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Projet de voile aile souple FX74CL5MOD

Projet de voile aile souple FX74CL5MOD

Messagepar JulienM » 19 Nov 2014, 14:16

Bonjour,
Nouvel inscrit sur le forum- que je suis cependant attentivement depuis quelques mois - je voudrais vous faire partager mes travaux sur un nouveau type de gréement, dont je peux parler librement depuis qu'ils ont fait l'objet d'un dépôt de brevet (inutile de chercher dans les bases de données, il n'est pas encore publié)
Ces travaux ont porté en grande partie sur la réalisation de nervures permettant de reproduire des profils de type Wortmann FX 74-Cl5-140 MOD, Selig S1223 ou encore Eppler 420, dont je vous laisse le soin de récupérer les polaires.

Pourquoi ces profils en particulier?
Si j'ai la conviction que les voiles ailes révolutionneront à terme la plaisance voire le transport maritime, il me semble également impératif que ces ailes affichent des performances spectaculaires pour convaincre un milieu relativement conservateur. Or la performance globale d'une voile ne peut s'apprécier simplement au regard de la portance générée rapportée à la surface de voile, mais doit prendre en compte la globalité de la force propulsive au regard des forces de dérive et du couple de chavirage générés. Tout ces éléments dépendent des distributions de portance et de trainée des profils 3D. Or, sans aller ici trop loin dans la théorie, ces distributions, dans des conditions similaires de vent, peuvent être améliorées par l'utilisation locale des profils 2D les plus performants (en terme de portance maximum et de rapport portance/trainée), principalement sur le bas du profil 3D. Or il me semble que c'est là le principal défaut des inventions actuellement proposées : les profils reproduits ne sont pas assez performants et spectaculaires.

La reproduction de ce type de profil est cependant complexe :
Les profils les plus performants sont dissymétriques (totalement dissymétriques dans le sens ou même le nez du profil ne comporte pas d'axe de symétrie) et fortement courbés. Cela induit en particulier une différence importante entre la longueur de l'intrados et de l'extrados, ce qui pose problème quand on doit changer d'amure. Si on exclut les ailes rigides à volet, la plupart des inventions actuellement proposées contourne le problème en désolidarisant l'intrados et l'extrados du profil sur la queue du profil et/ou en utilisant une enveloppe élastique autour de la nervure, ce qui induit nécessairement des problème de robustesse de l'ensemble.

Dans mon cas le parti pris est opposé :
L'enveloppe n'est pas élastique mais seulement flexible, donc de longueur fixe, et est par ailleurs solidaire sur la queue du profil. L'enveloppe peut donc être réalisée à l'aide d'une latte continu autour de la nervure. Afin de contrôler parfaitement la déformation de cette enveloppe, on utilise des fonctions splines cubiques afin de déterminer un ensemble de points de contrôle équidistants permettant d'obtenir une déformation identique au profil recherché. Un mécanisme totalement rigide est ensuite émulé afin de permettre les déplacement des différents points tout en garantissant leur équidistance.
Les plus familiers avec les fonctions splines ne manqueront pas de remarquer que la forme de la courbe obtenue dépend autant des coordonnées des points de contrôle que des tangentes en ces points (pour vous en convaincre, pliez une tige flexible puis modifiez l'orientation des tangentes). Par conséquent, le mécanisme proposé intègre localement des surfaces permettant de contraindre la courbure de l'enveloppe autour des points de contrôle, ce qui in fine :
- impose l'unicité de chaque pièce du mécanisme
- impose que le profil est totalement stable dans la forme recherché et instable dans toutes les étapes intermédiaires
- impose qu'on ne cherche pas à faire varier la cambrure du profil au delà du profil recherché : on "se contente" de reproduire fidèlement le profil recherché dans 2 positions symétriques. Des butées sont ainsi prévues par le mécanisme pour assurer la stabilité dans la position recherchée.

L'ensemble ainsi obtenu est donc constitué d'un mécanisme rigide et d'une enveloppe flexible totalement contrainte par le mécanisme et qui en particulier ne glisse pas sur celui-ci. Il n'y a donc pas de friction entre les 2 ce qui permet de gagner en robustesse et en fiabilité.

Pour ceux qui sont arrivés jusqu'ici sans avoir trop mal au crâne, vous pouvez jeter un coup d'œil au pièces jointes représentant le mécanisme sans l'enveloppe (pour un profil FX74CL5MOD reproduit avec 11 points de contrôle et une tolérance de 0.01%) ainsi qu'une proposition de forme pour l'ensemble de l'aile 3D. Notez que le mat, invisible sur le schéma, est bien entendu contenu à l'intérieur du profil 3D.

Si certains souhaitent obtenir des précisions, ont de bonnes idées ou des suggestions, n'hésitez pas à m'en faire part. Le projet est encore en phase de maturation et je ne dévoile pas tout pour le moment.
@+




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Re: Projet de voile aile souple FX74CL5MOD

Messagepar Laurent » 20 Nov 2014, 10:28

Bonjour Julien,

et soit le bienvenu sur le forum.

La petite communauté des concepteurs d'aile s'agrandit, tant mieux.
Ton projet, qui ne manque pas de séduire par son ingéniosité, s'inscrit dans la catégorie de concepts initiée par les créateurs de l'aile P28 Gonet&Cie.
http://www.voiles-alternatives.com/viewtopic.php?f=3&t=3

Ce qui nous intéressera plus particulièrement ici, c'est ton procédé choisi pour reproduire au plus près un profil asymétrique et réversible, puisque tout l'enjeu se situe là.
Si celui-ci (de procédé) parait très judicieux, l'ancien constructeur de prototype que je suis, se pose la question de la réalisation où plutôt émet un doute sur deux points essentiels : le poids et le volume faible que doivent respecter chaque nervure/profil.
Sur ce point, les nervures de l'aile P28 sont un modèle de relative simplicité et compacité.

As tu déjà une idée du type de matériaux utilisés pour réaliser le profil cambreur ?
Une superposition de plaques fines de sandwich mousse /carbone ?


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Re: Projet de voile aile souple FX74CL5MOD

Messagepar JulienM » 20 Nov 2014, 19:39

Bonjour Laurent,
Désolé mais il me semble qu’il y ait quelques soucis technique aujourd’hui (c’est la 4ème fois que j’essaie d’envoyer une réponse).
Tout d’abord bravo pour le coup d’œil et l’analogie avec l’aile du P28 qui est très intéressante. Cependant, sur l’aile du P28 :
L’enveloppe est attachée à la nervure sur le bord d’attaque du profil, et la nervure elle-même est constituée d’une pièce symétrique à cet endroit. Le problème, c’est qu’outre le fait que les profils aérodynamiques les plus performants ne sont pas symétriques sur le bord d’attaque, ils sont assez cambrés, ce qui induit une différence de longueur entre l’intrados et l’extrados du profil (entre 8 et 10% pour les plus performants). Par conséquent, lorsqu’on cherche à cambrer le profil, il n’y a que 2 solutions :
- Utiliser une enveloppe élastique afin de permettre d’annuler cette différence de longueur et d’attacher l’enveloppe à l’extrémité de la queue du profil. Le problème majeur de cette solution est la robustesse et la tenue de l’enveloppe car un matériau fortement élastique n’est par essence pas aussi solide. Des déformations non souhaitées pourraient par ailleurs apparaitre sur l’intrados qui n’est pas « sous tension ».
- Utiliser une enveloppe flexible relativement peu élastique (la plupart des matériaux composites ont une contrainte d’extension ou de compression inférieure à 2%), ce qui permet la création d’une enveloppe beaucoup plus robuste, mais dans ce cas il devient nécessaire de désolidariser l’enveloppe à l’extrémité de la queue du profil. C’est le choix effectué pour l’aile du P28, et on peut s’en réjouir car c’est à mon sens la meilleure solution. Mais cette solution brise la continuité de l’enveloppe. Cette discontinuité va d’une part atténuer les performances aérodynamiques du profil (à négliger ou pas), mais aussi et surtout va fragiliser l’ensemble. Par extension, ce procédé ne permet pas de reproduire avec exactitude des profils 2D dont l’extrémité de la queue est très fine.
Dans mon cas l’enveloppe n’est pas attachée sur l’extrémité du bord d’attaque du profil mais à une distance équidistante de l’extrémité arrière du profil, ce qui permet d’obtenir une enveloppe totalement continue.
Ensuite sur l’aile du P28, l’interface nervure/enveloppe n’est à mon sens pas assez satisfaisante sur le plan mécanique. L’enveloppe est notamment amenée à glisser localement sur la nervure ce qui va induire des frictions entre les 2, moins de résistance et à terme des risques de casse. Par ailleurs, même si je ne dispose pas de précisions sur le sujet, il ne me semble pas que les liaisons nervure/enveloppe correspondent aux points optimaux pour déformer l’enveloppe selon la forme souhaitée.
Dans mon cas les liaisons nervure/enveloppe ont été calculées afin de donner exactement la forme souhaitée à l’enveloppe. C’est sur ce point que les fonctions splines cubiques interviennent. Les liaisons n’ont donc besoin d’aucun degré de liberté et peuvent être créées à l’aide de pivot. Par ailleurs, il n’existe aucune surface ù il sera nécessaire de faire glisser l’enveloppe sur la nervure : l’enveloppe vient s’appuyer sur la nervure mais de façon tangentielle.
Pour finir, l’aile du P28, si elle représente une admirable réalisation, n’est pas véritablement considérée comme un concept nouveau, et c’est à ma connaissance ce qui a été reproché à leur brevet. Vous pourrez trouver de nombreuses demandes de brevet exploitant les mêmes solutions, mais dans leur cas ils ont le mérite immense d’être allé jusqu’à la concrétisation du prototype.
Je vais également vous répondre sur le poids et le volume mais cette réponse est déjà un peu longue et ça va dépendre du serveur.
@+
Julien
NB : Vous trouverez en pièce jointe une illustration graphique des splines cubiques utilisées sur le mécanisme représenté. De haut en bas :
- Le profil théorique à réaliser avec l’ensemble des points tels que donnés par son concepteur
- Le profil obtenu en utilisant un ensemble restreint de points de contrôle de la spline
- L’erreur finalement obtenue sur l’intrados (en % de longueur de la corde du profil donc 0.1% représente 1mm pour un profil de 1m)
- L’erreur finalement obtenue sur l’extrados
On peut bien entendu réduire encore le nombre de points au prix d’une plus grande tolérance vis-à-vis du profil théorique.
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Re: Projet de voile aile souple FX74CL5MOD

Messagepar JulienM » 21 Nov 2014, 12:26



Le site a l’air de parfaitement fonctionner aujourd’hui donc je peux vous répondre sur le poids et le volume de la nervure :

Tout d’abord, quelques éléments chiffrés sur la nervure représentée :
L’échelle tout d’abord : la corde du profil représenté mesure 1m et l’épaisseur est de 25mm.
La nervure elle-même est constituée de 61 pièces découpées dans une plaque de 5mm d’épaisseur, et donc empilées sur 5 épaisseur, d’où les 25mm d’épaisseur totale.
L’ensemble des 61 pièces peut être découpé dans une plaque de moins de 0.5m2, mais n’utilise en vérité qu’environ 0.3m2 de surface, ce qui permet d’estimer son poids total en fonction du type de matériau utilisé :
- En carbone/époxy (env. 1.55g/cm3), le poids de la nervure serait donc au maximum 0.5*100*30*1.55=2.325 soit 2.325kg
- En aluminium (env. 2.7g/cm3), le poids de la nervure serait donc au maximum 0.5*100*30*2.7 =4050g soit 4.050kg. J’ai d’ailleurs fait réaliser un ensemble dans une plaque d’aluminium de 5mm d’épaisseur découpée au micro jet et c’est effectivement le poids que je retrouve. Vous trouverez en pièce jointe un schéma de découpe que j’avais rapidement effectué dans une plaque de 900*650mm. Ce n’est bien évidemment pas le schéma utilisé par mon fournisseur qui dispose de logiciel lui permettant d’optimiser l’emplacement des pièces.
J’emploie le terme « maximum » parce que la nervure représentée n’a fait l’objet d’aucune optimisation : elle n’a été conçue que pour valider le mécanisme. Pour aller plus loin il faudrait retirer de la matière aux endroits où elle n’est pas nécessaire. On peut d’ores et déjà noter que le seul « trou » qui accueillerait le mat allègerait déjà fortement l’ensemble : considérons un profil rectangle de 80mm par 160mm, retiré sur 5 épaisseur, celui-ci permettrait d’alléger l’ensemble de :
- 8*16*5*0.5*1.55=496g en carbone ce qui ramène le poids final de la nervure à 1.829kg
- 8*16*5*0.5*2.7=864g en aluminium ce qui ramène le poids final de la nervure à 3.186kg

Plus généralement sur le poids et le volume :
Les éléments chiffrés ci –dessous pourraient faire peur : si on reproduit exactement la même chose sur une nervure de 3m de long, alors le poids serait multiplié par 27 (3 au cube). Or il est évident que le poids doit être allégé au maximum, mais il ne faut pas se tromper d’adversaire : une nervure est avant tout le meilleur moyen pour maintenir une surface en place (l’enveloppe et in fine la voile). Par conséquent :
- elle doit à la fois disposer d’une hauteur minimale donc d’un volume lui permettant une surface de contact suffisante pour contrôler l’enveloppe
- elle doit comporter suffisamment de matière totalement rigide (carbone/alu/titane/inox) aux « bons endroits » pour assurer sa rigidité
En première approximation, on peut considérer que pour une même enveloppe disposant des mêmes propriétés mécaniques, créer des nervures 2 fois moins robustes et 2 fois moins hautes poussera nécessairement le concepteur à multiplier le nombre de nervures par 2 pour résister aux mêmes forces de pression, ce qui multipliera par 2 également le nombre de moyens de contrôle des nervures et la complexité de l’ensemble.
En ce sens, on peut s’intéresser aux nervures des AC45 ou des AC72 : elles sont relativement épaisses et ajourées, composées pour partie de plaques sandwich carbone/nomex et pour partie de de carbone brut aux endroits ou plus de résistance était nécessaire. Ce sont à terme exactement les mêmes procédés qui devront être utilisés pour optimiser cette nervure, sauf qu’à un moment tout cela va avoir un coût qu’il faudra arbitrer. A court terme je pense simplement optimiser l’épaisseur et ajourer là ou ce sera possible car les plaques sandwich posent notamment le problème supplémentaire des inserts.
Si on veut aller encore plus loin, on peut également songer au centre de gravité de la nervure finale mais aussi à une éventuelle réduction de voile : souhaitons-nous réduire la surface en empilant une seule nervure ou directement 3 par exemple. Quelle sera alors le volume occupé par cet empilement ? Crée-t-il des perturbations aérodynamiques ? Est-il acceptable esthétiquement ?
Il existe de toute façon un optimum, pour un voilier donné, un programme de navigation donné et une tolérance du navigateur à la complexité de manœuvre. Ce sont de toute façon des choses qui doivent faire l’objet de calculs d’optimisation qui seront longs et parfois couteux, mais encore une fois il ne s’agit que d’un premier jet.
@+
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Re: Projet de voile aile souple FX74CL5MOD

Messagepar JulienM » 26 Nov 2014, 22:15

Hello,
Quelques images d'un premier essai.















@+
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Re: Projet de voile aile souple FX74CL5MOD

Messagepar JulienM » 30 Nov 2014, 14:59

Le modèle fini mais sans les câbles et poulies du mécanisme. Dans une première position :













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Re: Projet de voile aile souple FX74CL5MOD

Messagepar JulienM » 30 Nov 2014, 15:03

Dans la position intermédiaire, qui est complètement symétrique :













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Re: Projet de voile aile souple FX74CL5MOD

Messagepar JulienM » 30 Nov 2014, 15:08

Et enfin dans la position symétrique (avec une équerre de 30cm pour se rendre compte de l'échelle) :






















@+

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Re: Projet de voile aile souple FX74CL5MOD

Messagepar Laurent » 02 Déc 2014, 12:09

Le résultat, Julien, est assez bluffant !
je crois que la finalisation va prendre du temps mais il y a là un concept très pertinent.

J'ai deux remarques qui ne vont pas te surprendre :
- comme le principe a été conçu pour fournir un profil asymétrique, le tout début du bord d'attaque en profil symétrique n'est pas terrible. Quid de la trainée et donc de la prise au vent ?
(j'ai tendance à penser que le problème n'en est pas forcément un )

- les nervures en plat de carbone devront être à la fois le plus raide possible pour ne pas se déformer sous la force du vent et pourtant permettre l'inversion de courbure. Pas évident me semble t'il.

En tout cas, on ne peut qu'applaudir ton acte de divulgation sur un forum, avec autant d'infos.
Même brevetés jusqu'à plus soif, certains concepts restent des plus corsetés !


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Re: Projet de voile aile souple FX74CL5MOD

Messagepar JulienM » 02 Déc 2014, 14:28

Bonjour Laurent,

Merci pour tes remarques qui me permettent de développer certains points que je n'avais pas vraiment décrit :

- Le profil symétrique n'est pas particulièrement performant sur le plan aérodynamique mais cela n'a aucune importance, hormis le laps de temps durant lequel on change d'amure et donc on inverse le profil. Le procédé utilisé n'est fait que pour reproduire avec exactitude un profil prédéfini dans 2 positions symétriques. Cela revient à dire que je pense qu'on peut se passer d'une variation de cambrure de la nervure en navigation, et en voici les raisons :
1) L'utilisation de la variation de la cambrure pour contrôler la puissance de l'aile n'aurait que peu d'effet comparé à une variation de l'angle d'attaque de l'aile dans son ensemble. Le coefficient de portance d'un profil (non décroché) va varier grosso modo de 2*pi/rad en fonction de l'angle d'attaque, soit à peu près 0.11 par degré d'incidence. Donc même sur les profils les plus performants (CL Max de 2.5 environ) on peut ainsi faire varier de plus de 5% la portance (et donc la puissance) par degré d'incidence. Il faudrait recourir à d'importantes variations de la cambrure des différentes nervures pour obtenir le même différentiel, et on est donc amené a préférer un simple "réglage d'écoute".
2) Le "réglage d'écoute" sera toujours plus rapide que le réglage de la cambrure de la nervure, et plus pertinent sur le plan mécanique et fatigue du matériel. L'utilisation d'une aile naturellement vrillée (variation des angles d'incidence des nervures + variation des profils utilisés le long de l'aile) va démultiplier les effets du "réglage d'écoute" en faisant varier la hauteur du centre de poussée de l'aile. Ce constat est partagé, d'après mes différentes lectures, par les architectes et marins sur la Coupe de l'America, qui ont prédéfini les réglages des angles des volets et utilisent principalement le réglage d'écoute en navigation.
3) Mon invention vise à reproduire de façon très précise des profils très performants, fruits de décennies de recherches en aérodynamique. Or une variation même infime de ces formes optimisées peut leur fait perdre une partie de leur propriété aérodynamiques, à la fois en terme de portance mais surtout en terme de trainée.
4) Enfin mon invention s'appuie principalement sur les propriétés des matériaux en flexion. Ceci m'a poussé à privilégier avant tout la stabilité des profils dans les 2 positions symétriques recherchées. Cette stabilité est assurée par un ensemble de butées dans le mécanisme et une multitude de contrôles tangentielles de l'enveloppe (la latte carbone entourant le mécanisme), qui induit un design unique de chaque pièce du mécanisme. Pour résumé, l'ensemble est extrêmement stable dans les 2 positions extrêmes recherchées, mais instable dans toutes les autres (et donc dans la position symétrique dont tu as parlé), mais il ne s'agit que d'étapes intermédiaires éphémères lors du changement d'amure. Ces propriétés sont déjà particulièrement observables sur ce premier prototype.

- Sur ta seconde remarque, j'imagine que tu fait allusion à l'enveloppe (la latte entourant le mécanisme sur le prototype) et non pas au mécanisme lui même qui doit pour sa part être parfaitement rigide. Ce n'est effectivement pas évident d'inverser la courbure d'une latte carbone, et il faut au maximum éviter qu'elle "claque" lors d'une inversion de courbure. Plusieurs réflexions à ce sujet :
1) On préfèrera en amont utiliser un profil pour lequel ces inversions sont limitées. C'est une des raisons qui m'ont poussé à me concentrer en premier lieu sur ce profil de Wortmann plutôt que sur le Selig S1223 par exemple : outre ses propriétés aérodynamiques supérieures pour la plage d'utilisation recherchée, les inversions de courbures sont moins importantes. Au final, il n'y a qu'un seul segment du profil qui peux poser un réel problème sur ce plan.
2) Si on exclut le passage par la ligne droite, l'inversion de la cambrure d'une latte ne peut se faire qu'au prix de micros extensions ou de micros compressions de la latte qu'il faut limiter. Mais c'est une des raisons pour lesquels la latte est aussi "tendue" et "droite" dans la position complètement symétrique : le changement de courbure s'opère grosso modo dans cette position.
3) La résistance en flexion de la latte à la pression du vent sera nécessairement fonction de son épaisseur, mais la tolérance des matériaux à ces micros extensions ou à ces micros compressions n'est en fait pas liée à cet épaisseur mais aux propriétés mêmes des matériaux utilisées (<2% en compression et <3% en extension pour la plupart des fibres composites envisageables). Alors oui une latte plus épaisse demandera plus d'énergie pour se tordre lors d'un changement d'amure, mais elle ne cassera pas si on reste dans la plage d'utilisation élastique du matériau.

Mais oui il m'a fallu effectivement beaucoup de temps et de calculs pour obtenir un mécanisme permettant un changement harmonieux de la courbure sans imposer des contraintes trop importantes à la latte. Bref, j'en ai bouffé pas mal des splines, et la réalisation demande une extrême précision, mais bon au final le prototype fonctionne!

Quand à la divulgation d'informations sur l'invention, j'ose espérer que ça ne servait pas à rien de déposer un brevet en amont! De toute façon j'entre dans une phase où il va falloir que je confronte mon invention, et surtout que je trouve des partenaires sur le projet. Et quand je parle de partenaires, oui forcément il faudra trouver de l'argent, mais finalement pas tant que ça : il faudra surtout que je trouve des gens compétents qui pourront investir du temps et apporter leur savoir et leur expérience.

J'en profite d'ailleurs pour dire que je commence à lâcher un peu le côté technique pour prospecter, et je vais essayer de rencontrer un maximum de monde durant le salon nautique de Paris qui va commencer... samedi prochain (du 6 au 14, et je m'y baladerai pour ma part du lundi 8 au dimanche 14, peut-être avec mon prototype sous le bras si on me laisse rentrer avec). Et puis j'habite Paris donc si certains sont de passage même hors période du salon nautique, n'hésitez pas!

@+

Julien
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Re: Projet de voile aile souple FX74CL5MOD

Messagepar JulienM » 05 Déc 2014, 11:08

Bonjour,

J'ai fait un gros effort pour résumer l'ensemble dans une plaquette.
Ca n'explique pas tout mais ça permet de comprendre le concept plus rapidement.

@+

Julien


La plaquette
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Re: Projet de voile aile souple FX74CL5MOD

Messagepar Laurent » 05 Déc 2014, 12:21

Avec la comparasion que tu fais, Julien, dans ce PDF, avec le profil à deux volets (type class C/AC),
tu abordes un point qui me questionne vraiment.
Certes, la compétition s'est fixée sur ce type de profil car la rigidité de l'enveloppe permet un meilleur résultat qu'une enveloppe souple pour un profil unique comme tu l'as conçu.
Mais je me demande si le fameux effet de fente ne vient pas diminiuer la supériorité (en performance pure) d'un profil type FX74CL5MOD par rapport à un profil à deux volets.

Je rêve de faire plein d'essais comparatifs sur l'eau.
Sont pas prêt de voir le jour…
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Re: Projet de voile aile souple FX74CL5MOD

Messagepar Laurent » 05 Déc 2014, 12:33

Sinon, je vois un point qui va pourrait être le séjour de mises au point à répétition, c'est la zone de contact mât/nervures.
La plupart des concepts se sont basés jusqu'ici sur une certaine liberté de mouvement.
Pour ce qui concerne ton aile, le contact très rapproché pourrait poser problème, ne serait qu'au "hissage/affalage".
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Re: Projet de voile aile souple FX74CL5MOD

Messagepar JulienM » 05 Déc 2014, 13:17

Pour te première remarque, on peut trouver quelques études qui répondent à cette question sur internet. La plus simple à étudier serait celle-ci :
http://people.eng.unimelb.edu.au/imarus ... akeley.pdf
L'effet de fente y est étudié, et la conclusion c'est que la meilleure finesse est obtenue avec une fente qui tend vers 0.
Attention pour celle-ci en particulier : Il s'agit d'une étude 2D et il faut tenir compte du fait que les coefficients de portance et de trainée ont été ramenés à la longueur d'un seul élément, ce qui fait qu’ils sont doublés : au final le meilleur résultat obtenu est un CL de 2 pour un CD de 0.2, ce qui fait un rapport portance/trainée de 10. En fait les meilleures ailes à volet peuvent obtenir de meilleurs coefficients avec des nombre de Reynolds plus élevés.
Si on compare ces résultats à ceux du FX74CL5MOD pour un nombre de Reynolds identique (220 000 dans l’étude), on peut voir que le FX74CL5MOD peut obtenir un CL de 2 avec un CD inférieur à 0.03 (source : http://airfoiltools.com/airfoil/details ... 74modsm-il) et donc la finesse est beaucoup, beaucoup plus importante (environ 80).
Or jusqu’à 90° du vent, la trainée est systématiquement un ennemi :
- Elle diminue la force propulsive avec un coefficient cos(AWA)
- Elle augmente la force de dérive (et in fine le couple) avec un coefficient sin(AWA)
(AWA : Apparent Wind Angle = l’angle du vent apparent)
Au-delà de 90° c'est la puissance totale qui sera bénéfique mais le FX74CL5MOD fait alors au moins aussi bien que les profils à volet.
Un avis perso sur le sujet : On observe en général une augmentation de la portance avec les profils à fente parce qu’ils permettent d’augmenter la longueur du profil (en particulier les slats), mais cette augmentation de la portance s’accompagne d’une augmentation supérieure de la trainée qui diminue la finesse globale.
On peut d’ailleurs remarquer qu’aucun avion ne vole en allure de croisière avec un profil à fente : les volets et slats sont utilisés au décollage (où l’augmentation de la trainée est compensée par la poussée des moteurs), et à l’atterrissage (où l’augmentation de la trainée va permettre de ralentir l’avion).
Le seul véritable cas où j’ai un doute c’est à très faible nombre de Reynolds, mais cela ne concerne pas vraiment les voiliers, puisqu’un profil de seulement 3m de long aura un nombre de Reynolds qui dépassera 1 000 000 autour de 9 nœuds de vent.
Reste que je suis preneur si vous me trouvez une étude CFD ou en tunnel qui prouve le contraire.
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Re: Projet de voile aile souple FX74CL5MOD

Messagepar JulienM » 06 Déc 2014, 23:44

En réponse à ton second point Laurent (l'interface nervure/mat).
Sur la plaquette, il s'agit juste d'un modèle 3D pour se figurer le concept et ce ne sera pas le design final. Ceci étant j'ai fait le choix de mettre un mat aile et de faire comme si l'angle de la nervure et du mat était constant, et ce n'est pas tout à fait par hasard. La nervure telle qu'elle est conçue pour le moment peut avoir un angle différent que l'axe du mat aile (grosso modo il y a actuellement 8 degrés de différence d'incidence) et on peut en tirer quelques bénéfices. De façon non exhaustive :
1) Cette incidence prédéfinie peut avoir un intérêt important sur la plan aérodynamique parce qu'elle peut permettre de créer naturellement une aile twistée (vrillée) qui améliorera la distribution de portance le long du profil, et réduira la trainée induite.
2) Avec cette aile twistée et en intégrant un mat aile à l'intérieur avec un angle moindre, on continuera à avoir une aile complète lorsqu'on réduira la voilure en abaissant les nervures. Grosso modo cela va augmenter l'allongement et diminuer la position du centre de portance, ce qui exactement le but recherché lorsqu'on réduit.
3) Sur le plan mécanique, en définissant les angles optimaux, on peut fixer les nervures sur des rails avec des roulements pour éviter tout frottement. Cela facilitera le hissage et l'affalage.

En fait tu l'auras compris, je ne suis pas du tout fan de cette liberté des nervures sur un mat rond qu'on choisit certains, même si c'est beaucoup plus simple à concevoir au départ.

Sinon, en passant, j'ai commencé à mailé la plaquette à quelques cibles potentielles, et j'ai quelques contacts intéressants, voire inattendus... enfin je croise les doigts!

A+

Julien
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Re: Projet de voile aile souple FX74CL5MOD

Messagepar JulienM » 16 Aoû 2015, 12:56

Hello,
Quelques nouvelles : On vient d'acquérir un Multi 23 pour servir de plateforme pour le prototype, mais on ne devrait pas pouvoir naviguer avant novembre compte tenu des délais de fabrication des différentes pièces (mât + nervures + voile).
Par ailleurs, plusieurs études aérodynamiques ont démontré que c'était vraiment pénalisant que l'aile ne soit pas twistée donc les nervures ont été modifiées pour créer ce twist. Mais le profil reste le même.
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Re: Projet de voile aile souple FX74CL5MOD

Messagepar Laurent » 17 Aoû 2015, 10:25

Ravi de savoir que le projet avance !

Sans avoir à trop dévoiler, pourrais tu nous dire comment tu envisages de régler le twist de l'aile ?
Sur une grand voile-classique, le devers se joue avec le hale-bas et l'écoute.
C'est sans doute plus difficile ainsi pour une aile.
Un système de réglage de la courbure pour le haut de l'aile ?
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Re: Projet de voile aile souple FX74CL5MOD

Messagepar JulienM » 17 Aoû 2015, 14:34

Pour le moment je ne préfère pas expliciter le système de twist. Il risque de toute façon d'y avoir plusieurs versions successives. C'est d'ailleurs un des objectifs majeurs du prototype de permettre la mise au point de l'ensemble du système de réglage.
Une évidence cependant : l'aile sera généralement très twistée pour donner le maximum de puissance aux allures portantes, et limiter la hauteur du centre de poussée au près. L'idée étant de faire mieux que le multi 23 avec moins de toile (à peu près 23/24m2 en tout)
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Re: Projet de voile aile souple FX74CL5MOD

Messagepar Frodon » 18 Oct 2015, 17:50

Ouuah...c'est une super idée. D'ailleurs elle m'incite à m'inscrire. J'espère sincérement que vous aller réussir votre projet.
Je suis pas un spécialiste c'est sûr, mais je pense que la solution est dans cette direction que vous prenez. Je suis aussi convaincu que le gréement marconi est complètement ringard. Un espar avec une tonne de ferraille autour pour le faire tenir debout, avec une voile en triangle rectangle, c'est nul. Mais c'est un milieu très conservateur.
Il y a plein de choses à déterminer dans ce nouveau design. Par exemple,

- il va être difficile de faire un mât rétreint avec ces nervures non? Le profil du mât doit être le même jusqu'en haut?
- et justement, comment l'adapter à un mât auto-porté qui a un diamètre supérieur aux mats haubanés?
- et puis il y a les système de commande, un pour chaque nervure ou un seul système qui imprime un angle à toute les nervures en même temps?
- qu'elle est la longueur maximale possible d'une nervure? Va t 'on revoir des multi-mâts sur l'eau?
- comment se comportera la voile membrane au frottement de ce que vous appelez l'enveloppe de la nervure?
Bref beaucoup de tests en perspective...c'est très excitant. J'espère que vous nous tiendrez au courant.
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Re: Projet de voile aile souple FX74CL5MOD

Messagepar JulienM » 19 Oct 2015, 14:33

Merci pour les encouragements.

Ce n'est pas facile de répondre de façon exhaustive à toutes ces questions. Je vais encore faire très long...

- La première question pose le problème de l'interface nervure mât, et sur la façon dont les nervures sont hissées. Je suis très favorable à la présence de rails/guides sur le mât et de chariots/roues sur les nervures. A partir de là, ce n'est pas forcément le profil du mât lui-même qui devrait être constant sur toute sa longueur mais les positions de ces rails. On peut ainsi imaginer des profils différents mais qui passent par les mêmes points, ces points définissant l'emplacement des rails. On peut aussi imaginer que que les nervures s'adaptent, avec des ressorts par exemple, à une épaisseur différente en haut du mât, même si je crois moins à cette solution.

- Pour la deuxième question : Le fait que dans mon système il n'est pas possible de mettre des barres de flèche ou des bas haubans encourage fortement à étudier les possibilités de mât auto-porté. Je ne suis vraiment pas expert en la matière mais comme je ne peux mettre que des haubans en tête de mât, l'ensemble du mât doit avoir une section importante pour résister au flambage, donc on obtient un centre de gravité assez élevé. Il me semble a priori que faire un mât auto porté, même plus lourd, serait aussi bien puisque ça permettrait de mettre moins de matière dans les hauts et d'abaisser fortement le centre de gravité.

- Pour le système de réglage des nervures, il y a en fait 2 choses à considérer : l'inversion de cambrure et l'angle d'attaque (qui permet de créer le fameux twist de l'aile). Je ne trouve pas de bonne raison pour que les inversion de cambrure ne se fassent pas simultanément, donc à terme il faut qu'un seul système permette l'inversion. Pour les angles on peut imaginer un réglage par nervure.

- Il n'y a pas de longueur maximale de nervure. Il y aurait plutôt une longueur minimale de nervure pour un profil de nervure donné et une section de mât donné puisque le profil du mât doit tenir dans le profil de la nervure. Reste que comme les profils vont produire beaucoup de puissance, il faudra des ailes avec un fort allongement pour limiter la traînée induite, donc les nervures auront souvent une longueur bien inférieure à celle des bômes actuelles.
Si tout fonctionne correctement, il semble logique de s'orienter vers des multi-mâts : 2 ailes à l'échelle 0.8 auront sensiblement le même poids qu'une aile identique à l'échelle 1 (2*0.8^3=1.024), sauf que le centre de gravité et le centre de poussée de l'ensemble seront plus bas (0.8 contre 1). Et si on considère en première approximation que chacune des ailes à 0.8 a le même rendement que l'aile à l'échelle 1, elle produiront plus de force propulsive (2*0.8^2=1.28) que l'aile à l'échelle 1 pour le même couple (1.28*0.8=1.024). Cette dernière approximation est bien entendu totalement fausse (le vent dépend de l'altitude et une aile va déventer un peu l'autre) mais il y a suffisamment de marge pour réfléchir au bon compromis.

- La voile membrane et l'enveloppe de la nervure sont solidaires et il n'y a pas de frottement. C'est justement l'un des intérêts du procédé : l'enveloppe de la nervure est une latte flexible de longueur fixe donc on peut rendre la voile membrane complètement solidaire. Il n'y aura aucun système d'étarquage : tout est exactement là où on l'a décidé.

Tout est de toute façon à inventer, à tester, à mettre au point, et certaines solutions ne seront valables qu'en deçà ou qu'au dessus de certaines tailles d'aile. Il y a plein d'optimums à chercher en fonction du bateau, du programme, etc., sauf que pour le moment il s'agit de construire un prototype et donc de faire des compromis en fonction de ce qui existe déjà.

Ce que je peux dire pour le moment, c'est que le prototype en Multi 23 n'aura qu'un mât en carbone avec des haubans en tête de mât. Ce mât carbone aura une section constante et très importante, probablement suffisante pour créer un mât auto porté. Cette technologie est mieux maîtrisée pour le moment, elle permet de ne pas effectuer de modification sur la structure du Multi 23, permettra au besoin de mesurer la puissance sur la tension des haubans, voire de tester ensuite le gréement plus facilement sur une autre plateforme.
Par ailleurs, l'allongement de l'aile sera supérieur à 4, les nervures les plus longues feront environ 2.50 mètres, et chaque nervure sera réglée de façon indépendante.

Bravo si vous avez tenu jusque là!

@+

Julien
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