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Les différents types de profils épais

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Messagepar Laurent » 13 Sep 2012, 17:43

Bonjour,

j'ai retranscris ici en format Pdf l'article que j'avais créé pour mon blog dédié à l'éventuelle aile que je pourrais mettre au point pour mon voilier.
Cet article est incomplet, et requiert vraiment d'être mis à jour, mais je pense qu'il reste malgré tout instructif.
Autre petit défaut, la mise en page. Je suis passé par un logiciel qui n'a pas très bien fait le boulot d'exportation.

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Bonne lecture,

laurent.

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Re: Les différents types de profils épais

Messagepar Yvan » 13 Sep 2012, 23:46

Bonjour,

Chouette synthèse que j'avais déjà eu le plaisir de lire sur ton site d'Aladis je crois. Il serait intéressant de la compléter des expériences les plus récentes et sans doute les plus pointues (à défaut d'être les plus simples), celles du Gonet P28 et celle d'advanced.

Celle du P28 est basée sur une technologie plutôt high tech qui la rend au final plus proche des voiles rigides que de ce que l'on recherche pour de la croisière hauturière : ça semble réservé aux courses, aux gros moyens financiers et et équipes d'ingénieurs pointus. et ce encore plus ds la seconde version.

Celle d'advanced semble plus facile à adapter à une technologie "basique" et bricolée, mais demande pas mal d'essais.

J'ai échangé des mails avec l'australien qui développe la voile advanced : il ne veut rien en dire de plus que ce qui est sur son site web car il envisage de développer un brevet... évidemment. Les sites de brevets sont pleins de techniques plus ou moins farfelues de voiles épaisses qui n'ont jamais abouties, mais chacun espère toucher le jackpot ! Vous imaginez si qqun avait eu la présence d'esprit de breveter la roue ?

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Re: Les différents types de profils épais

Messagepar Laurent » 14 Sep 2012, 10:41

Il y manque aussi la présentation des voiles de "Matin Bleu", "Pha II", et "Tystie" sur sa version précédente.
Trois voilures autour du concept Swing wing. Une voilure au profil que je qualifie de "semi-épais".

Ta remarque concernant les brevets est des plus pertinentes.
Finalement, il y a pas mal de projets en cours, très variés, et personne ne souhaitera livrer une information trop précise.
Ce forum est pour l'instant guère actif.
De part sa jeunesse et sa forte spécialisation.
Peu actif et donc peu attrayant pour ceux, techniciens de tout poils, à l'oeuvre, qui recherchent une communication très visible…
Espérons que cela change d'ici quelques temps.

***

L'aile du foiler "Gonet & Cie" a été pensé pour la vitesse pure et le lac.
La souplesse a été choisie pour l'aspect manutention et en aucun cas pour la réduction de voilure.
Une évolution pour la croisière demanderait, à mon avis, une forte remise en question.

L'aile "Advanced" semble en effet très prometteuse.
L'aile Omer également.
Lequel de tous ces procédés rencontrera le succès, c'est bien difficile à prédire.
Je ne suis pas certain que le plaisancier lambda soit prêt à faire le pas.


***

De son coté, l'aile rigide commence à se banaliser dans nos esprits,
à la voir sur les AC45, AC72, Class C, Moth, et engins de vitesse en tout genre.
Elle pourrait donner l'impulsion nécessaire au développement de l'aile souple.


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Re: Les différents types de profils épais

Messagepar Alain Oriot » 06 Nov 2012, 13:50

Bonjour et merci Laurent pour la synthèse,

Pour l'aile de Pi 28 qui me semble de loin la plus aboutie, pour une aile souple, en terme aérodynamique… navigation sur foils et sur un lac, ça laisserait penser que les efforts ne sont pas grands et que tout est en souplesse. Je suis sceptique sur ces suppositions… primo sur le Léman, il peut y avoir des vagues très courtes et abruptes (pas de fetch), avec des vents très violents. Ensuite pour un voilier qui se “balade” entre 30 et 40 kts, les efforts sur le gréement sont énormes (au carré de la vitesse du vent).
Ce qui est remarquable sur ce projet, c'est qu'ils étaient partis avec des cambreurs assez costauds en sandwich pour la première aile et qu'ils ont énormément allégé en faisant des cambreurs en joncs de carbone assemblés qui doivent faire moins d'1 cm de diamètre, donc environ 1 cm d'épais pour les cambreurs (d'après les photos et les films), ce qui leur permet de multiplier les cambreurs sur la hauteur de l'aile (environ tous les 70 cm).
Sur une telle aile, l'installation de ris (comme ceux de Matin Bleu) ne semble pas poser de problème pourvu qu'ils soient frappés sur la toile et non sur les cambreurs.

Cordialement
Alain
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Re: Les différents types de profils épais

Messagepar Laurent » 06 Nov 2012, 14:07

Mon propos auraient du se formuler autrement:
P28 est un engin de vitesse.
Et c'est à mon avis un engin de relatif petit temps.
Une fourchette bien précise de conditions météos, maritimes, est choisie pour les sorties…
La notion de fourchette, en navigation hauturière, n'a plus vraiment de sens…
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Re: Les différents types de profils épais

Messagepar Laurent » 06 Nov 2012, 14:16

Qu'est ce qui est le plus performant ?
Une aile souple, à deux volets symétriques, dont on peut maitriser la courbure assez facilement,
ou une aile souple à profil unique dont la modification de courbure reste très imparfaite ?
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Re: Les différents types de profils épais

Messagepar Alain Oriot » 07 Nov 2012, 02:49

Voici un tableau très simplifié pour les avions.
Le volet de fente sur les AC45 est à mi-chemin entre le volet de fente sur ce document et le volet Fowler parce que le second volet des AC45 ou des Class-C est bien plus grand que les volets des avions. Il existe des polaires pour les volets 55%/45% ou 60%/40%.


Image
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Re: Les différents types de profils épais

Messagepar Alain Oriot » 07 Nov 2012, 03:13

Tant que l'incidence reste très faible à 4° ou 7° (au près serré pour nous), le profil unique avec sa corde cintrée est aussi efficace qu'un profil avec fente, mais dès que l'aile augmente son incidence, l'aile cintrée décroche (donc la portance diminue), car la surpression sur l'intrados à l'arrière du profil remonte sur l'extrados et rend l'écoulement turbulent sur la moitié de l'extrados, puis sur la presque totalité si l'incidence augmente encore. Les seuls moyens pour limiter cette remontée d'air sur l'extrados sont soit de souffler de l'air sur l'extrados (avec des volets de fente) pour accélerer l'air de l'extrados et lui permettre de recoller à l'aile, soit d'aspirer de l'air par de petits trous (technique de la tubo-voile de Cousteau), soit encore de séparer l'intrados de l'extrados avec un volet d'intrados fortement angulé (ce que font les oiseaux quand ils atterrissent : ils ont des plumes qui continuent la courbure normale de l'extrados et des plumes qui angulent l'intrados de 45°de leur aile).
Le volet d'intrados a beaucoup été utilisé dans l'aviation et sur les avions de tourisme d'aujourd'hui parce qu'il avait l'avantage et d'augmenter la portance et de créer une forte traînée qui ralentissait l'avion à l'atterrissage. Mais il a été remplacé par le volet Fowler, sur les gros avions, car il permet une augmentation de portance avec moins de traînée, notamment au décollage où il vaut mieux limiter la traînée.

Ciao
Alain
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Re: Les différents types de profils épais

Messagepar Laurent » 07 Nov 2012, 07:51

Extra cette info, Alain !

Elle va m'obliger à tenter de retrouver ce que j'avais lu là dessus sur un site internet dédié aviation.
Il me semble que les chiffres n'étaient pas aussi favorables, importants, avec l'adjonction de volets.
Et puis j'aime bien recouper les informations. Comme un bon journaliste qui ferait son boulot…

D'autres part l'augmentation de portance doit diminuer, entre un profil épais unique asymétrique et un profil épais à deux volets symétriques.
Ces chiffres seraient donc à relativiser.
Une aile de type Gallant (c'est ainsi que certains ont appelé une déclinaison technologique d'un profil épais unique symétrique), cela ne doit pas avoir une portance terrible et ne soutient sans doute pas la comparaison avec une bonne voile bien réglée, bien coupée, de type bermudienne.
Il serait donc intéressant de connaitre la différence de portance entre une voile bermudienne (avec foc, of course!) et une aile à deux volets.

D'autres part, lorsque l'incidence devient énorme à savoir proche du portant, l'effet de fente ne devient il pas très faible ? Il me semble que Guy sur matin Bleu mettait ses ailes à 90 degré du vent au portant car le fait de les placer dans un écoulement qu'on croirait plus laminaire (la position de l'aile au près vis à vis du vent) n'apportait rien de mieux. Je sais, les ailes de Matin Bleu n'ont pas de fentes…


Une question subsidiaire Alain, celle d'un curieux ! :
tes connaissances d'aérodynamique, tu les as acquises en t'intéressant aux ailes, ou sont elles le fruit d'une expérience dans les airs. Tu donnes l'impression de bien connaitre l'aviation.
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Re: Les différents types de profils épais

Messagepar Alain Oriot » 07 Nov 2012, 14:37

J'essaie de répondre à tes questions Laurent

- Marchaj, dans son livre Sail performance, qui est quasiment le seul à avoir fait un travail systématique en soufflerie sur quasiment toutes les voiles, y compris les voiles épaisses, donne les résultats suivants, en donnant des coefficients de portance Cp et des coefficients de traînée Ct pour chaque voile, ça dépend aussi du nombre de Reynolds qui est un nombre sans unité (Re = masse volumique du fluide x vitesse du fluide x longueur de la corde du profil / viscosité dynamique Re = gVL/µ):

Voile plate en position rigide (sans mât, sans dévente et sans fasseyement) : Cp autour de 1 à 1,15 (maxi) Ct autour de 0,30 à 0,35
Aile dissymétrique simple avec courbure de la corde : Cp 1,29 à 1,3 Ct de 0,015
Aile à deux volets (60%/40%) avec fente sans incidence du second volet : Cp 1,55 Ct 0,0188
Aile à deux volets (70%/30%) avec fente, dont le second volet est orienté à 40° : Cp 1,98 Ct 0,0164

Ces données sont sans doute à actualiser avec tous les essais faits en soufflerie récemment.

Les différences sont importantes non seulement en portance, mais surtout en traînée, c'est-à-dire en gîte pour un monocoque : entre la voile plate au près et l'aile à deux volets avec incidence de 40°du second volet, on est à 1,72 de gain de portance (1,98 / 1,15), mais surtout 18 fois moins de traînée (0,30 / 0,0164). Ceci explique le témoignage de Guy, du propriétaire de Matin Bleu, de la très faible gîte de son voilier, autour de 10°-15°, car même si ses ailes n'ont pas de fente, le coefficient de traînée des ailes épaisses ne dépasse pas 0,02 quand une voile plate est à 0,30… et la dérive imperceptible que nous avons constaté sur notre essai de l'“AC18” (sic!).

Il y a, depuis les travaux de Marchaj, beaucoup de littérature (des thèses surtout) en mécanique des fluides sur les ailes et sur l'apparition de la turbulence… c'est sur la compréhension de la turbulence que les progrès se font en ce moment, et on redécouvre tous les moyens qu'a déjà inventés la nature :
• comme les nageoires ondulées des baleines qu'on copie sur les éoliennes,
• les écailles micro-strillées des requins (utilisées dans un essai d'un des derniers défis monocoque de la coupe de l'America),
• les micro-rainures remplies de mucus de la peau des dauphins qui diminuent l'adhérence de l'eau à la peau,
• l'accélération du fluide sur l'extrados avec le vol battu, par ouverture brutale des ailes par le bord d'attaque, comme font les mouches dont les ailes ne décrochent pas à moins de 70°(!!!) d'incidence… ou les pigeons qui leur permettent de faire des décollages verticaux,
• le papillon qui envoie des tores de fluide alternativement vers le bas et vers l'AR comme un engin à réaction, ce qui explique son vol en dent de scie,
• les extrémités des ailes de certains oiseaux avec une plume qui prolonge le bord d'attaque et une plume qui prolonge le bord de fuite, créant deux vortex contrariés (qui s'annulent) de bout d'aile ce qui agrandit virtuellement la surface efficace de l'aile. C'est peut-être ce moyen qu'utilisaient les Polynésiens avec leurs voiles en pince de crabe fortement effilées,
• le volet d'intrados, utilisé aussi par les oiseaux à l'atterrissage… et nos avions
• l'aile delta, réinventée 20 000 ans après les Polynésiens, par les Américains pour lancer des missiles, etc.


- La fente devient de plus en plus intéressante, justement quand l'aile a plus d'incidence. C'est à ce moment que, sans fente, l'extrados devient turbulent, en partant de l'AR de l'extrados et en remontant sur l'AV de l'extrados au fur et à mesure que le profil global croît en incidence. Ceci est bien visible dans les images de la thèse sur Invictus que tu as mise en ligne.

- Le témoignage de Guy dont tu parles, au portant, n'est pas contradictoire. Si, par exemple, on est au vent AR (180°), et qu'on met la voile avec une incidence de 15° par rapport au vent, donc de (180°-15°) 165° par rapport à l'axe du voilier, à ce moment le voilier tend à reculer !!! Au vent AR, l'aile est forcément en régime turbulent, comme une grande voile ou un spi si on veut avancer, fente ou pas fente.
L'intérêt de la fente est pour les allures du près bon plein jusqu'au petit largue avec le vent apparent, lié à l'avancement du voilier, dont il faut tenir compte.

- Je n'ai piloté qu'une fois un avion de tourisme. Je m'intéresse à la mécanique des fluides depuis longtemps, en amateur, mais en ayant beaucoup lu de littérature et de cours en mécaflu, puis j'ai beaucoup échangé avec un ami de 30 ans qui a passé sa vie à étudier les vagues, donc tous les processus turbulents.

Cordialement
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Re: Les différents types de profils épais

Messagepar Laurent » 07 Nov 2012, 19:07

La mémoire est une faculté qui peut faire défaut….
Je pensais me souvenir de chiffres inférieurs quant aux augmentations de portance via des dispositifs hypersustentateurs.
Il n'en est rien.
Evidemment, penseront certains !

Donc j'ai refait des recherches sur internet et suis tombé sur cette image, celle d'un tableau/comparatif très détaillé.
j'en ai tiré une image plus grande mais la qualité d'origine fait que cela reste d'une lisibilité plutôt mauvaise.


UN CONSEIL : ouvrez l'image dans une nouvelle fenêtre ou onglet, vous obtiendrez un format plus grand.







D'autres part, le tableau ci-dessous a été tiré d'un PDF que j'avais oublié au fin fond d'un disque dur. Je vous le soumet ici même et dans le fil dédié aux traités d'aérodynamique.



Profil d'aile, portance et trainée





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Re: Les différents types de profils épais

Messagepar Laurent » 09 Nov 2012, 16:48

Ce qui m'apparait comme le concurrent direct de l'aile à deux volets symétriques, c'est le gréement Aerorig, sur le versant profil fin/courbé.



Entre ces deux cas de figure, la différence n'est peut être pas si grande que cela, en terme de portance.
C'est une question que je me pose.

***

Dit autrement : j'ai l'impression que le décalage théorie/pratique intervient parfois en défaveur de ce qui parait plus performant.
Pourquoi, par exemple, le système à balestron de l'Aerorig ne s'est pas implanté sur les protos de course ?
L'aile rigide est-elle vraiment plus efficace qu'un mât-aile associé à une voile à profil mince mais à la coupe, à la forme, très maitrisées ?


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Re: Les différents types de profils épais

Messagepar Laurent » 10 Nov 2012, 09:27

Les questions que je me pose dans le post précédent vous paraitront sans doute plus pertinentes, après avoir consulté ce qui se dit dans ce fil que j'ai posté à la rubrique aile rigide
http://www.voiles-alternatives.com/viewtopic.php?f=2&t=146
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Re: Les différents types de profils épais

Messagepar Vincent Terrasson » 29 Juin 2013, 16:59

Une remarque sur les tableaux de Laurent : il faudrait vérifier les sources, mais il me semble clair que l''amélioration de portance citée pour certains profils tient compte de l'augmentation de surface. De l'ordre de 5% pour les becs de bord d'attaque mobiles, de30% (cité sur le tableau du bas) pour les volets Fowler.
Du coup, ne sont utiles à comparer pour nos usages que les volets "simples".
Et je suis surpris de voir que la différence d'efficacité indiquée pour un volet à fente par rapport à un volet de courbure classique n'est que de 1,5% (tableau du bas) à 10% (tableau du haut)...
Le fait que ces calculs soient faits pour des profils dissymétriques explique peut être une aussi faible différence, mais elle reste étonnante.
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