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Et les rotors de Fletnner ?

Et les rotors de Fletnner ?

Messagepar Pierre-Yves » 24 Juil 2013, 13:08

J'ai fait une recherche sur le site et je n'ai rien eu au mot "Flettner". Il est vrai qu'on peut se poser la question d'une voile, mais il s'agit quand même d'un dispositif actionné par le vent !
Les rotors de Fletnner, basés sur l'effet Magnus qui fait qu'une pièce en mouvement subit une force latérale, ont eu des applications marines dès les années 1920-1930, avec entre-autres cette application :
index.jpg
index.jpg (4.67 Kio) Vu 8418 fois

Il n'y a pas eu de suite, car le moteur diesel se développait et n'avait pas le fardage important de ces rotors.

Tout le monde connait l'Alcyone, un des bateaux de Cousteau, construit dans les années 80 et qui n'a eu aucun successeur. L'Alcyone, après avoir passé beaucoup de temps dans un bassin de Caen, semble avoir repris un peu de service et était au rassemblement des Bateaux Extraordinaires, le 14 juillet dernier à Deauville.

Plus récemment, la firme E-ON a lancé le E-Ship 1, muni de quatre rotors de Flettner.
E-Ship_1.jpg
E-Ship_1.jpg (7.01 Kio) Vu 8418 fois


Bien qu'en service depuis 2010, il y a extrêmement peu de communication sur ce bateau, à tel point qu'on peut s'interroger sur les économies réalisées effectivement. Beaucoup de problèmes de maintenance et/ou de mise au point ? Pourcentage d'économie inférieur au pourcentage attendu ?

Un des gros problèmes rencontrés est la non-affabilité des rotors. Il y a pourtant plusieurs applications qui reprennent ce procédé, avec différentes variantes et des tailles très diverses. Un des gros avantages avancés (mais il ne faut pas prendre pour parole d'évangile tout ce qui est écrit !!!) est l'efficacité beaucoup plus grande, à surface égale, que celle des voiles classiques.

Ce serait intéressant de voir les différentes expérimentations récentes, pour en faire une petite synthèse.

Pierre
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Re: Et les rotors de Fletnner ?

Messagepar Pierre-Yves » 08 Aoû 2013, 18:52

je sais bien que le mois d'août n'est pas le meilleur moment !!!!

Je voudrais faire quelques simulations sur les rotors de Flettner et j'aimerais en particulier calculer la poussée et la dérive en fonction du vent relatif, de la vitesse de rotation, pour un cap donné du bateau.
Si quelqu'un connait les équations... Je les cherche sur Internet, mais j'apprécierai une aide et/ou des interlocuteurs.

Pierre-Yves
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Re: Et les rotors de Fletnner ?

Messagepar Pierre-Yves » 13 Sep 2013, 10:28

j'ai trouvé sur Internet les équations pour la poussée (lift) et la dérive (drag) liées à un cylindre de Flettner. On a, par unité de hauteur :
L = rho.V.pi^2.d^2.s
D = 1/2.rho.V^2.d.Cd
où rho est la densité de l'air, V le vent relatif (m/s), d le diamètre du cylindre (m), s le nombre de tours par seconde et Cd le coefficient de dérive, variant autour de 0,8 pour un cylindre. Le résultat est en newtons.

Quelques remarques :
- La poussée est proportionnelle au vent relatif et à la vitesse de rotation : plus le vent ou le nb de tours est fort, plus la poussée est forte. La dérive ne dépend pas de la rotation du cylindre et est proportionnelle au carré du vent relatif.
- La poussée est perpendiculaire au vent relatif en prenant en compte le sens de déplacement du cylindre, la dérive est colinéaire.
- le nb de tours par seconde, s, doit fatalement être limité par la vitesse en périphérie (m/s) et par la consommation du moteur chargé de faire tourner le cylindre.

La résultante de L et D doit être projetée sur l'axe du bateau, elle peut être positive (le bateau avance) ou négative (il recule) selon le vent relatif. Par vent debout, la résultante est négative : ça ne marche donc pas par vent debout, ouf c'est normal !

Je n'ai pas trouvé de relation intéressante sur la vitesse de rotation du cylindre (s tr/sec) en fonction de l'angle relatif du vent. A priori, s devrait être à zéro par vent de dos, pour éviter que L soit perpendiculaire au bateau et le fasse gîter.

Je me pose toujours quelques questions : existe-t-il une vitesse optimale selon l'angle et la vitesse du vent ? quel est l'effet gyroscopique d'un cylindre vertical tournant ?

E-On refuse de donner les résultats du E-Ship 1, muni de 4 rotors de Flettner. Actuellement, ce bateau est en cale sèche : il y aurait des problèmes de conception mécanique et/ou de mise en oeuvre mais les ingénieurs allemands sont toujours persuadés que leur système marche... Je n'en sais pas plus !

Je serai heureux de discuter de cette technologie avec d'autres. Je fais actuellement des simulations avec gnuplot, mais j'ai encore quelques difficultés avec les signes des angles (la relation de Chasles est vraiment loin !!!!).

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Re: Et les rotors de Fletnner ?

Messagepar Pierre-Yves » 13 Sep 2013, 13:46

sauf erreur de calcul de ma part, voici ce que je trouve pour la projection sur l'axe du bateau de la résultante de la poussée et de la dérive. Le vent relatif varie de 0 à pi, sa vitesse est de 11,11 m/s (40 km/h), le rotor fait 2m de diemètre, 5m de haut et fait un tour par seconde. L'axe des x est gradué en radians, l'axe des y en newtons.
resultante.jpeg
resultante.jpeg (24.53 Kio) Vu 8125 fois


La force est négative par vent debout et trouve son maximum par vent de travers, ce qui est rassurant ! Je n'ai pris qu'une amure, il faudrait inverser le sens de rotation pour l'autre.

Ceci est quand même assez différent de ce qu'on trouve immédiatement dans la littérature, où le vent arrière serait interdit :
Points_of_sail_for_rotorships.JPG
Points_of_sail_for_rotorships.JPG (74.27 Kio) Vu 8125 fois

la résultante est faible mais positive et on peut toujours jouer sur la vitesse de rotation du cylindre.

Pierre-Yves

PS. Ce travail sur les rotors de Flettner ne m'empêche pas de travailler aussi sur les ailes ! Le projet du cata autonome pour un tétraplégique tient toujours !!
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Re: Et les rotors de Fletnner ?

Messagepar eric17 » 13 Sep 2013, 23:32

@pierre-yves :
As tu trouvé des données sur l'Alcyone ? ils avaient fait pas mal d'essais et de mesures..
Par contre, c'est sans doute une bonne piste pour des bateaux de travail et de fret, mais je me vois mal naviguer avec des trucs comme ça, tellement c'est moche :-/
Pour ma part, je continue à croire à l'intérêt des voiles au tiers, éventuellement améliorées (tout comme Robert Wise http://volkscruiser.blogspot.fr/2013/09 ... -made.html ), et aux voiles Ljungström et leurs évolutions.

Où en es-tu avec le cata ? (et sur quelle page, ici ou ailleurs? j'ai changé mon disque dur, et perdu tous mes marque pages ...).

@+
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Re: Et les rotors de Fletnner ?

Messagepar pierre » 14 Sep 2013, 08:53

la voile au tiers :seduisante sur le principe de la simplicité mais qui a deja fait des essais reels ? ,içi a toulon j'ai vu un lougre de nigel irens ça avait l'air d'une usine a gaz :)
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Re: Et les rotors de Fletnner ?

Messagepar Pierre-Yves » 15 Sep 2013, 12:13

bonjour Eric

je pense avoir bientôt tous les renseignements sur l'Alcyone, mais je reste cependant sur ma réserve tout en essayant de rester objectif !

Quant à l'esthétique des rotors de Flettner, il y a effectivement beaucoup de choses à dire ! Je pense quand même qu'un bon architecte naval peut intégrer correctement les rotors. Je donne un exemple d'un trawler de plaisance français, avec un aspect assez positif. Je vais aussi essayer d'en savoir plus :
trawler.jpg
trawler.jpg (213.58 Kio) Vu 8097 fois


J'ajoute une chose (qui n'a rien à voir avec ton message !!) : si quelqu'un peut mettre son nez dans mes équations et/ou en discuter avec moi, je suis preneur !!!!!

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Re: Et les rotors de Fletnner ?

Messagepar Pierre-Yves » 20 Sep 2013, 14:02

bonjour à tous

toujours à propos des rotors de Flettner, j'ai trouvé (dans www.http://transition.wifeo.com/le-transport-maritime.php) l'affirmation suivante :
"Lorsque le vent frappe un cylindre vertical tournant autour de son axe, il tend à le déplacer latéralement, avec une force qui varie suivant la vitesse de rotation, et qui est maximum lorsque la vitesse de la surface du cylindre est égale à 2 pi (6,28) fois celle du vent. Dans ces conditions, l’effort que subit le cylindre est environ cinq fois plus grand que la poussée sur une voile ayant la même surface."

Dans mes calculs, j'ai bien une force proportionnelle à la vitesse de rotation, mais je n'ai pas le moindre maximum ni la moindre équation concernant la vitesse de surface du cylindre et la force du vent...

Si quelqu'un pouvait éclairer ma lanterne...

P.Y.
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Re: Et les rotors de Fletnner ?

Messagepar Pierre-Yves » 22 Sep 2013, 14:22

Tristesse !!

A part Eric (Pierre est sur un autre sujet), je suis le seul contributeur à la rubrique "Et les rotors de Flettner ?". Il s'agit pourtant d'une voile alternative, dans la mesure où elle dépend du vent pour faire avancer un bateau.

Je joint la photo d'un autre bateau, le Tracker, monocoque de 12m80 de long, qui fait du 6 noeuds avec le rotor seul par 18 noeuds de vent et qui peut permettre jusqu'à 45 % d'économie d'énergie, ce qui est vraiment respectable !!
bateau12m80.jpg
bateau12m80.jpg (137.48 Kio) Vu 8017 fois

Ceci pour montrer à Eric que l'esthétique n'est pas forcément le perdant dans cette affaire. La photo date de janvier 84, après le second choc pétrolier ce qui explique peut-être que le sujet n'ait pas été poursuivi.

J'ai (peut-être !!) la possibilité d'équiper expérimentalement un chalutier de 24m de long avec un tel système : les chalutiers sont presque toujours trop chargés dans les hauts et leur mettre des voiles classiques peut élever dangereusement le centre de poussée.

C'est pourquoi confronter mes idées avec celles d'autres personnes m'intéresse énormément !

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Re: Et les rotors de Fletnner ?

Messagepar eric17 » 22 Sep 2013, 20:08

Pierre-Yves, les rotors, c'est un truc d'ingénieur, et là c'est un site de voileux !
Bien sur ça utilise la même énergie, mais de façon peu ludique, et, euh, ben non je trouve pas ça bien beau ...

Les voiles de travail, ou les compléments d'énergie pour les bateaux de fret, c'est un sujet passionnant, et je suis déçu de voir à quel point ton combat est solitaire.
Ça va finir par venir, mais bien tard, je crains, comme toute l'histoire de transition énergétique : on a déjà 20 ans de retard sur "ce qu'il aurait fallu changer", et tout le monde a l'air de royalement s'en foutre, sauf pour faire plaisir à quelques écolos de passage (mais surtout quand on a besoin de leurs votes).

Par contre je doute fort de l'adaptation des rotors à des bateaux de loisir, d'où, à mon avis, le peu de réponses sur cette page. Ce qui ne veut pas dire que personne ne la lit, à mon avis ça en intéresse d'autres que nous, mais pas assez pour qu'ils interviennent, comme sur les autres page, "voiles épaisses" par ex
Là faut dire que les vidéos de l'AC sont en train de faire changer pas mal d'opinions (même si on a hâte que ça se termine, entre les reports & annulations à répétition, et le bazar que Hola met dans nos ordis), demande à Laurent : ça ressemblerait à quoi, des catas avec des grands tuyaux de poële dessus ????

Donc continue, on te lit, mais c'est tellement différent dans le principe de ce qu'on connait, que, bon, on sait pas trop quoi dire... (y'a pas l'emoticon "grat-grat" dans la liste)
Dernière édition par eric17 le 24 Sep 2013, 22:53, édité 2 fois.
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Re: Et les rotors de Fletnner ?

Messagepar Pierre-Yves » 23 Sep 2013, 20:10

eric17 a écrit:Pierre-Yves, les rotors, c'est un truc d'ingénieur, et là c'est un site de voileux !
Bien sur ça utilise la même énergie, mais de façon peu ludique,et, euh, ben non je trouve pas ça bien beau ...


merci pour ta réponse, Eric. Ceci dit, il existe aussi des ingénieurs voileux et/ou des voileux ingénieu(x)(rs) !! J'espère qu'ils se manifesteront un jour ! C'est dans cet esprit que j'envisage les rotors, dans la même optique que les voiles traditionnelles automatisées (expérience du Grand Largue) et les ailes (projet du cata d'un handicapé).

Comme cela a déjà été dit, les rotors sont des dispositifs actionnés par le vent, qui trouvent donc leur place ici. L'esthétique surprend, mais l'esthétique de la DS de Citroën en a surpris beaucoup aussi en son temps ! Je pense aussi qu'il y aura plus d'applications dans la marine de travail que dans la plaisance, mais il ne faut jurer de rien.

Je donne deux exemples. Le premier en plaisance, avec le bateau de Thorpe, le second remonte au 20ème siècle avec la comparaison entre les voiles du Buckau (ancien trois-mâts) et ses deux rotors : impressionnant, non ?
Thorpe.jpg
Thorpe.jpg (90.85 Kio) Vu 8001 fois


et la comparaison pour le Buckau :
voiles-rotors.gif
voiles-rotors.gif (4.48 Kio) Vu 8001 fois


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Re: Et les rotors de Fletnner ?

Messagepar eric17 » 25 Sep 2013, 19:00

Dans un sens , cette opposition entre "jolies voile en tissus pour les plaisanciers" et "vilains Rotors de Flettner pour le travail" n'a peut-être pas que des inconvénients : cet aspect "plaisance" ou "loisir" des voiles n'est pas un facteur positif auprès des gens qui bossent, ça ne fait pas très sérieux de récupérer ce qui n'est au final que des jouets (pour riches), pour aller travailler...

Au moins, avec les tubes, on risque moins de passer pour des rigolos... et peut-être faudra-t-il que des pays en voie de développement s'emparent de cette technique pour que ça prenne vraiment.
Je vois bien ça en Inde, avec un rotor de Savonius pour faire tourner le bidule : c'est quand même pas de la technologie pour fusées (= réalisable par un artisan local), et ça marcherait surement aussi bien que des voiles crab-claw, sur un bateau en résine et fibre de jute, par ex (compléter les comparatifs de Marchaj ?)

Chez nous, on est trop riches, alors tant qu'il y aura du gasoil... :?

Je pensais aussi à un truc : quand le tube ne tourne pas, il n'a plus de portance, mais il a toujours une trainée importante : ne serait-il pas possible de faire des tubes télescopiques pour diminuer ce fardage à l'arrêt (ou quand ça forcit) ? je ne suis surement pas le premier à avoir cette idée, est-ce que ça a été fait ??

(edit) il suffisait de demander : http://flettner-rotor.de/rotor-yacht/teleskop-rotor , et des 10aines d'articles avec # telescopic flettner rotor sur gougueule
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Re: Et les rotors de Fletnner ?

Messagepar Lefrancois » 11 Mar 2015, 16:38

Pourquoi ne pas associer voiles et cylindres de fletner servant de mat?
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Re: Et les rotors de Fletnner ?

Messagepar Erbrow » 15 Mai 2015, 10:56

Personnellement je craindrais des turbulences liées à la rotation du tube, pour un très faible gain au total... J'ai essayé sur une maquette de placer un rotor avec une voile, le résultat était deux fois moins efficace qu'avec une voile seule, je pense que le rotor faisait oeuvre morte au lieu d'envoyer un supplément d'air dans la voile...

Par curiosité, est-ce que vous sauriez la puissance du moteur nécessaire pour faire tourner un rotor de dimensions typiques (20m de haut, 3m de diamètre)? En régime stationnaire la puissance fournie par le moteur devrait être égale (moins les frottements de transmission) à la portance créée, non?
La page de THiiiNK est la seule à parler de ce sujet, mais elle n'a pas l'air complète (dimensions des rotos inconnus etc) et mon anglais est carrément moyen...

Merci d'avance ;)
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Re: Et les rotors de Fletnner ?

Messagepar Erbrow » 16 Mai 2015, 20:40

AU sujet d'un message de Pierre-Yves concernant la portance et la traînée et leurs formules: la formule de la portance pour le cylindre me parait être plus simplement donnée par le théorème de Kutta-Jukowski, qui évite les coefficients à chercher; elle apparaît sur le site de la NASA donc doit être plutôt bonne approximation (https://www.grc.nasa.gov/www/K-12/airplane/cyl.html).
Pour la traînée en revanche, je me perds totalement entre traînée induite, traînée de forme et autres; pensez-vous que cette formule est exacte via les coeffs de traînée?
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