Prototype de voile aile souple à deux volets (AC 18)

[Yvan]

Bonjour,

Voici un rapide compte-rendu de nos essais réussis de gréement aile souple à deux volets avec effet de fente.

Après avoir étudié un bon paquet d'exemples et d'expériences, Pha, Matin Bleu, Stratosphère, Infiniti, Advanced, Omer, P28 et bien sûr les AC 45 et 72 et petites coupe de l'America... Après pas mal d'essais restés à l'état de croquis ou de lattes de bois ou de carbone collés, Alain Oriot a dessiné un proto de gréement aile à deux volets sur la base des AC, et nous avons réalisé un gréement prototype pour mon Youkou Lili, canot voile aviron de 5,75m sur plan vivier (le fameux AC 18 pieds !).






Question mise en œuvre d'abord, avec moins de 200 euros au total, on est bien en deçà des 2 millions de dollars du gréement détruit d'Oracle ! Il a fallu quelques jours à Alain pour réaliser les lattes en bois des profils avant et arrière, une petite journée pour faire le mat de 6m et une grosse journée pour monter le tout et y fixer une toile de bâche polyéthylène de 70 g/m2.




Schéma de principe des deux volets








A suivre, une série de photos du montage et des essais.


Yvan

[Yvan]

[Yvan]

[Yvan]

[Yvan]

[Alain Oriot]

Bonjour,

Je précise quelques points sur l'aile que nous avons réalisée avec Yvan, en vue de réaliser notre projet pour une voile plus grande. Il s'agit avant tout d'un essai avec toutes les imperfections d'une aile vite faite avec peu de moyens.
L'intention était de vérifier que nous pouvions avoir une aile tendue non seulement sur le premier volet mais surtout sur le second. Vérifier aussi que nous pouvions contrôler le creux de la voile et contenir son vrillage.
Nous avons navigué sur un étang d'abord avec un vent très faible changeant en direction, puis un vent plus fort avec de bonnes rafales.

Ce qui est impressionnant (comparé à une voile normale), c'est la sensibilité de la voile à son incidence à quelques degrés près. La puissance aussi quand on règle le creux et donc l'effet de fente. Enfin l'impression d'une traînée très faible, avec une dérive imperceptible au travers.

La voile est agraffée sur des cambreurs en bois (baguettes de 9mm x 18 mm) espacés de 47 cm. Les cambreurs ont des entretoises avec sur le bord de fuite deux plaques de CP 3mm ou vient se ficher l'axe autour duquel tourne la came du second cambreur. Le premier volet est un profil Naca 0020, le second un Naca 0010.
Le creux et l'incidence sont commandés par un balestron articulé. En tête, un balestron (identique au profil du premier volet) reprend la tension de tout le premier volet ainsi que le second au bord de fuite.

Pour l'articulation entre les deux volets, il y a deux solutions :
- celle que nous avons adoptée, une fente du bord de fuite du premier volet. Cette solution a plusieurs inconvénients : il est très difficile d'avoir un bord de fuite tendu sur le premier volet et d'avoir un bord d'attaque correct pour le second volet (plis, poche) ; d'autre part, les cames du second volet sont bloquées dans leur rotation, ce qui peut faire exploser le bord de fuite des cambreurs du premier volet en cas de survente et donc de creusement excessif de l'aile (c'est peut-être ce qui est arrivé aux wishbones de Grand Pha au vu des photos où l'on voit la rupture des wishbones juste avant les renforts d'articulation)
- l'autre solution (qui reste à tester) est de créer des ouies dans la toile au niveau de l'articulation de part et d'autre de l'aile, dans lesquelles passent une came ajourée solidaire du second volet. Cette solution aurait l'avantage d'avoir un bord de fuite tendu du premier volet et un bord d'attaque tendu du second volet et donc d'un meilleur rendement de l'effet de fente. De plus, l'articulation peut être dans les deux axes (latéral et vertical), ce qui permet d'ajuster la tension différentiellement sur le premier et second volet. Ça a aussi l'avantage d'éviter une rupture des articulations au moment de la prise de ris.

Le projet de fabrication pour l'aile grand format reprendra la technique de la première aile de Pi 28 : les cambreurs solidarisés à la toile par un jonc de carbone qui passe alternativement dans des goussets cousus sur la toile et de petits tubes stratifiés sur les cambreurs. Cela permet une mise en place facile de la voile, comme lorsqu'on glisse des lattes sur une voile classique. Les cambreurs peuvent être fabriqués en sandwich ajourés en zigzag (comme les cambreurs des AC45 ou des catas de la petite coupe America) ou en tube assemblés comme sur la seconde aile de Pi 28.

Nous sommes preneurs, pour enrichir nos expériences, de vos critiques et réflexions.

Cordialement,
Alain

[Laurent]

Pour ce qui me concerne, je n'aurais jamais trouvé le temps de fabriquer un prototype d'aile comme celui-là.
Que vous l'ayez fait, c'est vraiment une excellente nouvelle.
Et c'est particulièrement une aubaine pour le forum.
Votre avis de néophyte abordant l'aile à deux volets s'avère plus instructif que celui des pros, peu diserts vis à vis du "grand public" de la voile.

***

je ferais d'abord quelques remarques :

- c'est assez étonnant de voir une aile avec deux profils aussi bien tenus malgré une fabrication rapide et des matériaux pas vraiment adaptés.

- Pas de doute : il suffit de se rapprocher au plus près des ailes rigides actuels pour ne pas se tromper, si l'on fait le choix de l'aile à deux volets.

- Comme je l'ai déjà dit sur le fil dédié aux lattes cassées de Grand Pha, le choix des étages en sandwich horizontal ajouré est forcément bien meilleur en terme de résistance. Je pense aussi à David Tyler et son Tysties qui a eu des soucis avec son ex-aile swing au niveau des tubes alu.


Puis j'ai quatre questions à vous poser :

- Faut il étarquer autant que sur une voile classique, ou, la division en multiples panneaux permet-elle de réduire la mise sous tension ? J'aurais tendance à penser qu'une multiplication des étages le permet.

- Comment ressentez vous à bord le fait qu'il y ait peu de trainée ?
(par peu de trainée, j'entends meilleur écoulement laminaire)

- La remontée au vent, le cap au près serré, vous a t'il paru à la hauteur des espérances

- Le réglage de l'aile, pour une bonne incidence des deux volets, vous semble t'il facile à faire ?


Merci vraiment pour cette expérience que vous nous faites partager.

[Alain Oriot]

Merci Laurent pour tes remarques et tes commentaires.
Je tente de répondre aux 4 questions que tu poses.

- Pour l'étarquage, il faut demander à Yvan par rapport à sa voile au tiers. Je n'ai pas senti qu'il fallait plus ou moins étarquer qu'une voile classique. Nous avons étarqué pour que le profil soit lisse.
En revanche, je pense que la multiplication des cambreurs répartit mieux la tension (plus petite pression de vent appliquée sur chaque cambreur), mais la tension globale doit être la même. Il y a deux tensions appliquée sur une voile, celle pour la tendre par la drisse au moment d'établir la voile et celle qu'exerce le vent. La tension d'établissement est constante, mais celle du vent varie avec sa vitesse. La seconde devient vite plus forte que la première. Je décompose mais de fait les deux tensions sont reprises sur la même drisse.
C'est clair, sur notre proto, qu'on ne peut être détendu, car la fente serait Holé-Holé avec un bord de fuite du premier volet en accordéon et un bord d'attaque du second volet avec les plis et des poches.

- Écoulement plus laminaire. Pour être précis sur quelque chose de très senti, c'est difficile.
D'abord Yvan a remarqué qu'on ne dérivait pas ou imperceptiblement et peut-être avec une dérive inverse, même avec la dérive relevée au travers.
Ensuite, étant aux réglages, j'ai remarqué que sur le premier volet, l'angle pour passer le lit du vent est très serré : quelques degrés, contrairement à une voile classique où il faut autour de 20°.
Le mât avait un quête sur les plans de 7° au moins, et comme notre fixation dans le banc était rudimentaire (grand jeu d'avant en arrière), nous avions une quête encore plus forte la voile au repos, à cause du poids du mât et de la voile (on la voit sur les photos). Quand dans les réglages, je passais le lit du vent, de 2 ou 3°, le mât partait d'un seul coup et brutalement en avant (ou 2 ou 3° dans l'autre sens, le mât partait brutalement en arrière). Ce qui signifiait que la résultante globale de pression sur l'aile était très sur l'avant du profil… ce qui est cohérent avec les polaire des voiles épaisses, et ceci surtout quand je trouvais le bon réglage du creusement de l'aile donc de l'effet de fente.
Ça signifie que puisque cette résultante est très orientée en avant très tôt, la force décomposée pour sa partie dérive est proportionnellement plus faible, ce que nous observions sur la dérive imperceptible du voilier.

- Pour le cap du voilier, comme le vent était très changeant, c'est difficile de se rendre compte sur un tel plan d'eau bordée de forêts et de champs, avec de petites vallées qui font couloir, puis je ne connais pas le voilier, il faut demander à Yvan.

- Facilité du réglage. C'est de toute façon très déroutant et fin, et assez brutal quand on tient les réglages à la main. Je pense qu'il faut équiper l'aile d'une girouette, et de pennons en laine… puis faire des abaques, parce qu'au début on ne comprend rien.
Je pense que le réglage de l'incidence du premier volet est très délicat comme je le disais plus haut, et c'est peut-être pour cela que les profils d'aile que nous avons utilisés (Naca 0020, profils utilisés sur les voiliers de la Class-C) sont trop “fins” si on ne veut pas continuellement relâcher et reprendre de l'écoute toutes les secondes comme ce que font les régleurs sur les Class-C (il y a un film impressionnant sur Invictus, je crois, où la caméra est fixée en tête de mât, et où on voit la vitesse des changements d'incidence, par une rotation hyper rapide de la vue générale… mal de mer garanti pour le spectateur assis devant son écran).
C'est peut-être pour cette raison que certains profils d'AC45 et celui d'Oracle-BMW ont un bord d'attaque cylindrique (et non elliptique) et ont une épaisseur relative bien plus grande que les Class-C, car sur ces voiliers il est impossible, avec des winchs, de suivre la fréquence des variations d'incidence du vent.
Le réglage de la fente est peut-être plus simple, on le sens à la puissance de la voile. On était à 12-15° au près et autour de 35° à partir du travers.

Cordialement,
Alain

[Laurent]

D'après ce que j'ai pu collecter sur la toile, il semblerait que les Class C aient plutôt adopté le Naca 0012, et les AC45 le 0020. En tout cas, en faisant des recherches sur les Class C, le Naca 0012 est quasiment toujours cité.
Pour votre futur multi de croisière, et à fortiori pour mon mono escargot ainsi que pour le canot d'Yvan, il aurait fallu, il faudrait adopter un Naca encore plus "épais".
David Tyler a choisi le WORTMANN FX 77-W-153.
C'est un profil asymétrique et j'ai l'impression qu'il s'en ai servi comme modèle de référence dans la configuration volet arrière cambré. Ce n'est pas très clair.
http://airfoiltools.com/airfoil/details?airfoil=fx77w153-il

***

J'ai regardé de près le bord d'attaque du premier volet de l'aile de l'AC45 Oracle.
C'est un Naca "classique" sans bord d'attaque arrondi.
Je serais curieux de savoir sur quel aile tu as repéré l'approche plus arrondie.


***

A te lire Alain, on pourrait penser qu'une aile à deux volets à profil symétrique, requiert beaucoup d'attention.
ce qui irait un peu à l'encontre de l'esprit croisière…

***

[Yvan]

Bonjour,

Ce dont nous témoignons ici avec Alain, c'est d'un proto réalisé avec des matériaux très bon marchés, des techniques simples, et d'un seul essai de 2 heures sur un lac pendant une accalmie.

J'ai été très étonné de voir que le bateau ne partait pas en crabe au vent de travers lorsque nous avons fait des long bord dérive relevée ; Habituellement, avec la voile au tiers, le bateau glisse comme une savonnette en travers lorsque je relève la dérive avant d'accoster. Nous avons même eu le sentiment à certain moment d'avoir un poil de dérive inverse, signe que la poussée vélique était orientée au côté opposé de l'axe du bateau par rapport au vent lorsque la voile était débordée ! Mais cela reste à vérifier. La gîte semblait assez faible également, mais le Youkou Lili est un bateau très instable et il est difficile d'avoir une idée précise de la gîte car un déplacement de poids de qq cm en modifie complètement l'équilibre.

Par ailleurs, la voile est très facile à établir et affaler, nous l'avons fait en quelques minutes. Les réglages sont certes sensibles, mais si Alain est resté sous le balestron pour tout régler à la main, c'est surtout parce qu'il voulait vraiment sentir ce qui se passait et parce que le système de réglage de l'angle entre les deux volets est à affiner (c'est un simple longeron en bois fixé sous le volet arrière et qui se règle sous le volet avant, avec bcp de frottements).

Après cet essai de 2 heures, je me sentirai en confiance pour partir en mer, randonner en famille et plonger comme je le fais d’habitude avec la voile au tiers. La seule limite est que notre proto n'est pas arisable, mais c'est juste parce que nous ne l'avons pas prévu sur cet essai (la voile est tenue avec des agrafes et du scotch). Il faut aussi reprendre les articulation entre le volet avant et arrière (un coup de paraffine aider).

Pour un retour plus argumenté sur les qualités de navigation et de l'adaptation du gréement à la croisière, la facilité de manœuvre et de réglage, les performances, la dérive et la gîte, on doit faire d'autres essais. Pour cela, je suis à la recherche d'un propriétaire de Youkou Lili qui voudrait bien faire des essais comparatifs à deux bateaux. J'ai bien un contact sur Nantes, mais pas encore de retour. Si qqun a une piste, je suis preneur.

Yvan

[Yvan]

Etarquage :

J'ai oublié de préciser que nous avons étarqué moins fort que sur la voile au tiers.

Sur la voile au tiers, il faut hisser la vergue, puis l'apiquer avec le hale bas. J'ai un palan 4 brins que j'étarque à fond, puis réétarque après quelques minutes de nav.

Pour cette voile épaisse, nous avons mis un palan double brin fait avec du bout de récup, une seule poulie et des frottements ds tous les sens (un bidoullage mal fichu). Nous n'avons donc pas pu étarquer beaucoup, mais cela a suffit. Juste qu'en fin de nav, cela aurait été bien de reprendre du halle bas, car la voile en polyéthylène très fin (70g) donnait un peu et pochait entre les lattes du bas.

Yvan

[DIAMBA]

Juste une question qui me turlupine depuis que je m'intéresse à ce type de voile. Comment étarquer ce genre de voile ?
Par une drisse ... oui mais si le mat est fixe comme sur Pha ou votre proto il y a un vrillage du haut de la voile qui doit apparaître à certaines allures ?

Sur Johanna qui a un gréement de type voile de jonque dont on parle sur l'assos anglais des voiles de jonque je n'ai rien trouvé (ou mal vue peut être ). Le principe pourrai être le même pour une voile souple.



Par le bas avec un hale bas ... oui mais comment palier au fait que la voile doit tourner sur le mat ?

Sur matin bleu le Pb a été résolu en faisant tourner le mat avec la voile ... plus simple pour la voile plus compliqué pour le mat. Qui dit rotation dit frottement, usure ...etc alors qu'un mat fixe !!!


A+ DIAMBA

[Yvan]

Sur le proto, on ne s'est pas compliqué la vie : la drisse est établie sur l'arrière du mat sur une poulie en tête, le hale bas sur un taquet en pied de mat, et le mat est auto porté, rond et installé au travers d'un banc de mat. Ca tourne comme ça peut, c'est à dire pas très bien, mais suffisamment si on le force !

Pour la version définitive, on envisage une drisse dans le mat, qui sort en tête de mat sur une pièce rotative à 360°. Et pour le hale bas, une pièce rotative en pied de mat sur lequel on peut frapper 2 hale bas (un arrière et un avant si nécessaire, ce qui n'est pas le cas sur le proto). Cela reste à concevoir finement, mais ça semble tout à fait réalisable, et en tout cas, beaucoup plus simple qu'un mat rotatif. Nous avons visité Matin Bleu, et ses mats nous ont paru très compliqués à réaliser avec nos moyens techniques, nous avons envie de faire plus simple.

Nous avons eu un souci avec le mat du proto car il est très souple, il plie et la voile poche un peu. C'est un simple madrier découpé et recollé en lamellé 5 plis, de 6 m de haut pour 75 mm de diamètre. Sur la version définitive, nous envisageons un mat creux autoporté, mais nous allons sans doute devoir le faire en carbone pour garantir une bonne rigidité. Cela va être un problème de coût (environ 3000 euros de matériel par mat selon un devis Sicomin !!!) et de fabrication.

Yvan

[Laurent]

La voile de jonque, c'est la simplicité absolue, c'est ce qui en fait tout son attrait.
Pour une efficacité en bonne position dans l'échelle des gréements/voilures.

Avec une aile, il faut faire le pas vers une technologie avancée, mais ceci-dit, restant à la portée du bon bricoleur.
Un point fixe sous tension, lié à une pièce circulaire rotative également sous tension, cela peut se concevoir avec des procédés pas trop compliqués.
Il y a donc de la pièce à fabriquer, c'est certain. Et des connexions utilisant des roulements à billes. Rien de nouveau.

Je pense qu'avec une aile à étages nombreux, on rejoint l'esprit de la voile de jonque car, à diviser en nombreux panneaux, on répartit les efforts, du coup la tension en jeu, verticale, pour tendre la voile, doit être inférieure à ce qui est en jeu dans le Marconi.
Yvan, tu sembles l'avoir ressenti après ce court essai.


Laurent.

[Alain Oriot]

Je précise que sur notre essai le mât n'a pas tourné du tout et nous avons pu mettre le premier volet à 90° de l'axe du bateau. La tension supplémentaire devait être absorbée par le cintrage du mât.
Pour notre projet, un simple pallier à frottement doux, soit conique soit plat, sera mieux qu'un roulement. On utilise toujours ce procédé quand il y a de forte pressions sur un pallier (les turbines pour le barrage des Trois Gorges en Chine que j'ai vues chez Alstom qui font environ 10 m de diamètre sont à frottement doux). On peut utiliser des bronzes avec de la graisse… ou des bagues graphitées, comme ce qui est utilisé sur les mâts de Matin Bleu pour la rotation des mâts. Ça oblige de passer chez un tourneur mais la pièce n'est pas complexe à réaliser.
Alain




Les cambreurs de l'aile



Le balestron du bas

[Alain Oriot]

Un beau petit dessin de jonque à balancier pour Laurent

[Laurent]

Pour les béotiens de passage :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Palier
Choisir le troisième sur la liste présentée (le lien direct ne fonctionne pas)

[DIAMBA]

Salut,
C'est bien ce qui bien semblait, mat rotatif est la bonne solution d'un point de vue "étarquage" de la voile mais cela coute des $$$ il faut réaliser un palier graphite ou autre ( qui dit palier ou roulement dit entretien et usure ...etc)

L'idée d'étarquer vers le bas ou vers le haut avec une pièce rotatif posera plus de pb que le mat rotatif en terme liberté de mouvement. Je m'explique:

Sur le palier d'un mat rotatif il n'y "aucune" compression met à part celle du au poids du mat. Le mat va pouvoir tourner librement.

Alors que si on a un mat fixe, "l'étarquage" de l'aile va induire des efforts qui auront tendance a bloquer la rotation.

Pas facile de trouver une solution simple, économique, et performante.

A+ DIAMBA

[Alain Oriot]

Cher Diamba,

Je ne suis pas sûr de ce que tu avances, car la pression du mât de Matin bleu sur ses paliers doit être énorme.

Les paliers à frottement doux ne s'usent quasiment pas pourvu qu'ils soit graissés. Prenons un exemple qu'on connaît bien, un arbre à came des moteurs de nos voitures (qui est frottement doux). Il est mort au bout de 300 000 km sur un véhicule bas de game, mettons que le moteur tourne à 1000 tours/minute, et qu'on roule constamment à 100km/heure, il fait 60000 tours pour 100 km, donc il est mort quand il a fait 18 millions de tours… tu as le temps d'être mort plusieurs fois avant que le palier sur le mât soit usé.

Cordialement,
Alain

[DIAMBA]

Re salut,

Bon je me suis peut être mal exprimé ... la compression dans un mat de type matin bleu va se trouver "localisé" entre le point de drisse et le point d'amure qui va permettre d'étarquer l'aile. Le point d'amure est sur le mat. Le palier ou roulement qui permet de faire tourner le mat va subir le poids du mat et certains efforts du au mouvement du bateau dans de la houle par exemple, Mais ne subira pas la pression "d'étarquage" de la voile.

si on compare avec cette solution ( PHA tiki 30) par exemple:




Le point "d'étarquage" de l'AV de l'aile ( en rouge) n'est pas dans l'axe donc suivant l'orientation de la voile tu modifies la tension. Fonctionnement IDEM pour la drisse et le hale bas a une queue de vache près !!

Si tu rajoutes une pièce avec un "palier" ou un "roulement (pour remplacer le système marqué en bleu ) pour faire tourner et donc mettre le bout "d'étarquage" AV ( repère rouge) dans l'axe de la voile, ta pièce muni d'un palier ou d'un roulement va subir une pression du à "l'étarquage" de la voile. C'est pour cela que je disait que sur un mat de type matin bleu cette pression du à "l'étarquage" n'existe pas elle se présente sous forme de compression sur le mat.

Je me trompe peut être, j'ai peut être pas compris un truc. Dans ce cas là éclaire ma lanterne !!!

Pour les paliers à frottement tu as certainement raison mais est -il adapté au milieu marine ?

A+ DIAMBA