Yann FRA-5 a écrit:
Une des rare photo que certains avaient surement deja vu .... du bord de fuite du "Foil" de Vestas que je garde de coté depuis un moment, que je garde précieusement en fait depuis la discussion "Kill VESTAS Sailrocket 2 record , Idée ?" ....
The ‘super cavitational foil’ sectionLe développement de
foils supercavitants ventilés pour naviguer au delà de 65 noeuds est la clé du record de vitesse à la voile réalisé par Vestas Sail Rocket 2. Démonstration :
a) La cavitation : définition.
La cavitation est un phénomène fréquent et souvent fort méconnu similaire à la ventilation. Mise en évidence par Osborne REYNOLDS en 1894, ce phénomène se produit dans des milieux liquides soumis à de brutales variations de pression. Il est principalement connu dans le domaine des hélices et des aubes de turbines.
b) Apparitions, effets et conséquences.
La cavitation se manifeste par l'apparition de petites bulles de vapeur (des cavités), qui se forment puis implosent en quelques millisecondes. Au fur et à mesure que la pression baisse, la température d’ébullition diminue aussi, alors à une certaine pression l’eau se met à bouillir sans qu’on ait besoin de la chauffer.
c) La cavitation sur l’Hydroptère.
Sur l’hydroptère, la cavitation se produit au niveau des foils et du safran, et elle apparaît à la même vitesse (dans les environs de 50 nœuds) que l’apparition de la ventilation. Cependant les causes et les conséquences de ce phénomène ne sont pas les mêmes. A cette vitesse la dépression devient si forte que l’eau au niveau des foil et du safran s’évapore : c’est le phénomène de cavitation.
Sur ces photos, on a l’évolution du phénomène de cavitation à 40, 45 et 50 nœuds. A 50 nœuds l’eau bout et se transforme en vapeur sous l’effet de la force des pressions autour de l’empennage.
La cavitation entraîne de nombreuses conséquences telles que la chute de la portance (ce qui empêche au bateau de s’élever plus haut), la destruction des foils et du safran, des bruits ainsi que des vibrations.
Des idées ont été proposées pour éviter ce phénomène hydrodynamique :
• Premièrement : les foils doivent être plus vifs pour « séparer le flux » sans créer de vaste dépression.
• Deuxièmement : injecter de l’air à certains endroits le long des foils pour permettre à la dépression de se créer sans les inconvénients liés à la cavitation habituelle.
Ces deux idées sont très proches de la super cavitation, un phénomène qui en utilisant les effets de la cavitation crée une grande bulle de gaz dans un liquide permettant ainsi à un objet quelconque de voyager dans ce liquide tout en étant enveloppé par la bulle.
Source :
http://tpe-hydroptere.wifeo.com/la-cavitation.php#1123d) La cavitation en bulles ou en lamelles.
La cavitation existe sous 2 formes : bullaire ou lamellaire.
Lorsque la vitesse augmente considérablement, le liquide ne peut pas s’évaporer : les lignes de fluide se détachent de la surface en mouvement et forment une cavité pleine de vapeur d’eau. Ce type de cavitation est appelé cavitation lamellaire (sheet cavitation or lamina cavitation en anglais).
La cavitation lamellaire est moins dangereuse du point de vue de la corrosion car la quantité de liquide que subit le cycle d’évaporation-condensation est moindre qu’avec la cavitation bullaire. En effet, si la cavité enveloppe complètement l’objet en mouvement et se referme loin du bord de fuite, la condensation a lieu plus loin dans le sillage et n’affecte pas le matériau de l’objet. La cavitation de ce type est appelé super cavitation.
Des hélices avec pales super cavitantes exploitent habilement les propriétés de la super cavitation en ayant une section de profil qui sont conçues exprès pour tirer le meilleur parti possible de ce phénomène, avec un profil en forme de coin convexe/concave et un bord de fuite épais et carré.
Source :
http://www.nauticalweb.com/superyacht/5 ... tation.htme) La conception d’hélices supercavitantes pour bateaux de compétition.
Pour une hélice supercavitante, on donne aux sections de pales une forme telle que la cavitation forme sur le dos une poche de vapeur se refermant loin derrière le bord de fuite. Les sections de pale ont la forme d’un coin effilé avec une cambrure élevée, travaillant avec une incidence de 2 à 3°. Ce type de forme spéciale dérive des études sur les ailes supercavitantes de l’Hydroptère où on cherche à minimiser le rapport traînée/portance. L’épaisseur de la poche de cavitation doit être réduite au minimum pour réduire les risques de blocage de l’écoulement entre les pales, d’où un nombre de pales égal à 3 ou 4.
Au dessus de 60 noeuds de vitesse, pour améliorer le rendement, on préfère utiliser des hélices dont les pales percent la surface de l’eau entraînant ainsi de l’air dans leur mouvement de rotation, ce qui conduit à une super cavitation ventilée. Le design de telles hélices utilisées pour les bateaux de compétition est basé sur un certain empirisme, par exemple le bord d’attaque de la pale au lieu d’être à angle vif, est émoussé.
f) Vaincre la cavitation sur Vestas Sail Rocket 2
http://www.sailrocket.com/node/286http://www.sailrocket.com/node/288http://www.sailrocket.com/node/292Vestats Sail Rocket 2 (VSR2) est conçu pour atteindre des vitesses moyenne de 65 noeuds en filant à 2.4x la vitesse du vent de 27 noeuds moyen (25-30 noeuds variance) et ce au travers lâché/portant.
VSR2 possède 2 foils : un foil principal à l'arrière qui est aligné avec le centre de poussée de la voile, et 1 foil situé sous le pod avant qui permet de diriger l'engin.
Les 275 kg de l'engin reposent sur 3 "pods" flotteurs à carène planante à steps (V mini planing = 8 noeuds) : 1 à l'avant combinant le foil avant directeur, 1 à l'arrière juste derrière le foil principal et 1 sous l'aile rigide.
L'engin se soulève hors de l'eau grâce au foil principal et à l'ailelette horizontale en L (effet de sol), ce qui se traduit par une mise hors de l'eau des 2 pods arrière vers 45 noeuds de vitesse. Seul le pod avant touche encore l'eau en frappant (skimming) les crêtes de la houle/moutons.
Pour les 2 foils de VSR2 (principal + avant directeur), 2 types de foils ont été utilisés : foils subcavitants dans un premier temps, puis foils supercavitants ensuite.
Le foil subcavitant a un profil classique avec un bord de fuite effilé. Problème : la vitesse plafonne à ± 50 noeuds, avec une seule Vmax à 54 noeuds. En coupant son foil 3x de 15 cm, Paul Larsen n’arrive toujours pas à dépasser les 48 noeuds sur 500m, comme raconté ici :
https://www.wired.com/2013/01/ff-paul-l ... ailrocket/Il aura fallu attendre 1 année supplémentaire pour développer 2 versions de foils supercavitants : modèle 1 et modèle 2, comme illustré ci-dessous :
Le modèle 1 mesure 120 cm de profondeur, 24/35 cm de large et 2 cm d’épaisseur, est en profil coin, avec bec de canard et triangle cambré et possède un bord d’attaque à tranchant aigu. Il ne dépasse pas la vitesse de 50-52 noeuds malheureusement.
Profil du modèle 1 supercavitant :
Le modèle 2 du record mesure 60 cm de profondeur, 20/28 cm de large et 2 cm d’épaisseur, est en profil coin, mais avec 2 arcs de parabole dont un cambré et un bord d’attaque à tranchant émoussé. De plus, ce foil dispose d’une aspiration d’air au bord de fuite afin de vaincre l’énorme dépression créée par la cavitation à cet endroit, ce qui freinait considérablement la montée en vitesse. Bingo : V500 à +65 noeuds et Vmax à +69 noeuds…
Source :
http://chevaliertaglang.blogspot.com/20 ... ofoil.htmlLa clé du succès de ce record tient donc dans le développement de foils supercavitants et ventilés au bord de fuite qui permettent d'atteindre des vitesses supérieures à 65 noeuds sur 500m dans 25 à 28 noeuds de vent seulement.
A noter que la présence sur les vidéos des 2 énormes gerbes blanches situées sous les 2 foils (arrière principal + avant directeur) sont bien des gerbes de bulles d'air/vapeur d'eau issues de la cavitation lamellaire qui produisent un tel sillage spectaculaire et bruyant. On est à l'opposé d'un sillage fin et silencieux qu'on observe sous un kitefoil ou un windfoil...
A noter que l'allure est bien au travers lâché/petit largue sur cette vidéo, si on en juge par la forme et la direction des moutons et par l'angle de vol que fait le drone à l'atterrissage juste après le record :
https://www.youtube.com/watch?v=XzOqYTVkphcIdem lorsque l'angle de la houle est vu depuis le nez du cockpit ou le sillage du foil arrière :
https://www.youtube.com/watch?v=XzOqYTVkphcA noter aussi que le pilote a été obligé de choquer un peu sa voile rigide dans les claques à +28 noeuds de vent, pour éviter que le pod bâbord ne cesse de s'élever exagérément au dessus du plan d'eau et ne compromette ainsi l'assiette globale et le rendement de l'engin volant au dessus des flots...
Pour le futur, voici ce que pense "Chris Hornzee-Jones, who was responsible for the design of the wing and the foils of Sailrocket 2, told YachtingWorld.com a few years ago in an interview for a future feature that he believed that speeds well into the 70s and even possible 80 knots were now possible in the future".
On est bien sûr hors de portée des bateaux de vitesse à hélices (Vmax 322 km/h) ou des torpilles russes supercavitantes "Shkval" super bruyantes (Vmax 350 km/h), mais le potentiel est bien là