre déportée

Quelques (vieilles) images pour montrer une évolution du système de barre déportée utilisé sur L'Dorado.

Le concept a initialement été développé par Trevor Jack, on l'a fait évolué ensemble et la dernière mouture a été discutée avec Xavier Labaume mais jamais testée.

Par rapport à une navigation en kite classique, on veut transmettre la traction du kite au bateau pour une navigation en puissance. 

La solution la plus simple est celle proposée  par kitetender. Le chicken loop (standard en kite) est directement attaché à un anneau sur le pont au milieu du bateau. 

Kitesegeln
Système du kitetender. Source


Cependant le faire dès le départ sur la plage peut parfois être compliqué, soit car le vent est irrégulier soit car il est difficile d'accéder à la plage avec le bateau.

Le système présenté ci-dessous présente deux évolutions :

  • Possibilité de transfert de la traction du kiteur au bateau
  • Possibilité de séparer la position du point de traction (lignes avants) de la position du pilote (généralement lignes arrières)

 Transfert de la traction du kite

Il est donc fréquent sur les petits kiteboats de commencer par accrocher l'aile au pilote, qui va décoller l'aile (avec la mobilité permettant de parer aux déventes en courant vers le vent). Une fois l'aile en l'air, le bateau est mis à l'eau par l'équipier, le pilote monte à son tour sur le bateau qui peut alors s'éloigner du bord (avec toujours un risque d'éjection du pilote...). Parfois le bateau reste même au large car il y a trop de vagues, et le pilote le rejoint par exemple en twintip, puis monte à bord.

Il faut ensuite transférer la traction du kite sur le bateau. Cela peut-être fait en décrochant l'aile du kiteur, mais c'est risqué car l'aile n'étant plus attachée pourrait partir (il restera le leash s'il n'a pas été décroché en même temps et s'il est présent).

Le système présenté dans la suite permet de parer à cette éventualité en permettant d'attacher l'aile au bateau en parallèle sans se décrocher. Comme en escalade l'idée est d'avoir deux mousquetons sur un anneau. Il faut toujours qu'au moins un mousqueton soit attaché (on pourrait aussi avoir deux anneaux et un mousqueton, mais cela présente un risque à l'ouverture du mousqueton).

Dans notre cas, l'anneau est donc en bas des lignes avant du kite (lignes reprenant la majorité de la traction).

Un mousqueton est accroché sur un chicken loop avec largueur qui sera accroché au harnais du pilote (sécurité pour pouvoir larguer, même sous tension).

L'autre mousqueton est accroché au bateau avec une longueur de bout suffisante pour permettre au pilote de pouvoir se placer proche tout en étant à l'aise pour continuer à piloter son aile.

Une fois les deux mousquetons accrochés, le pilote soulève ses fesses pour transférer la traction au bateau et décrocher son mousqueton. Cette étape pouvant être difficile, il est possible de prévoir un palan au niveau du mousqueton du bateau pour ramener l'aile plus proche et décrocher sans soulever ses fesses.

Séparation des points d'accroche des lignes avants et arrières

Sur un bateau large comme un catamaran, on peut avoir besoin de déporter la position du pilote par rapport à la position du point d'accroche. Cela peut-être utile soit pour avoir une meilleure assise, soit pour améliorer l'équilibre ou les performances du bateau.

Une solution existante est de faire passer les lignes arrières dans des poulies de renvoi avant de les envoyer vers une barre. Cette solution fait cependant perdre les sensations de pilotage (poulie ajoutant des frottements et perte de l'information de la position du kite dans la fenêtre).

Le système proposé ci-dessous n'a pas cet inconvénient : les lignes avants ont été sorties du trou au  milieu de la barre de kite et vont directement du kite au pilote.

Cela engendre cependant un nouveau problème : pour se déplacer, il faut que le différentiel de longueur de ligne suive. Cela peut-être fait à la marge avec le système de trim du kite, mais son amplitude est en général assez limitée (même si rien ne la limite vraiment si ce n'est le risque d'un mauvais réglage. Le système de trim a donc été enlevé et a été remplacé par un système équivalent avec une plus grande longueur (à base d'un palan et d'un taquet coinceur clamcleat).

L'autre problème est le risque de perdre la barre. Pour pallier ce problème la barre est attachée au bout permettant de faire le réglage du palan dont l'extrémité est accrochée au niveau de l'anneau. Lorsque le bout de trim est lâché, le kite est loin, et le pilote proche du point d'accroche. Lorsque le bout de trim est repris, le kite se rapproche et le pilote peut se reculer sur le bateau.

Un dernier problème de cette solution est la variation du différentiel de longueur en fonction de la position de l'aile dans la fenêtre de vol.

Une solution (non testée) à ce problème pourrait être de faire passer les lignes arrières dans des petites poulies fixées sur les lignes avants. Souvent cela est fait au niveau du point d'accroche des lignes avant, mais l'idée ici est de le faire à quelques mètres au dessus du point de traction.

Le système est décrit dans les photographies suivantes :


 Harnais
 

Accrochage au bateau en parallèle

Barre accrochée pour ne pas la perdre !


Transfert de le la tension du kite vers le bateau

Décrochage pour se décaler

Navigation déportée

Quelques défauts de ce système sont déjà prévisibles, mais il faut maintenant tester ce système pour trouver tous ses points faibles :

  • pas de possibilité de faire des kiteloops et de faire tourner simplement la barre pour défaire les tours comme en kite
  • le pilote n'est plus au près du largueur

mardi 21 mai 2024

Foil rotatif

J'essaie ici d'aller plus en avant dans le concept du foil rotatif, déjà présenté sur ce blog, mais juste en mode texte.

Pour commencer j'ai essayé de faire un schéma cinématique. Pour cela, j'ai de nouveau cherché les outils existant et j'ai trouvé le logiciel openmeca qui permet assez rapidement de réaliser un schéma cinématique, de l'habiller de géométrie très basique, de faire une animation cinématique ou même une simulation dynamique. Malheureusement un petit bug dans l'enregistrement du fichier de sauvegarde ne me permet pas de présenter une animation pour l'instant, mais voici une première image du concept.

 

Le plan marron au dessus représente une planche à voile ou un bateau. 

La partie en rose représente un mât de foil vertical ("shaft" en anglais).

La partie en violet représente le foil rotatif, relié au shaft par une liaison pivot.

Le foil est excentré par rapport à l'axe de rotation grâce à un petit mât, afin de s'orienter sous l'effet de sa portance.

On considère dans un premier temps que la densité du foil est égale ou proche de celle de l'eau, ce qui revient à dire que les forces volumiques (de gravité et d'Archimède) sont négligées devant les forces hydrodynamiques.

Si l'axe de rotation est parallèle à l'écoulement, il y a une invariance par rotation et le foil étant symétrique droite/gauche, il peut être à l'équilibre dans n'importe quelle position. 

Si l'on considère également que le profil du foil est symétrique et l'angle d'attaque par rapport à l'axe de rotation nul, la portance sur le foil est alors nulle. On peut s'attendre à ce que l'angle de rotation du foil soit marginalement stable (la vitesse de rotation tend vers zéro sous l'effet de la traînée et de la portance créée sur le mât, mais la position peut dériver sous l'effet de la moindre perturbation).

On considère maintenant une position initiale du foil vers le haut (le foil fait un T à l'endroit). Et l'on vient considérer l'effet d'un changement d'assiette de l'ensemble.

Si le "nez" de l'axe de rotation va vers le haut ("pitch up"), une portance sera créée sur le foil orientée vers le haut. La configuration reste symétrique, ce qui permet de dire que l'on reste à l'équilibre. Cette position d'équilibre est stable. Pour s'en convaincre, imaginons une perturbation de la position du foil à 90° vers la droite. Le mâtereau est alors à l'horizontale et le foil à la verticale. l'angle d'attaque du foil est devenu nul, mais le mâtereau a maintenant un angle d'attaque ce qui crée une portance vers le haut et un retour vers la position d'équilibre.

Si le "nez" de l'axe de rotation va vers le bas ("pitch down"), une portance vers le bas sera créée sur le foil. Mais cette fois, cet équilibre est instable. Il existe une nouvelle position d'équilibre foil tête en bas.

On voit ici que c'est le mâtereau qui donne la stabilité grâce à une double action :

  • création d'un bras de levier
  • portance créée par une surface transversale au foil

D'autres configurations stables sont envisageables en reprenant ces deux principes.

On peut également vouloir au contraire compenser l'effet du mâtereau en rajoutant une pièce similaire du côté opposé au foil.

 

On considère maintenant l'effet d'un angle de calage du foil.

Si l'on reprend le scénario ou l'axe de rotation est parallèle au flux, si on rapproche le bord de fuite de l'axe de rotation on va créer une portance vers l'extérieur. Cette portance étant tangentielle, elle ne modifie pas la symétrie et n'a pas d'effet direct sur l'équilibre ou la stabilité.

On pourrait donc de même obtenir une force tangentielle vers l'intérieur en éloignant le bord de fuite de l'axe de rotation. 

 

Edit 2024/10/22 : 

le foil n'a pas besoin d'être au bout du mâtereau, même si intuitivement cela devrait aider à la rotation. 

certains m'ont fait remarquer que le tirant d'eau augmentait (à cause du mâtereau).

On peut aussi imaginer d'avoir le mâtereau un plus haut et de transmettre la rotation par un système de courroie, mais cela complexifie le système et rajoute des frottements.

 


To be continued.

 

 

 

samedi 18 mai 2024

Reprise du blog

Après quelques années de pause, je reprends ce blog commencé il y a plus de 10 ans.

Depuis 10 ans, il y a eu des progrès considérables sur le sujet du pilotage automatique des cerfs-volants que ce soit pour la production d'électricité, ou la traction principale (kiteboat) ou auxiliaire des bateaux.

A quelqu'un qui s'intéresserait aux actualités sur le sujet, je recommanderais les deux sites suivant :


Les premiers systèmes industriels commencent (enfin) à faire leur preuve en AWE avec les premières connexions aux réseaux et la validation des courbes de performances, mais de nombreuses entreprises ont coulé entre-temps (Makani, KPS, Ampyx power) ou ont connu des phases difficiles de réduction de personnel (SkySails, Airseas, ...).
La phase de développement commercial aura-t-elle lieu ?

Du côté des kiteboats, WingIt propose un pilote automatique sur étagère. Le système a pu être utilisé par Francisco Lufihna sur une traversée de l'Atlantique, non sans quelques difficultés (le pilotage était finalement principalement au joystick). Le système devait être commercialisé avec le yacht Silent 60, mais la compagnie autrichienne a fait faillite.

Maloric propose également un système pour les petits bateaux (encore en développement).



Le projet RaceForWater s'est arrêté avec le Covid. Pas de kite SkySails sur le nouveau projet Modx70 (notamment développé par d'anciens naviguants).


Beyond The Sea a récemment réalisé une première navigation hauturière d'Arcachon à Lorient sous pilote automatique de l'aile birdkite à bord du Seakite, déjà testée auparavant sur le Deo Juvante.

 


De mon côté, j'ai pu travailler sur le pilotage du kite chez Airseas (pour la traction auxiliaire des navires de commerce). 

Chez Syroco, j'ai pu travailler sur le pilotage automatique du cerf-plongeant et sur le contrôle par joystick comme je le faisais sur la plage il y a 10ans, mais de manière beaucoup plus robuste pour contrôler ce qui est probablement la première maquette de kiteboat pilotable. Le projet de record de vitesse est malheureusement arrêté faute de sponsor.

Auparavant j'avais pu travailler avec Groupama Team France sur le contrôle automatique des foils qui est devenu standard sur les voiliers avec le TF35 et maintenant l'AC40. Ces systèmes électroniques étaient coûteux et réservés aux grands bateaux, mais de ce côté une miniaturisation est en marche (voir rctestflight, zyx,.foilchemy..).



Aujourd'hui j'aimerais cependant relancer le concept d'un kiteboat à foil avec régulation (mécanique ou automatique) du foil et éventuellement du kite (les constantes de temps ne sont pas les mêmes). Le projet allemand cargokite propose ce concept pour du transport de container, mais je pense que c'est à trop grande échelle pour ce concept.

Sustainable sailing: kite-powered micro-cargo ships - Springwise

Le projet de Julien Hatin de mini à foil est aussi assez proche, mais n'aura pas de pilote automatique du kite (en tout cas pour les courses).  Le concept n'a pas encore été dévoilé mais a pu être testé en navigation tractée (maquette et mini 6.50).

Peut être une image de 1 personne, course de bateaux, voilier, voile et texte qui dit ’DIRECT: Grand Départ DIRECT:GandDeprdelaPato de Plastimo Lorient Mini 2024 PLAST LORIENT MINI En Direet FRA 1169 a logoipsum 1169 แบ GIC 반드스 46g a Lonem ခွေ့မေမော TEm ช้อไอย amet Julien JulienHatin Hatin Skipper Skipper&Chercheur & Chercheur 1:15:46/2:59:55 :15:46/ 2:59:55 日田林キ’


En plus de ces projets, je souhaiterais que le foil soit orientable pour s'opposer à la traction du kite, comme sur l'aile d'eau, sur Vestas Sail Rocket ou sur SP80.

J'avais déjà présenté l'idée de foil rotatif sur ce blog, mais seulement en texte.

Voici quelques unes des étapes de développement que j'envisage :

  • Faire une maquette télécommandé d'aile d'eau avec un petit mât, permettant de passer d'une navigation archimédienne quand le vent est faible à une aile d'eau quand le vent est fort.
  • Faire un dessin d'un catamaran équipé du foil rotatif
  • Développer un simulateur multicorps (en Julia ?).

Mes ressources sont cependant assez limitées (ressources personnelles + 1 jour par semaine libéré après passage à 4/5).

Je recherche donc aussi des applications potentielles susceptibles de me fournir une contrainte sous la forme d'un engagement à sortir quelque chose. 

J'ai le droit de facturer, mais malheureusement, j'ai un blocage de Syroco sur tout ce qui est lié à l'efficacité énergétique et la performance dans le domaine du maritime, contrainte qui pourrait cependant être levée en fonction des projets.

Voici cependant les applications que j'envisage :

  • Courses à la voile (mini/record/mini transat)
  • Météorologie (voir Aéroclipper).
  • Recreationnal craft
  • Yachting
  • Transport de drone de livraison de pièces détachées ou médicament en mer
  • Transport de passager (voir sailcoop)
  • Production d'électricité (voir Farwind)
  • Production d'électricité pour la recharge de drone (voir  vhquatrevingtreize)



Capteurs

Ultrasons

https://www.pil.de/en/ultrasonic-sensors-overview/ultrasonic-sensor-series-p53

https://www.sensorsone.com/submersible/

 

Lightning detector
Wikipedia

Aile d'eau

Je réfléchis depuis quelques temps à une nouvelle version de l'aile d'eau qui serait utilisable par un simple kiter, un peu comme une évolution du C-Glider.

 

Dans un premier temps, il s'agirait de concevoir un système s'adaptant sur un foil de kite/planche ou wing pour faciliter la diffusion.

Le foil serait attaché par une ligne dyneema (simple épissure autour du fuselage avec pièce en plastique visser pour caler la position longitudinale).

Le foil serait utilisé à l'envers par rapport à son usage normal en poussée.

Un système supplémentaire électronique serait également visé sur le fuselage.

A l'intérieur, il y aurait une carte électronique avec un microcontrôleur, un capteur permettant de mesurer l'attitude du foil, un capteur permettant de mesurer la profondeur du foil et une liaison radio.


Des cartes électroniques combinent déjà une partie de ces fonctionnalités dans un petit format :

https://www.seeedstudio.com/Seeed-XIAO-BLE-Sense-nRF52840-p-5253.html

https://docs.arduino.cc/hardware/nano-33-ble-sense-rev2/

 

Pour le contrôle du foil, on a a minima besoin du roulis, ce qui de nos jours se mesure facilement avec une IMU (accéléromètre + gyroscope). Il serait bien d'avoir un capteur de profondeur, par exemple via la pression statique.


La communication radio évite d'avoir un câble de communication ou d'alimentation dans l'ombilical et de se contenter d'une simple câble dyneema structurel. Elle présente néanmoins un challenge sous l'eau. Les standards grand public actuels (bluetooth, wifi) sont en 2.4 ou 5 GHz et passent très mal sous l'eau. Le 433MHz standard en modélisme ne fonctionnerait pas non plus. Une piste serait d'utiliser une communication en 27MHz; C'est ce qui est déjà utilisé sur les sous-marins télécommandés, et devrait permettre d'assurer une communication jusqu'à quelques mètres sous l'eau.

 

Pour alimenter l'électronique, une batterie sera nécessaire. Une dynamo peut à terme être envisagée  pour recharger la batterie (avec un mini booster). Dans les premières versions, une prise de recharge étanche ou démontable semble plus simple, ou mieux un chargeur à induction.

Une flottabilité totale négative pour l'aile d'eau est souhaitable afin de faciliter le plongeon de l'aile à faible vitesse, mais une flottabilité positive dans la ligne à 1 ou 2m (et en dehors de l'eau en vol) doit permettre de ne pas perdre le foil. Le point d'accroche se fait au dessus de ce point.



Rassemblement kiteboat

 

Stéphane Blanco

https://catiav5freelancer.blogspot.com/ 2/3 de page

http://stephaneblanco.com/analogik.php


Eric Pelaprat

https://www.air-contact.com/images/numeros/78.pdf p10-11

https://www.ffvoileoccitanie.net/pilotage-dun-kiteboat/

L'Dorado - bilan première session de navigation

Note : article écrit en 2018, mais jamais publié.


Le bateau vole
Le bateau accélère bien dès qu'il vole et les sensations de vitesse sont au rendez-vous, notamment pour celui qui pilote l'aile.
Le bateau semble cependant saturer rapidement en vitesse

Stabilité du vol

Le vol n'est pas très stable notamment à cause du palpeur situé en arrière du foil.

Capacité à manœuvrer seul 

C'est compliqué, mais le bout faisant le tour du bateau et relié au safran doit le permettre

Casse-matériel
Les foils sont solides : malgré un passage sur les cailloux, et quelques minutes passées sur un banc de sable, ils n'ont pas bougé. L'un d'eux avait cependant accusé le coup après une collision avec une raie manta en Australie.

Les points d'accroches sur le bateau ont tenu alors qu'on les pensait un peu léger. Lorsqu'il y eu une surtension, c'est le kite lui même qui a cassé en premier. Malheureusement difficile de le réparer... L'utilisation d'un fusible mécanique semble donc à considérer, principalement afin de préserver le matériel.

Sécurité et chavirage

Nous n'avons pas eu d'inquiétude à ce sujet. Cependant en l'absence de mât retourner le bateau serait vraiment problématique. Revenir à la rame le bateau à l'envers semble cependant possible. Avec un peu de chance, le moteur pourrait être récupéré ? 

 
Homme à la mer 

Cela ne nous est malheureusement pas arrivé. Etant donné la difficulté à piloter seul, le mieux serait peut-être pour la personne reste à bord de mettre le kite à l'eau.

Lancement et récupération du kite 

C'est vraiment un des points faibles du concept actuel. Des solutions existent (mât, aile multribridage).

Empennage 

Pas trop de soucis. Dans le vent fort, nous avions besoin de lâcher la patte d'oie. Un rail pourrait remplacer ce système, peut être légèrement courbé vers l'avant. Mais niveau rapport qualité/prix le système était très satisfaisant.

Virement de bord

Je ne sais plus si nous avons même essayé