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 Sujet du message: Re: Et pourquoi ? Est-ce que ? ... Le coin de la physique
MessagePosté: 14 Nov 2019, 18:45 
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4 Forces et Deux Moments:

En m'appuyant sur [1] MauiUltraFin Hydrofoil mechanics (Anglais):
Dans notre jeu, il y a:
- 4 Forces: Portance de l'aile, poids, Poussée de la voile et Trainée,
- 4 Moments (rotation autour du centre de gravité): par trainée, la portance du stabilisateur, la portance de l'aile, la poussée de la voile.

Quand on navigue dans un nirvana d'équilibre, on a:
- l'équilibre des forces:
* verticales : portance = poids,
* horizontales : poussée = trainée (on accélère jusqu'à ce que la trainée soit égale à la poussée - trainée qui augmente au carré de la vitesse)
- l'équilibre des moments par rapport au centre de gravité (CG)
* pas facile pour moi de placer le centre de gravité, mais disons que c'est entre le nombril du bonhomme (80% de la masse avec un CG un peu au-dessus du nombril) et la planche,
* si la planche va de droite à gauche (figures ci-dessous), la trainée exerce un fort moment dans le sens anti-horaire,
* le stab doit compenser la majorité de ce moment, par conception, en tirant vers le bas, sens horaire
* la voile exerce un moment vers l'avant, dans le sens horaire, mais on peut imaginer qu'il est proche du CG, et qu'il ne compte qu'au deuxième ordre (ça c'est pas sûr),
* l'aile avec sa portance, dont on peut imaginer qu'elle est aussi proche en vertical du CG, et qu'elle ne compte qu'au deuxième ordre,
* le travail du bonhomme est de compléter en permanence ça en se plaçant exactement où il faut pour que la somme de tout ça soit juste zéro. Ca me semble quasi miraculeux :-)

Image
Image

A priori, les deux moment principaux sont ceux de la trainée qui augmente avec la vitesse, à plus de 1m sous le CG et le couple de rappel du stab, lui aussi à à peu près 1m du CG (fuselages de 90 à 110cm + le dépalcement du bonhomme.

Pour répondre aux messages au dessus sur le couple généré par la portance de l'aile, le problème c'est la référence au CG qui n'est pas fixe... Et que ce n'est pas non plus forcément le plus gros contributeur à "compenser par le placement du corps.

Mais une indication de la place de l'aile par rapport à un repère fixe (type première vis de fixation du boitier) serait intéressante.

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 Sujet du message: Re: Et pourquoi ? Est-ce que ? ... Le coin de la physique
MessagePosté: 14 Nov 2019, 18:49 
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Pour info, j'essaie de maintenir une table des matières avec des liens dans le premier message, histoire de faciliter la navigation dans les messages avec un peu plus de théorie.

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 Sujet du message: Re: Et pourquoi ? Est-ce que ? ... Le coin de la physique
MessagePosté: 14 Nov 2019, 20:25 
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Ce schémas est pas mal. Le fait d'isoler le flotteur du reste du système (voile et rider), c'est déjà bien. Je trouve juste peu judicieux de placer le CG du système complet (flotteur/rider/voile).
L'équilibre des moments peut se vérifier par rapport à n'importe quel point de référence, s'il est fixe... est le CG est tout sauf fixe dans notre système Rider/planche/voile.
Mais on s'embarque dans du compliqué.

J'essaye de faire simple : j'ai relu l'explication de Alex au sujet du dièdre et de la stabilité. J'ai fait deux animations pour essayer de l'illustrer. Les trait rouges représentent l'appui du rider et les portances des deux demi ailes.
Foil plat :
Image

Foil à dièdre vers le bas :
Image

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 Sujet du message: Re: Et pourquoi ? Est-ce que ? ... Le coin de la physique
MessagePosté: 14 Nov 2019, 20:40 
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Je ne suis pas totalement sur des résultantes et de "l'importance" de la prise d'angle sur les portances relatives des deux ailes.
Qui plus est cet effet n'est présent que dans les quelques fractions de seconde / seconde de l'action, pendant lesquelles une aile s'enfonce et une aile monte. Le moindre twist de la structure aura plus d'importance (j'imagine).
A ce compte on peut rajouter une foule d'autres effets, parfois antagonistes, genre les chemins relatifs en bout d'aile pour les virages serrés.

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 Sujet du message: Re: Et pourquoi ? Est-ce que ? ... Le coin de la physique
MessagePosté: 14 Nov 2019, 21:10 
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6u1d0 a écrit:
Ce schémas est pas mal. Le fait d'isoler le flotteur du reste du système (voile et rider), c'est déjà bien. Je trouve juste peu judicieux de placer le CG du système complet (flotteur/rider/voile).
L'équilibre des moments peut se vérifier par rapport à n'importe quel point de référence, s'il est fixe... est le CG est tout sauf fixe dans notre système Rider/planche/voile.
Mais on s'embarque dans du compliqué.


Ca fait du bien de réviser sa physique de base. J'ai été surpris par ce que tu disais, mais en creusant (https://fr.wikipedia.org/wiki/Moment_d% ... 0_un_point - Un théorème général), si la somme des forces est nulle, et que le moment des forces est nul en un point, alors il sera nul en tout points. Cool !

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 Sujet du message: Re: Et pourquoi ? Est-ce que ? ... Le coin de la physique
MessagePosté: 15 Nov 2019, 07:30 
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FiFi a écrit:
Qui plus est cet effet n'est présent que dans les quelques fractions de seconde / seconde de l'action

Humm. Tout à fait. Donc si cette explication vaut, ce ne peut être que sur la notion de stabilité à très court terme : le fait que le foil résiste à un roulis. C'est d'ailleurs valable dans l'autre sens aussi (résistance au redressement). Le dièdre sur un planeur (où le CG est dans le fuselage et non à plus d'1m au dessus) donne une tendance à long terme à retourner à plat lorsqu'il est livré à lui même. Ça ne marche pas pour un foil puisque le CG est loin au dessus du fuselage et est de ce point de vu forcément instable.
Mais sur une très petite (et rapide) variation, avec un dièdre vers le bas, fait que la résultante des deux demi ailes se penche du côté de l'aile qui se baisse. Sur un foil plat, elle ne fait que se décaler du côté de l'aile qui baisse mais reste perpendiculaire à l'aile, et sur un dièdre vers le haut, elle se penche du côté de l'aile qui monte. Donc avec la longueur de mat, effectivement cette résultante coupe le plan du flotteur côté aile qui baisse avec un dièdre vers le bas, alors qu'elle le coupe côté côté aile qui monte avec un dièdre vers le haut.
Le raisonnement est-il exact, et si oui, cet effet est-il prépondérant ? :roll: :roll: :?
Mais ce que je retiens :
1-La similitude avec le dièdre position d'un avion qui augmente la stabilité n'est pas juste, car le CG d'un avion est dans le fuselage alors qu'en foil il est très loin au dessus. Et on parle de stabilité à long terme (tendance à revenir à plat lorsque laissé seul).
2-Manifestement les produits convergent vers du dièdre vers le bas (plus ou moins complexe), probablement après des tests de différentes ailes (Aeromod, j'en suis sur).

Au passage, je viens de voir que mes animations présentent une erreur grossière : j'ai incliné ce qui représente l'appui du rider sur le flotteur, alors que ça devrait rester vertical (poids) enfin sur une très courte durée (pas de changement de trajectoire).

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 Sujet du message: Re: Et pourquoi ? Est-ce que ? ... Le coin de la physique
MessagePosté: 15 Nov 2019, 09:26 
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Un diedre positif me semble rester favorable sur le strict plan de la stabilité : il crée un moment de redressement favorable (au pire, moins défavorable qu'un diedre inverse) quand tu couches le foil d'un cote ou de l'autre. Le diedre inverse donnera plus de portance à l'aile opposée au poids quoi qu'il arrive.
Ensuite est ce que la pratique du foil bénéficie d'un diedre positif ?
Est ce que d'autres effets induits ne prennent pas le pas sur le benefice éventuel ?
Personne ne retient cette solution à ma connaissance ;)

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 Sujet du message: Re: Et pourquoi ? Est-ce que ? ... Le coin de la physique
MessagePosté: 15 Nov 2019, 12:18 
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FiFi a écrit:
Un diedre positif me semble rester favorable sur le strict plan de la stabilité : il crée un moment de redressement favorable (au pire, moins défavorable qu'un diedre inverse) quand tu couches le foil d'un cote ou de l'autre. Le diedre inverse donnera plus de portance à l'aile opposée au poids quoi qu'il arrive.
Ensuite est ce que la pratique du foil bénéficie d'un diedre positif ?
Est ce que d'autres effets induits ne prennent pas le pas sur le benefice éventuel ?
Personne ne retient cette solution à ma connaissance ;)


Tu raisonne trop en statique Fifi…
Sous l'eau quand ça commence a aller vite le foil se déforme énormément (même les foils hyper rigides). Le foil baigne dans une eau en mouvement, avec la vitesse ça fait des cisaillements de fou dans tous les sens; et ce plusieurs fois par secondes, Alors les variations de forces en statique qui tendent a redresser le truc c'est négligeable comparé aux variations de forces en dynamique. L'exemple du dièdre que j'explique dans le cas d'une mise en virage c'est pour pouvoir visualiser ce qu'il se passe, mais en réalité le phénomène se produit en permanence en croisière.
A+Alex

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 Sujet du message: Re: Et pourquoi ? Est-ce que ? ... Le coin de la physique
MessagePosté: 19 Avr 2020, 15:20 
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Longueur de mât de foil et Largeur de planche:

En ce moment, je me suis posé pas mal de questions sur l'influence de la longueur du mât du foil par rapport à la largeur de la planche. Si j'ai un mât plus long, est-ce que j'ai besoin d'une planche plus large ?

En résumé, je pense que oui. Plus le foil est long, plus j'ai besoin d'une planche large. Et plus je navigue haut, plus j'ai besoin d'une planche large. Je fais in calcul simplifié ci-dessous.

En terme d'équilibre des forces et des moments, en reprenant le document de MauiUltraFins:
Image

Le foil et la force latérale de la voile s'équilibrent. Plus je remonte au près serré, plus cette composante est importante. Dès que je laisse glisser ça s'améliore (réduction de la force latérale).

Je considère que le point d'application est au milieu de la partie immergée (mât rectangulaire, on néglige les effets aux extrémités en bas du mât et à la surface).

Le poids du bonhomme, avec ses pieds au bord de la planche doivent compenser le moment de rotation. l'équation est donnée dans la figure.

Donc si le bras de levier exercé par le foil augmente, il faut augmenter la largeur de la planche d'autant.

Application numérique: on calcule le bras de levier pour plusieurs longueurs de mâts et plusieurs hauteurs de navigation. On compare avec un foil avec un mât de 85cm volant à 40 cm au-dessus de l'eau:
Image

Exemple: si je vole à 20 cm de la surface avec un mât de 105cm, j'ai le même bras de levier que si je vole à 40cm de la surface avec un mât de 85cm, et je peux avoir la même largeur de planche (idem en volant à 30cm de l'eau avec un mât de 95 cm).

Et si je vole vraiment haut, j'ai intérêt à avoir beaucoup plus de largeur (32% à 60cm de la surface avec un mât de 105)!

On pourrait affiner le calcul avec un mât trapézoïdal, mais je pense que les ordres de grandeur sont respectés.

N'hésitez pas à commenter :-)

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 Sujet du message: Re: Et pourquoi ? Est-ce que ? ... Le coin de la physique
MessagePosté: 19 Avr 2020, 15:51 
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Je suis assez d’accord avec toi, même si mes cours de physique sont très loin...
Mais le ressenti s’en approche. Quand j’avais un noe85, je volais instinctivement au raz de l’eau ou Max 40cm avec la sensation d’etre Au bord du décrochage et depuis que je suis passé en AfS 95, je suis monté de 10/15cm avec plus de sécurité. Le feeling est décrit par les elements physique évoqués ci dessus.

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 Sujet du message: Re: Et pourquoi ? Est-ce que ? ... Le coin de la physique
MessagePosté: 19 Avr 2020, 20:02 
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Autre façon de dire les choses:
Si je suis bien avec une planche de 55cm de large au pied arrière, en équilibre sur mes deux pieds, à 40cm de la surface, avec un foil de 85cm,

=> et bien il me faudra 16% de largeur de planche de plus, soit 62cm, si je vole aux mêmes 40cm de la surface, avec un foil de 105cm

Et si je monte à 60cm, il me faudra 72cm...

Mais le foiler peut aussi "tricher" en avançant son poids sur son pied avant, et du coup utiliser la largeur de la planche au pied avant.

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 Sujet du message: Re: Et pourquoi ? Est-ce que ? ... Le coin de la physique
MessagePosté: 19 Avr 2020, 23:41 
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On peut aussi dire qu'avec une plus petite voile, les forces latérales diminuent mais pas le poids du rider et donc on peut tolérer un long mat avec une petite voile et une planche pas trop large...


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 Sujet du message: Re: Et pourquoi ? Est-ce que ? ... Le coin de la physique
MessagePosté: 20 Avr 2020, 06:28 
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nicowind465 a écrit:
On peut aussi dire qu'avec une plus petite voile, les forces latérales diminuent mais pas le poids du rider et donc on peut tolérer un long mat avec une petite voile et une planche pas trop large...


Oui, tu as raison de présenter cette direction, comme laisser glisser un peu au lieu de caper au plus près, ce qui va rapidement réduire la force latérale.

Il faut juste certainement éviter d'aller taper les extrêmes (en même temps): grande voile, au près serré, en volant haut...

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 Sujet du message: Re: Et pourquoi ? Est-ce que ? ... Le coin de la physique
MessagePosté: 20 Avr 2020, 07:58 
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jmf11 a écrit:
Il faut juste certainement éviter d'aller taper les extrêmes (en même temps): grande voile, au près serré, en volant haut...

Parfois, tu n'as pas le choix: depuis quelques mois, je navigue dans un endroit où il y a très peu de vent, un fort courant, et où pour aller toucher un vent meilleur il faut tirer des bords très courts en remontant au vent un maximum. Donc le meilleur matériel pour ça, c'est très grande voile (10m2 pour 75 kg), un foil de race ou de free-race, un fuselage très long, et donc un flotteur très large. Quasiment tout le monde ici navigue avec ce type de matériel, on n'a pas trop le choix.


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 Sujet du message: Re: Et pourquoi ? Est-ce que ? ... Le coin de la physique
MessagePosté: 20 Avr 2020, 08:07 
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ThierryP a écrit:
jmf11 a écrit:
Il faut juste certainement éviter d'aller taper les extrêmes (en même temps): grande voile, au près serré, en volant haut...

Parfois, tu n'as pas le choix: depuis quelques mois, je navigue dans un endroit où il y a très peu de vent, un fort courant, et où pour aller toucher un vent meilleur il faut tirer des bords très courts en remontant au vent un maximum. Donc le meilleur matériel pour ça, c'est très grande voile (10m2 pour 75 kg), un foil de race ou de free-race, un fuselage très long, et donc un flotteur très large. Quasiment tout le monde ici navigue avec ce type de matériel, on n'a pas trop le choix.


Tu parles de quel endroit ?


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