Et pourquoi ? Est-ce que ? ... Le coin de la physique

jmf11 · **Posté:** 12 Oct 2019, 06:14

Références,
Je vais essayer de lister ici les références de documents qui aident à comprendre la physique du Winfoil (n'hésitez pas à en suggérer d'autres).

[1] MauiUltraFin Hydrofoil mechanics (Anglais)
[2] MauiUltraFin Windsurf mechanics (Anglais)

Quand des spécialistes de l'aéronautique sont passionnés de Windsurf, les équations passent des avions aux planches. Ca semble être le cas chez Maui Ultra Fins, qui met à disposition de super documents sur la physique du Windfoil et celle du Windsurf aileron. Il y a d'autres documents certainement intéressants sur les vitesses max atteignables en planche, le secret des ailerons...

[5] Facebook Ellway Aero-Hydrodynamic design
[6] Ellway designs - Windfoiling Special #1 – longitudinal control and stability
[7] Ellway designs - Windfoil Special #2 – What happens when you change from a big wing to a small wing on your foil set?
[8]Ellway designs - Windfoil Special #3 – How low can we go?

Kevin Ellway est derrière le design de plusieurs bateaux à foil, comme l'Exocet (meilleur Moth à foil du moment), le Vampire (cata à foil). C'est lui qui a conçu l'aile R1000 AFS. Il partage parfois sur son blog ses analyses. Il met les choses en dessins simples et règles de mécaniques de base. Je trouve ça instructif.

[10] F. Aguerre - Memento meca du vol
[11] F. Aguerre - PredimRC
[12] F. Aguerre - Concevoir
[13] F. Aguerre - Centrage, perfos et ressenti

Je pense que peu de personnes ont fait autant d'efforts pour éduquer les amateurs d'aéromodélisme que Franck Aguerre. Avec de gros efforts de vulgarisation, il explique comment marchent les planeurs, comment les régler, ce qui est dépendant de quoi, dans quel ordre faire les choses. Deaucoup de concepts sont applicables au windfoil. Il a aussi développé un outils pour aider à la conception des avions PredimRC. A travers cet outil il propose une démarche construite. Il faudrait regarder si cet outil traite le domaine applicable aux foils.

[20] XFLR5 is an analysis tool for airfoils, wings and planes operating at low Reynolds Numbers

Prof au MIT (aero-Astro professor), passionné d'aéromodélisme, Mark Drela conçoit Xfoil: une soufflerie numérique qui permet de simuler tous les profils (subsoniques, on est bons ;-)

. Avec XFLR5 on passe au niveau de l'aile et de l'avion complet. Un outil puissant (mais complexe de simulation). Si je ne me trompe pas, XFLR5 a été initialement développé par un/des français (A. Deperrois ? A confirmer). Là aussi beaucoup d'articles pour comprendre la mécanique du vol.

jmf11 · **Posté:** 12 Oct 2019, 06:16

Réservé

jmf11 · **Posté:** 12 Oct 2019, 06:16

Réservé

jmf11 · **Posté:** 12 Oct 2019, 06:18

6u1d0 a écrit:

FiFi a écrit:

Typiquement "la puissance" d'un foil.

+1.
Toute démarche scientifique sérieuse commence par la définition précise du vocabulaire. Bonne chance.

J'espère que l'équipe Aeromod nous aidera un peu ;-)

Je pense que vous êtes, avec Alexis les personnes qui parlent le plus "précis" sur la partie aéro: incidence, Cm...

JMF

6u1d0 · **Posté:** 12 Oct 2019, 06:49

jmf11 a écrit:

Je pense que vous êtes, avec Alexis les personnes qui parlent le plus "précis" sur la partie aéro: incidence, Cm...

JMF

Je suis flatté, mais même s’il y a un sticker Aeromod sur ma planche et qu’Alex et Franck sont devenus des amis, je ne suis qu’un humble client Aéromod. Je ne participe en rien au développement des foils, (ou des boucles de harnais éjectables

, sauf pour vaner dès que je peux...)

En tout cas merci pour tout ces liens.

glissattitude · **Posté:** 14 Oct 2019, 21:52

Promis, je ne rentrerai pas dans des démonstrations de méca-flu (je laisse ça à Ellway). Je te dis juste ce que l'on a ressenti à force d'essais

jmf11 a écrit:

- Pourquoi la mode est-elle aux fuselages se rallongent et aux ailes avant qui avancent ?

On augmente la stabilité longitudinale en allongeant les fuselages.
En avançant l'aile,
> on diminue le besoin de déportance sur le stab ... donc de trainée ... et par la même, on a moins d'effet de lift lors des accélérations(puisque stab moins braqué)
> on avance le centre de poussée de l'aile, ce qui permet de mieux porter le poids du gréement dans le light

jmf11 a écrit:

- Pourquoi un fuselage plus long donnerait plus de puissance ?

> plus Le Bras de levier est long, plus on augmente l'effet du stab, donc la tendance à mettre de l'incidence sur l'aile lors des accélérations ... d'où cette sensation de puissance
> dans le très light, où le stab est porteur, plus il est loin moins on force dessus

jmf11 a écrit:

- Pourquoi si j'ai un mât plus long est-ce qu'il me faudrait une planche plus large ?

> un bras de levier plus long (entre tes pieds et l'axe de la board) aide à contrôler le foil

jmf11 a écrit:

- Régler les straps ou le stabilisateur ?

> les 2 mon caporal :wink:

Perso, je règle d'abord les straps dans un vent medium .. une bonne fois pour toutes. Puis j'utilise le réglage du stab pour m'adapter au vent.

A côté de toutes ces théories basés sur de la mécanique de base, il faut intégrer que les fuselages ne sont pas infiniment rigides, et que plus ils sont longs plus ils se tordent ... ce qui modifie de façon importante les incidences d'aile et de stab. C'set une des raisons pour lesquelles on verra probablement un jour des fuselages en ions ou titane pour gagner en rigidité vs l'aluminium.

jmf11 · **Posté:** 15 Oct 2019, 05:24

Merci Eric de ton feedback,

Ca donne la direction à explorer. J'aimerai introduire deux notions:
- le volume de stab, car à volume de stab similaires on aurait des comportements similaires,
- la marge statique.

Pour le volume de stab, c'est assez simple, donc je vais essayer de faire aujourd'hui.

Pour la marge statique, c'est moins clair pour moi et je suis en train d'essayer de comprendre, d'autant que la "séquence" causes => conséquences s'inverse par rapport au cas de l'avion.

A+
JMF

jmf11 · **Posté:** 15 Oct 2019, 17:40

Volume de stab:

Extrait de CALCUL DU VOLUME DE STAB

Sur un avion, le Stab doit être dimensionné en fonction de l'aile. Pour qu'un modèle soit stable en tangage, il faut une surface de stab et un bras de levier suffisants. Pour quantifier tout ca, il faut définir ce que l'on appelle 'le volume de stab' (VS) à partir de la surface de l'aile (SA), la corde moyenne de l'aile (CM), la surface de l'aile (SA), la surface du stab (SS) et le brasde levier (BL) qui est la distance comprise entre le tiers avant de l'aile (mesuré à la corde moyenne) et le tiers avant du stab(mesuré aussi à la corde moyenne du stab) :

VS=(SS/SA) x (BL/CM)

BL sera compris entre 2 et 3,5 fois la corde moyenne de l'aile. Positionnez BL entre ces limites et dessiner le stab pour que VS soit suffisant. Pour un avion de début ou un avion de voltige VS sera compris ente 0,6 et 0,7. En planeur, un deux axes de début aura un VS voisin de 0,6, un trois axes de transition, un VS de 0,45 et 0,55 et pour un planeur de voltige et de vitesse équipé de profils minces, un VS autour de 0,4.

L'idée est que l'on peut attendre des comportements similaires lorsque l'on a des volumes de stab similaires. Quand on regarde la formule, on voit que ce qui compte le plus est:
- le rapport de surface entre l'aile et le stab,
- la distance entre les deux (le bras de levier).

J'augmente la longueur de fuselage en gardant le même stab => j'augmente le volume de stab.
J'augmente la surface de stab avec le même fuselage => j'augmente le volume de stab
J'augmente la longueur de fuselage en et je réduis la surface de stab => faut calculer car çase compense
Je réduis la surface de mon aile en gardant le même fuselage et le même stab => il faut prendre en compte la Corde Moyenne de l'aile.

Quelqu'un qui cherche de la stabilité va normalement rechercher un "fort" volume de stab.

Calcul pour un passage, sur un starboard du fuselage 75 à 95, avec réduction du stab de 330 cm2 au 255 cm2 - aile de 800, CM=0.15m (arbitraire) (j'approxime le bras de levier à la longueur du fuselage: pas exact mais c'est pour les ordres de grandeur):
- Config 1: fuselage 75, stab de 330 cm2, aile de 800, CM=0.15m: VS = 2,06
- Config 2: fuselage 95, stab de 330 cm2, aile de 800, CM=0.15m: VS = 2,61 => +30% de config 1
- Config 3: fuselage 95, stab de 255 cm2, aile de 800, CM=0.15m: VS = 2,01 <=> quasi similaire à la config 1
- Config 4: fuselage 75, stab de 255 cm2, aile de 800, CM=0.15m: VS = 1,59 => -23% de config 1
- Config 5: fuselage 115, stab de 255 cm2, aile de 800, CM=0.15m: VS = 2,44

JMF

Dr PieXII · **Posté:** 17 Oct 2019, 22:15

Une question tordue pour les physiciens:
Je suis certain que ça en fera rire certains...et moi le premier:

Sachant qu Une aile porteuse crée avec la vitesse une dépression qui permets de tirer la masse vers le haut et de voler (je laisserai les puriste du vocabulaire me corriger)...vous m avez tous compris je pense...

Alors pourquoi un véhicule sur l autoroute qui transporte une starboard start de 1m de large sur le toit, nez vers le bas et en avant, et roulant à 150 km/h ne s envole t il pas?

FiFi · **Posté:** 17 Oct 2019, 22:26

Il n'est pas exclu que la planche ne parte pas vivre un grand amour aérien avec la galerie pour compagne, c'est déjà arrivé...
La portance à (très) haute vitesse sur les carrosseries des voitures ce n'est pas une légende, pas besoin d'avoir une FW sur le toit.
En surpression tu as surtout le masque avant et le parebrise, presque tout le reste est en dépression. Au point de délester l'arrière parfois d’où divers appendices aéro.

Dr PieXII · **Posté:** 17 Oct 2019, 22:34

L autre jour sur le parking je portais ma planche au dessus de la tete bras tendus et nose vers le bas.

Sans deconner j ai fait demi tour face au vent et j ai pris une rafale et hop je me suis mis a leviter...

jmf11 · **Posté:** 24 Oct 2019, 20:07

En foil, le "mur" de la trainée:

Pour partager des images, voici une analyse théorique de MauiUltraFin (http://mauiultrafins.com/technology-2/h ... mechanics/) sur les vitesses max possibles à atteindre en foil (sans se mettre à la contre-gite).

Dans le graphe ci-dessous, vent à 20 noeuds à 120° du vent:

Violet=aile de 1500 cm2, vert=1000cm2, Jaune = 800 cm2, rouge = 400cm2

Le foil s'équilibre quand la force dans la voile (composante vers l'avant) s'équilibre avec la trainée. Et la trainée augmente au carré de la vitesse (contrairement au planning aileron): il faut de plus en plus de force dans la voile pour augmenter un peu la vitesse. Plus on va vite, plus on se trouve face à un mur pour accélérer.

C'est très lié à la surface de l'aile (les différentes de courbes): pour aller vite il faut une petite aile. Pas de miracle à attendre avec une 1200 ou une 1000

En terme de puissance propulsive, rapidement, c'est le poids du bonhomme qui limite la puissance, ajouter de la surface de voile ne permet pas de dépasser ce seuil (on "tient pas la voile").

Pour info, les bas de cuvettes, c'est à peu près les vitesses mini de vol pour chaque aile (environ 8 noeuds pour la 1500cm2, un peu plus de 10 noeuds pour la 800cm2, 15 noeuds pour la 400cm2).

Donc pour aller vite, le premier truc, c'est de baisser la surface de l'aile, et avoir des ailes qui trainent peu (grand allongement, profil fin).

JMF

6u1d0 · **Posté:** 25 Oct 2019, 04:49

Si ces courbes sont exactes, il y a un point que je note, c’est que le point de trainée mini avance pas mal avec la diminution de la taille de l’aile. Le passage du 2nd régime vers le premier régime demande d’atteindre une vitesse plus élevée.

jmf11 · **Posté:** 25 Oct 2019, 05:29

J'ai l'impression que l'on navigue toujours à droit de la courbe, une fois décollé. C'est en tout cas ce que sembre montrer le calcul plus précis de Kevin Ellway Ellway designs - Windfoil Special #3 – How low can we go?.

Donc on naviguerai toujours sur la "droite" de la courbe.

Je suis en train de faire une pseudo simulation de mon Horue en XLW sur XFLR5, et le bas de courbe (trainée mini) est vraiment proche de ma vitesse de décollage.

Donc je pense que l'on voit clairement les domaines d'utilisation des différentes ailes, en tout cas si on veut aller vite.

Ce que je n'arrive pae encore à déterminer/visualiser, ce sont les inconvénients de garder une grande aile quand le vent forcit. Il y a la saturation en vitesse, ça c'est acquis. Mais si l'objectif était justement de ne pas aller trop vite (débutant, contrôle), je ne sais pas s'il y a d'autres inconvénients (si le foil est rigide et encaisse les contraintes).

JMF

forty_niner · **Inscription:** 18 Fév 2019, 08:58 **Messages:** 271

Pour avoir gardé une XLW par 20-24 noeuds semaine dernière, c'est surtout un sentiment de puissance sous les pieds... Ca navigue quasi pareil (il y avait tellement de vagues que la vitesse était au second plan).
En passant à la LW, c'est comme si j'avais moins de "chevaux" et donc une meilleure maîtrise.

Et pourquoi ? Est-ce que ? ... Le coin de la physique

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