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Mon projet d'aile - le point - vers l'hybride ?

Mon projet d'aile - le point - vers l'hybride ?

Messagepar Laurent » 01 Sep 2019, 16:05

Work in Progress
Ce topic créé en septembre 2019 est/sera le séjour de continuelles évolutions, progressions. Pour l'instant, il se nourrit encore d’imprécisions, de tâtonnements. C'est un projet que je fais évoluer au gré de mes disponibilités, de mon appétence fluctuante à son encontre. Si le sujet vous intéresse, revenez de temps en temps le parcourir, certains posts anciens sont mis à jour, prennent de l'épaisseur.


Chantier participatif
Ceci est un appel à toutes les bonnes volontés que le projet d'aile hybride intéresse.
- Ce peut être pour la conception.
Jeremy Palmer, grand amateur d'engins à foils, s'est déjà porté volontaire pour m'aider dans la partie dessin 3D (mais pas que).
- Ce peut être pour la fabrication.
Celle ci ne démarrera pas avant le printemps 2020. Sachez que le voilier est situé à la base nautiques de Rennes, en Bretagne.
Vous pouvez déjà vous manifester, c'est avec le plus grand plaisir que j’accueille toute proposition d'aide.

Adresse courriel: laurent.pilon(a)wanadoo.fr




Bonjour,

Étant propriétaire d'un voilier équipé de 2 mats autoportés (Freedom 35), je peux donner libre choix à mes vieux rêves de voiles hors normes, atypiques, et faciles à utiliser.
Un argument principal étaye mon choix d'abandonner le gréement Marconi /grand-voile bomée telle qu'il se décline ultra majoritairement : La recherche d'un type de voilure fonctionnant sur la souplesse et un minimum d'étarquage.


La voile de jonque
est restée longtemps la voile qui pouvait avoir la dernière faveur, pour sa simplicité et son faible coût de fabrication. Le premier essai d'une voile de jonque m'avait laissé quelque peu dubitatif ( voir À la découverte de la jonque Pa Yeng ). Le voilier, un plan Dimitri Leforestier était certes plutôt lourd et peu évolutif, mais l'absence de sensation vis à vis du gréement m'avait laissé sur ma faim. Le deuxième et dernier essai en date (voir À la découverte de la jonque Kan Avel ) n'a pas effacé ce doute bien que Kan Avel soit un voilier qui marche bien.

Les points forts valorisant la voile de jonque sont :
- La simplicité de réduction de voilure
- La compensation qui rend les manœuvres faciles et douces (surtout les empannages)
- La possibilité de fabriquer soi même: ce ne sont que des rectangles de tissus assemblés, puis lattés

Les points faibles sont, pour ce qui me concerne, un peu trop prégnants :
- La voile de jonque serait comme une espèce de voile plate suspendue, assez libre de mouvement, qu'il s'agit de contrôler/régler dès qu'un changement intervient. Ces réglages s'effectuent via un réseau de bouts qui amène de la complexité là où d'autres gréement se règlent rapidement et uniquement via le hale-bas et l'écoute de GV.
Plus vous souhaitez supprimer de plis, plus vous devrez faire de réglages, qui s'annulent dès que l'amure changent de façon notoire.
- Les plis: ils sont toujours présents. Le réseau démultiplié d'écoutes, de bosses, fait que l'angle de tire sur chaque latte ne peut pas être le bon partout. Il y a donc des plis et aussi des poches. Les deux s'amplifient avec le vent forcissant.
Personnellement je n'arrive pas à me satisfaire d'une telle concession aux lois de l’aérodynamique.
Quand vous voyez la différence de performance entre un vieux jeu de voile bermudien/Marconi et un jeu tout neuf, vous vous rendez compte de l'importance de la qualité des profils.
La voile de jonque fait une croix là dessus pour privilégier la souplesse d'utilisation.
- Coté écoutes, c'est vraiment le gros paquet de nouille dès que vous bordez
- il est clair que vous ne pouvez pas faire un près vraiment serré. Certes cela ne constitue pas un argument primordial mais d'autres gréements font beaucoup mieux.
- En argument secondaire il y a le poids des voiles. Il faudrait utiliser des tubes carbones pour commencer à obtenir une voile qui ne nécessite pas de palan entre le point de drisse et l'extrémité du mât.

Pour toutes ces raisons, je ne suis vraiment plus emballé par ce gréement. C'est tout à fait personnel. Beaucoup d'utilisateurs, les anglo-saxons principalement, naviguent beaucoup en jonque et en sont très satisfaits.





Les ailes souples

Les profils épais m'ont fait réver très tôt.
Coté croisière, la découverte eu lieu avec la Revue Loisir Nautiques de 1978 et ce fameux article sur l'aile Phicoe. Sur le papier, cela paraissait magique. Hélas le projet ne s'est pas concrétisé.

Lors de la prolifération des ailes rigides aux deux dernières coupes de l'America, j'ai été très séduits, comme beaucoup d'autres, par le concept d'ailes à deux volets (un principal, avant + le volet arrière).
Ce qui vient du monde de la compétition s'avère la plupart du temps performant et puis ces ailes rigides étaient déjà opérationnelles dès les années 70. C'était la voie à suivre pour un gain de puissance important, plus important qu'avec une aile souple asymétrique réversible. La réalité du terrain contredisait les lois de l’aérodynamique.
De là à décliner ces même ailes, en enveloppe souple, il n'y avait qu'un pas que d'autres ont franchi (voir Prototype de voile aile souple à deux volets (AC 18) et Arkema 3, Mini 6.50 à voile épaisse souple
Le moment d’exaltation s'est confronté à la réalité de la conception et surtout de la fabrication.
Tout comme pour les ailes souples de type Swingwing / Matin Bleu (plus simple), la structure interne de ces ailes s'avère tout de même relativement complexe  et vous multipliez par deux la surface de tissu ainsi que la longueur totale de couture-machine. Fabriquer, pour mon voilier, deux ailes à 2 volets, çela revenait à devoir fabriquer 4 petites ailes. Quel chantier ! Ces ailes n'ont rien de simples surtout si on les compare par exemple à des GV réglées par wishbones, un des gréements les plus simples qui soit, et cependant performant.
C'est à mon avis, cette complexité qui fait avant tout frein chez les plaisanciers et les industriels du nautisme. Plus que l'aspect conservateur et frileux, néanmoins bien présent.

L'aile développée par Guy Beaup, pour lui même et Beneteau, s'avère sans doute ce qui se se fait de plus simple. Mais j'ai toujours pensé qu'on pouvait faire mieux.
Un autre point affecte toutes ces déclinaisons d'aile souple: les plis du tissu, toujours très difficiles à totalement résorbés.




L'aile Hybride

Et puis est apparu sur le marché, en ce printemps 2019, l'aile hybride du catamaran Eagle class 53 créée et réalisée aux USA.
Tout d'un coup la simplicité entrait dans la danse.
Simplicité si l'on considère qu'il est plus simple de fabriquer un volet-avant rigide qu'un volet-avant souple.
C'est mon opinion peut être influencé par ma maitrise du sujet composite: cette facilité est possible en suivant le bon principe de construction.
Et puis l'apport de performance avec ce volet rigide est évident. Si évident que les concepteurs de l'aile de l'Eagle 53 ont estimé qu'un volet arrière sans épaisseur était suffisant sur cette unité vouée au vol sur foils. Et ce ne peut être en aucun cas, une limitation de budget qui ait provoqué cette simplification du volet arrière.
Simplicité d’utilisation aussi: deux écoutes. L'une sur palan et rail pour la GV, l'autre, simple, pour le volet.
Pas de hale-bas. Prise de ris classique sur la GV. Sur ce dernier point séjourne tout de même un écueil: il est difficile de concilier volet pivotant à 360 degrés et drisses/bosses en retour vers le cockpit.

L'autre gros écueil de cette aile hybride, ce sont ces volets toujours à poste. Afin de minimiser les réactions du volet par gros temps, les concepteurs de l'aile hybride de l'Eagle 53 ont choisi une compensation de 16%. Rapport qui laisse de la marge pour que que le volet ne passe pas en mode fou fou.
En moindre mesure, c’est aussi cette GV qu'il faut désolidariser complétement dès qu'on passe en mode mouillage/stationnement un tant soit peu prolongé.
Pour un multi, la largeur du volet n'est pas gênante.
Pour un mono, celui à l'avant peut s'avérer problématique en configuration ketch/goélette, de part l'encombrement.



Le Freedom 35, tel qu'il était gréé:




Les ailes hybrides telles qu'elles pourraient se décliner sur mon voilier :
Image

Surface
Totale : 56m2
Aile avant : 34,30m2 Volet:13,30m2 Grand-voile: 21m2
Aile arrière : 21,70m2 Volet: 9,70m2 Grand-voile: 12m2




Avant propos concernant la réalisation des ces ailes hybrides

La conception va s'avérer un challenge à deux titres.

1 - Toute la difficulté conceptuelle des ailes résident dans les volets rigides.
S'il s'agissait de fabriquer un volet qui fait office de mât, la technique à utiliser serait assez facile à trouver, les exemples ne manquent pas, une copie de l'aile d'Eagle ou du volet avant de l'aile d'un Class C serait d'emblée envisager.
Mais avec le Freedom nous avons déjà deux mâts en carbone /verre, plutôt lourds. Les calculs d’échantillonnage et l’expérience à la toute fin des années 70 n'étant pas ce qu'ils sont devenus (très optimisés), je pense qu'ils sont généreusement échantillonnés
Toute la difficulté va être de fabriquer un volet le plus léger possible tout en étant suffisamment rigide, échantillonné, afin de soutenir les efforts générés par une grand-voile, sans se déformer sous la pression du vent.

2 - La deuxième contrainte est d'ordre plus personnel: je veux que ces ailes soient estampillées
"Low cost" et "short deadline".
Car mon budget sera forcément très serré et je n'ai pas du tout envie de passer trop de temps sur cette fabrication. Lorsque les premiers travaux sur l'aile démarreront, je sais que je serais essoufflé par la rénovation du Freedom qui aura précédé.
Il y aura un peu plus d'une trentaine de cambreurs à fabriquer. Ce qui représente un nombre très important d'assemblages en tout genre. Rien que cela peut prendre des allures de course de fond si l'on ne s'impose pas un choix technologique privilégiant la rapidité.
Je vais donc tenter de concevoir des volets qui puissent se monter tel un kit. La découpe numérique serait alors forcément de la partie…



La fabrication des volets

Du préambule exposé ci dessus découlent 2 axes de recherche pour tenter de déterminer le bon process.
I - quel matériau /technique pour fabriquer les cambreurs/nervures
II - quelle méthode pour donner de la raideur à ces volets puisque ce ne sera pas l'enveloppe qui la procurera.



I - Matériau /technique pour fabriquer les cambreurs/nervures


Du jonc/tube en carbone



Façon l'aile du catamaran Pi28 (ci dessus), cette technique permet d'obtenir des cambreurs très légers, mais elle nécessite un montage plutôt complexe. Beaucoup de découpage, collage. Et puis au final il faut pouvoir coller l'enveloppe sur les cambreurs, et là avec les joncs/tubes en carbone de section circulaire, ce n'est vraiment pas adapté.


Des nervures arrières en forme d'oméga, façon Eagle Class 53



Sans doute une solution très fiable dans la longue durée, et donc un très bon choix mais je lui vois plusieurs défauts :
1 - Elle requière beaucoup de temps. À raison d'une trentaine de cambreurs, c'est plus de 60 profilés qu'il faut fabriquer.
Qui plus est, à moins de réaliser un volet de forme rectangulaire pas très beau (et de toute manière inapproprié car créant trop de surface dans les hauts), il faudrait fabriquer plusieurs moules pour satisfaire des sections évoluantes.
2 - Ces nervures arrières ne constituent pas des cambreurs complets, ils nécessitent un assemblage sur une structure "d’accueil" suffisamment robuste pour engendrer un volet de raideur et de robustesse adéquate (une structure en monolithique, genre 400gr/m2 serait trop souple à mon avis). Cette structure c'est la partie avant du volet, c'est un peu plus que le bord d'attaque qui sera:
> soit en forme de D : du coup, le mât est totalement entouré par cette structure. Ce manque d'accès ne me plait guère. Et sa réalisation est plus complexe. Mais bon pourquoi pas.
> soit en forme de U et donc uniquement la partie enveloppe du bord d'attaque (c'est la solution adopté pour le volet du proto pour Eagle): plus simple à réaliser
Les deux versions nécessiteraient d'être réalisées en sandwich au plus léger. Du style un 200gr de part et d'autre d'une mousse de faible épaisseur et de très bonne qualité au prix de revient qui ne plaira pas à mon budget. Avec 2 volets, le bord d'attaque représente une surface importante. Le tarif coté mousse pourrait s'avérer trop élevé.
3 - Plus grande difficulté de fabrication. les assemblages nervures/structure demandent d'être stratifiés. la construction sandwich de la structure, sur moule femelle, trouve sa plus grande difficulté avec la partie mousse.
4 - La rigidité de ce bord d'attaque oblige à (beaucoup) simplifier les formes du volet si l'on ne veut pas à devoir fabriquer plusieurs moules.

j'estime que c'est la solution quasi parfaite pour un mat-aile, elle a été choisie par les concepteurs de L'Eagle Class 53.


des cambreurs en sandwich façon aile Class C/ AC45/72/etc


Les nervures du volet du proto qui a servi de test pour l'élaboration de l'aile hybride de l'Eagle.

Cette technique me parait pour l'instant la plus attractive si l'on convoque la découpe numérique qui permet de réaliser très rapidement de nombreuses pièces.
Forte homogénéité, simplicité des cambreurs.
Très grande liberté laissée pour le profil de l'aile.

Je vois 2 méthodes possibles :

1 - Découpe numérique directement dans les plaques de mousse puis stratification de ces plaques découpés.

Image

Gain notoire de résistance. Très bonne adhérence cambreurs/enveloppe.
Mais augmentation tout aussi notoire du devis horaire.
Je n'hésiterais pas à choisir cette solution si je savais que j'allais être aidé par deux trois bénévoles… :D
La stratification des mousses-cambreurs ne demande pas d'être un stratifieur chevronné.



2 -Fabrication de grand panneau de sandwich, puis découpe numérique

Image

Fabrication d'une grande plaque de stratifié monolithique dans laquelle on découperait des bandes de petite largeur qui recouvriraient en les dépassant, ces chants, via collage.
Un petit joint congé par la suite pour améliorer cette jonction des peaux du sandwich.
Grande rapidité d'exécution mais niveau d'adhérence cambreurs/enveloppe à tester .
Je vais donc fabriquer une portion de volet suivant ce principe et le placer à l'extérieur pour évaluer le collage.





II- Quelle méthode pour donner de la raideur à ces volets

1 - une solution permettant un gain de poids manifeste serait d'opter pour un maillage important de tubes de petites section, à la façon tour Eiffel/ Grue/etc…
Beaucoup d'assemblages, beaucoup de temps.

Image


2 - deux à trois tubes carbones, de diamètre plus important, traversant verticalement tous les cambreurs.
Les trous dans les cambreurs seraient bien sûr effectués via découpe numérique.
Montage rapide. Devis de poids acceptable. Ma solution favorite !

Image


3 - Intercaler des rectangles de sandwich entre les cambreurs.
Cela permet de fabriquer soi même mais beaucoup de découpes et assemblages.


Image


4 - Une plaque de sandwich, rectangulaire, sur toute la hauteur du volet qui traverse les cambreurs. Du coup en 2 parties. Solution souvent adoptée en construction de petit avion.
Collages des parties arrières des cambreurs, voir stratification d'angle.
Excellente rigidification du volet, mais fragilisation de la partie arrière du volet.
Comme pour la variante précédente, Cela permet de fabriquer soi même mais beaucoup de découpes et assemblages.

Image



La structure interne des volets pourrait se résumer ainsi :

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Re: Mon projet d'aile - le point - vers l'hybride ?

Messagepar Laurent » 05 Sep 2019, 10:40

Choix du type mousse employée pour le sandwich des cambreurs/nervures

À l'échelle de mes ressources, les mousses de type Airex sont d'un coup prohibitif.
De là à se rabattre vers une mousse type polystyrène extrudé, il y a un pas que je suis prêt à franchir d'autant plus que ce matériau est utilisé en aéronautique amateur pour la construction de petit avion, ULM ou plus grands.

Les nervures de l'aile de l'avion MAG 1 (longueur hors tout 7,60m)
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Les nervures de l'aile de l'avion MAG 2
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Les nervures de l'avion Spacek SD-1 (longueur 4,42m)
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Les nervures de l'avion Souricette
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Les liens :
http://dieselis001.canalblog.com/
http://mag.01.pagesperso-orange.fr/MAG%20ph%20ailes.htm
http://www.sdplanes.fr/spacek-sd-1/techniques/
https://pouguide.org/nervures-en-polystyrene


Les mousses en polystyrène extrudé se déclinent en des densités plus importantes lorsqu'elles sont destinées à l'isolation des sols. Leurs résistances à la compression sont meilleures. Leurs couts sont plus élevés.

J'ai contacté les fabricants des petits avions de tourisme, exposés plus haut, les SD-Planes et les MAGs.
Les deux utilisent pour les nervures une mousse en polystyrène extrudé de densité d'environ 30kg/m3, ce qui correspond à des mousses relativement basiques.
je pense donc que la gamme dédiée dallage/sol, en 30-35kg/m3 sera bien adapté. Le coût serait d'environ 7 euros le m2 pour des plaques de 3cm d'épaisseur.

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Le bord de fuite - Quel type de rail pour la Grand- voile

Messagepar Laurent » 05 Sep 2019, 14:28

.
Le bord de fuite

Cet élément du volet demandent d'être renforcée :
- de part sa propre fragililté
- pour participer à l'effet poutre avec les autres éléments qui rigidifient le volet
- pour assumer la fonction de support de grand-voile, ce qui représente un enjeu important.


Plusieurs solutions possibles:

Image

La version 1 : un plat. Très facile à fabriquer mais manquant vraiment de raideur, de résistance pour l'usage qui lui est réservé.
La version 2 : idéale puisque le profil épouse parfaitement le bord de fuite. Le collage de l'enveloppe est ainsi optimisé. Et puis Le profilé est enchâssé dans les cambreurs, son maintien est très bon. C'est celle choisie pour l'aile du catamaran Eagle. Gros défaut: elle nécessite une fabrication dédiée, donc un moule, donc beaucoup de temps.
La version 3 (qui découle de la version 4 que Jeremy m'a présenté): à mon goût, la plus adaptée car des profils de ce type sont commercialisés. Ce ne serait que du montage. Profilé également enchâssé dans les cambreurs. Défaut: l'enveloppe ne pourra pas se plaquer au mieux sur le profilé, entre les cambreurs, que si l'on ajoute une matière pour combler le petit espace (un enduit léger par exemple).
La version 4 : elle procure une très grande raideur mais le niveau d'adhérence, de liaison, avec les cambreurs est faible. Il faudrait rajouter des strats d'angle entre l'arrière du cambreur et le profilé.
Elle présente aussi le défaut de la version 3 (intercaler de l'enduit)


Le bord de fuite du volet de l'aile du catamaran Eagle Clas 53

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L’extrémité des bords de fuite des volets-avants des ailes rigides des AC45 n'a pas à soutenir le volet arrière, il est rigidifié par un plat des deux cotés.

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Le rail de grand voile

C'était un point pour lequel aucun choix ne me satisfaisait,
La meilleure, rail + chariot à bille, étant d'un coût un peu trop élevé.

Et puis Alain Oriot, concepteur d'une aile souple, m'a signalé l'existence d'un système de rail venant des USA, souvent utilisé dans le monde du multi pour son efficacité avéré et son coût moindre.

Ce système a été mis au point par Tides marines pour s'adapter sur des gorges de mats en alu et obtenir ainsi de meilleur résultats sans passer par une fixation de rails en alu (+chariot), plus compliqués à installer.

Image

"Chaque rail est usiné sur mesure, dans du Polyéthylène à très haut degré de polymérisation, pour s’adapter au millimètre près à la longueur de guindant et au profil de la gorge du mat de chaque client"
"Le rail est extrudé en une seule pièce ne justifiant aucune maintenance et limitant les poids dans les hauts : 500 gr/m
Insensible à l’eau de mer et aux UV, le rail est disponible pour des longueurs de guindant allant jusqu’à 19 mètres"



Image

Image


Via la vidéo au lien ci dessous vous aurez une idée de la vitesse à laquelle peut descendre votre GV (même si cela a été réalisé par vent très très modéré) :
https://youtu.be/G0iFS1L-B6U?t=180

La surface sur laquelle viendrait se fixer le rail étant plane,
ce serait le cas de figure suivant qui serait adopté:

Image

Un système qui nécessite l'adjonction de cavaliers en inox à fixer en préalable.

Image
Image Image

Voyons les tarifs:
En cette année 2019, le coût est de 135 euros HT par mètre, rail + coulisseaux inclus. Aille ! !
Avec mes quasi 20 mètres de bord de fuite des 2 volets, le devis est de 3000 euros TTC !
C'est peut être moins couteux qu'un système de rail + chariot à billes, cela n'en reste pas moins d'un prix de revient élevé.

Le guide d'installation (en anglais) du système de rail pour mât sans engoujure

Les tarifs détaillés (direct from USA) pour le rail et les accessoires

Le lien / site du distributeur français



Heureusement il reste une solution de repli, un plan………C !
Les rails en alu qui était montés sur les mât du Freedom 35.

Image

S'y insèrent des coulisseaux en plastique, classiques. Avec du spray teflon, on peut espérer obtenir une glisse qui ne ferait pas trop regretter un meilleur choix.



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Nombre de cambreurs

Messagepar Laurent » 05 Sep 2019, 15:25

.
Voyons les cas de figures suivant :

- Le volet-avant de l'aile de l'Eagle Class 53:
L'aile mesure 23m de hauteur
Le nombre de cambreurs est de 29 et la distance qui les sépare est d'environ 76cm

- Le volet-avant d'un des deux protos qui ont servi à la conception de l'Eagle:
19 cambreurs

- Le volet-avant de l'AC 45 Artemis (les ailes des AC45 font 21,5m de hauteur)
29 cambreurs - Distance les séparant: environ 71cm
- Le volet-avant de l'AC 45 Oracle:
28 cambreurs - Distance les séparant: environ 74cm
- Le volet-avant de l'AC 45 français Groupama:
29 cambreurs


- Le volet-avant du Class C Groupama (hauteur de l'aile 13m)
20 cambreurs - Distance les séparant: environ 62cm
.
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L'enveloppe du volet

Messagepar Laurent » 06 Sep 2019, 11:08

Deux solutions :
sachant qu'elle pourraient être adoptées toutes les deux.

- 1 - Utiliser un film polyester d'entoilage thermorétractable dédié aile, fuselage, empennage, d'avion.
Rapide à poser à l'aide d'un fer chauffant dédié, et d'un pistolet à air chaud.

Image

Parmi les tops du moment, les films Oratex semblent être très fiables, ainsi les modèles Oratex UL600 MK3 et UL6000 sont garanti 10 ans.
C'est un de ces films, qu'a retenus le chantier qui a revu l'aile de l'Eagle Class 53 tout récemment.

Prix: environ 50 euros TTC le m2 (tarif 2019) pour le UL600 MK3 (environ 60gr/m2 non recouvert)
environ 67 euros TTC le m2 (tarif 2019) pour le UL6000 (environ 100gr/m2 non recouvert)



- 2 - Fabriquer l'enveloppe à partir d'un tissu de verre E taffetas 48gr/m2 ou 86gr/m2, imprégné de résine époxy.

Image

Prix du tissu: entre 5 à 6 euros le m2
Prix de la résine pour 1 m2 de ces tissus environ 1 euros !
Autant dire que cette solution serait nettement plus économique.
Je verrais bien le stratifié encollé au mastic colle polyuréthane ou MS Polymère.
Pourquoi cette méthode n'est telle pas retenu dans le monde de l'aviation, j'aimerais bien le savoir
Certes ce stratifié ne peut se poser que sur des surfaces dites développables sinon il faut réaliser un moule.
je vais mener ma petite enquête.


Le bord d'attaque sera recouvert d'un stratifié plus épais. Il participera ainsi un peu à l'effet poutre.
Le reste pouvant être recouvert soit d'un film rétractable soit d'un stratifié fin.
À voir…

.
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Re: Mon projet d'aile - le point - vers l'hybride ?

Messagepar Eric » 15 Sep 2019, 12:16

Bonjour Laurent
Quel beau projet !

Pour les peaux en stratifié sur les avions : le problème majeur en aéronautique est le poids. ;)
Les ailes de planeur modernes sont en composite sandwich.
https://www.alexander-schleicher.de/as-33-mit-grossen-schritten-zum-prototyp/
Les pales des éoliennes sont également construites en composite.
Eric
Pourquoi faire simple quand on peut faire compliqué ?
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Re: Mon projet d'aile - le point - vers l'hybride ?

Messagepar Laurent » 15 Sep 2019, 13:14

Les film polyester d'entoilage thermorétractable vont de 60 à 100gr par m2.
Avec un tissu verre de 48gr/m2 ou 86gr/m2, on peut obtenir quasiment le même devis de poids.
Les solutions sont là mais je me demande pourquoi la deuxième semble peu ou pas adoptée ?
Manque de souplesse ? c'est sans doute pour cela pour ce qui concerne les petits avions.
Mais pour une aile rigide de voilier, le peu de souplesse d'un stratifié fin verre/époxy ne devrait pas poser de problème. Encore moins pour mes volets puisque j'ai 2 mâts en carbone plutôt peu flexibles.
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Re: Mon projet d'aile - le point - vers l'hybride ?

Messagepar Eric » 15 Sep 2019, 21:33

Bonsoir
Je vais être plus technique. :(
Je vais commencer par les ailes entoilées.
Les ailes des avions légers sont composées d'un bord d'attaque et de parties plus ou moins développables plates.
Le bord d'attaque doit résister aux impacts, de la grêle par exemple, à des vitesses de plus de 200km/h. Il n'est pas entoilé mais réalisé dans des matériaux plus dur (contreplaqué par exemple). Il peut être marouflé avec une toile non rétractable avant d'être enduit et peint.
Le reste de l'aile (le dessus et le dessous de l'aile) est constitué d'une structure de nervures dense entoilée sous tension. Avant c'était de la toile de lin qui était tendu par un enduit. Cela a été remplacé par de la toile polyesther thermorétractable (15%) ou un film thermorétractable. La toile ou le film sont collés en périphérie et sur les nervures puis tendu par chauffage (>100°) de façon à ce que la toile ne vibre pas et maintienne le profil. Ensuite, dans le cas de la toile, il y a un enduit et une peinture. Dans le cas du film il n'y a pas de traitement ultérieur.

Pour les ailes en composite, la peau est fabriquée comme une coque de bateau sur moule avec un gelcoat, des tissus de verre, carbonne... En général la peau est ensuite doublée par une mousse pour produire une structure sandwich.les efforts sont repris par un (ou plusieurs) longeron (poutre) sur lequel la peau est collée.

Il n'est donc pas question d'utiliser une toile ou un film (et encore moins une toile de verre (non tendue) résine) pour réaliser le bord d'attaque (ce qui correspond à la partie avant de ton mât). Il faut quelque chose de plus résistant pour pouvoir subir les impacts avec la grêle, les insectes, les oiseaux... à grande vitesse.
Eric
Pourquoi faire simple quand on peut faire compliqué ?
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Re: Mon projet d'aile - le point - vers l'hybride ?

Messagepar Eric » 17 Sep 2019, 15:24

Bonjour
Je n'ai pas encore abordé le problème du coût des matériaux aéronautiques.
Le matériel aéronautique fait l'objet de nombreux contrôles.
En particulier il y a des tests à chaque étapes de la fabrication et les matériaux doivent être tracés depuis l'origine. C'est assez lourd et cela rajoute un surcoût important.
Pour prendre un exemple la serrure de porte de 2CV qui équipait l'hélicoptère Alouette II coutait dix fois le prix d'une serrure de 2CV.
La documentation (au sens large) représente entre 30% et 50% du coût ! :(
Il est parfois possible de trouver du matériel aéronautique déclassé (souvent un lot tout aussi bon mais qui n'a pas passé un test) ou une version non aéronautique du même produit; c'est beaucoup moins cher.
Parfois il existe des produits pour les ULM (Ultra Leger Motorisés) qui sont moins cher car l'ULM n'est pas considéré comme un avion ;) et les contraintes réglementaires sont beaucoup plus légères. :D
Une autre source pourrait être du matériel pour les avions du RAS (Réseau du Sport de L'Air) https://www.rsafrance.com/index.php en CNRA (Certificat de Navigabilité Restreint Avion pour la construction amateur) qui bénéficient d'un régime allégé.
Eric
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Re: Mon projet d'aile - le point - vers l'hybride ?

Messagepar Laurent » 18 Sep 2019, 10:31

Les enjeux entre l’aéronautique et le nautisme, surtout mon Freedom, ne sont pas (du tout) les mêmes.
Si j'ai bien compris la vitesse de croisière d'un avion de tourisme tourne autour des 180-250km/h. Voilà une contrainte supplémentaire qui n'est pas des moindres.
D'autres part, le bord d'attaque des ailes d'avions fait office de raidisseur conjointement à la poutre qui lui succède. Avec les mâts déjà présents du Freedom, je n'ai pas besoin de cet apport structurel d'autant plus que je dois faire vraiment au plus léger. Les mât du Freedom 35 sont un peu trop lourds. j'ai obligation de faire très très léger. Il ne faudrait pas dépasser le poids de GVs qui auraient la surface des volets. C'est quasi impossible.

J'estime que j'ai à concevoir un volet qui ne serait qu'une transposition d'un volet souple porté par un mât (façon Matin Bleu) dont on remplacerait le tissu Dacron par un stratifié, léger pour toute la partie en arrière du bord d'attaque et plus épais pour ce dernier. La structure interne demanderait cependant d'être rigidifié, également par des éléments les plus légers possibles. Il me semble que pour l'instant, la solution des tubes carbones verticaux permettent le meilleur gain de poids.

Les films rétractables:
Il me pose un très sérieux problème de budget: à 60 dollars le m2, la facture va s'avérer trop sévère pour mes finances.
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Ajout du wishbone

Messagepar Laurent » 14 Déc 2019, 16:46

Je reviens un instant sur le catamaran Eagle 53 et son bimini rigide dont le dessus accueille un rail de GV très long permettant un bon contrôle de la voile tout en laissant un bel espace vacant dans le cockpit.



Le contrôle est d'autant plus efficace que sur ces catamarans très rapides à vent apparent adonnant, les GV sont peu souvent très débordées.
Sur mon Freedom 35, il n'y aura pas de rails.
j'ai donc pensé à ajouter des wishbones afin de conserver un peu de maitrise sur ces plans ces GV à fonction de volet arrière

Aux USA, les wishbones sont bien plus présents qu'en Europe.
Voici par exemple une flotille de Nonsuch 22 au portant:
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Ces wishbones ont pour avantage de supprimer le hale-bas de bôme classique. Ce qui, dans ma recherche de simplification, n'est pas un détail.

Les voici à l’œuvre sur un Freedom 35 à la voilure fort intéressante d'ailleurs puisque les guindant de GV sont transfilés sur les mâts :

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Mais avec une aile hybride, le principe diffère quelque peu.
Le wishbone doit se fixer en extrémité de bord de fuite du volet rigide avant.
En voici justement un exemple via le class A, Exploder, doté d'un mât-aile de section importante,
et d'un demi-wishbone histoire d'alléger :

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L’immense majorité des catamarans de Class A sont équipés de mât "normaux", mais ces wishbones sont souvent présents. Il permettent, vous l'avez peut être déjà deviné, de libérer de l'espace pour le passage du barreur d'un bord à l'autre, pendant le virement, tout en augmentant la surface de voilure par le bas. Le point d'écoute est placé plus haut, on peut ainsi obtenir une chute en diagonale et une bordure au plus près du trampoline.

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À priori, il y aura 2 bandes de ris par GV sur les ailes hybrides du Freedom 35.
Le troisième ris étant remplacé par le seul volet rigide en fonction.
La difficulté étant alors de permettre le passage de 2 bosses de ris (de point d'écoute) + la bosse de réglage de creux de la GV, sur le wishbone, puis retour via le volet vers le pieds de mât puis le cockpit.
Ajouté à cela les deux bosses de ris de guindant, voilà ce que je considère comme une des plus grandes difficultés dans la conception de l'aile hybride: rendre le système de réduction, le plus simple possible, fonctionnel, fiable.

Voyons comment cela se passe sur le Nonsuch:

À priori, d'après ce que j'ai pu glaner sur la toile, la prise de ris est plutôt simple et facile sur les Nonsuchs.
La procédure est assez proche de celle pratiquée pour une GV/Marconi sur bôme à prise de ris dit semi-automatiques (2 bosses par ris). seul le trajet des bosses diffèrent.



Un Nonsuch 22 sous ris

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Le parcours des bosses

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Sur un wishbone modifié

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Arrivé à ce point de la présentation du projet, certains se sont sans doute déjà demandés comment il sera possible de dissocier l'ensemble [GV+bosses+wishbone] du volet, pour préparer un stationnement contre un quai ou un ponton ou sur un corps-mort en longue durée, sans qu'il soit nécessaire d'en passer par un démontage long et fastidieux.
Ce pourrait être le point qui ne trouve pas de solution d'usage facile et pourrait causer l'abandon du projet.
Le catamaran Eagle Class 53 est présenté comme un "weekender". Autant dire que cette unité ne sortira que par météo favorable, les prise de ris seront très restreintes, la gestion de l'aile hybride peut alors s'avérer light.

On peut concevoir une fixation du wishbone sur le volet, facilement démontable.
Il faudrait imaginer un mode de désolidarisation assez rapide des bosses qui parcourent le volet.
On pourrait imaginer des poulies sur le volet, détachables, en mode express.

Suivant ce principe là par exemple:

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Le parcours d'une bosse de ris:

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Dès lors que la GV est dégagée du rail du volet, que le wishbone est déboité et que les poulies en question sont extraites des boitiers, plus rien n’empêche le volet de pivoter à sa guise. Il se pourrait même que cette opération de libération du volet s’avère une opération assez rapide.

C'est pour l'instant la seule solution qui s'offre à moi.
Celui qui en trouverait une plus simple serait béni des dieux ad vitam æternam ! :D

.
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Re: Mon projet d'aile - le point - vers l'hybride ?

Messagepar armand » 14 Déc 2019, 20:09

Bonsoir Laurent ,
ce qui me fait un peu peur dans ton projet et dans l'idée d'utiliser un volet rigide c'est que tu vas te retrouver avec beaucoup de surface à demeure , surtout que tu vas équiper tes deux mats . En l’absence de rotation presque à 360 ° de ces volets , comment neutraliser toute cette puissance transmise au bateau à quai ou en mer ou il faut absolument tout affaler , le très gros problème des voiles épaisses c'est justement de les gérer dans le vent extrêmement fort .
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Re: Mon projet d'aile - le point - vers l'hybride ?

Messagepar Laurent » 14 Déc 2019, 22:18

Bonjour Armand

je conçois très bien qu'on puisse avoir des doutes quant à la réalité du terrain avec ces volets rigides toujours à poste. En mon esprit subsiste toujours une pointe de scepticisme.

1 - les volets rigides délestés de leur GV pourront tourner librement et cela sans restriction de rotation. C'est un impératif siné qua non.
Cette condition remplie, il n'y aurait plus grand chose à craindre hormis par petite brise où les volets pourraient se mettre bout au vent avec plus de difficulté si le niveau de friction des paliers n'est pas assez faible. Cela pourrait ainsi crée de la portance.
Avec un vent fort, la mise en drapeau est franche.

2 - la compensation limitée à 16% permet d'obtenir un volet en drapeau dont la prise au vent ne posera pas de problème par tempête. Un profil Naca à l'épaisseur minimal, à savoir peu supérieur au diamètre du mât, est censé créer moins de fardage que ce même mât sans le volet.

3 - les arrivées sur quai ou ponton se feront obligatoirement avec les GV affalées et retirées des volets rigides.

4 - ce qui m'interpelle le plus, c'est la longueur de la section du volet rigide du mât avant du Freedom 35 (environ 1,50m en arrière du mât). Faudra faire gaffe lors d'arrivée sur quai avec bord élevé et vent transversal.
J'assume les futurs risques.

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Ce qui me plait le plus dans ce principe d'aile hybride, c'est la possibilité de créer une aile vraiment simple et facile d'usage. Je crois cela encore possible.
Je dispose d'au moins 6 mois de réflexion, et puis si tout cela s'avère trop difficile à simplifier, je passerais soit à la jonque, soit à des GV transfilées sur mât + wisbones.
À moins qu'Armand, tu ne réussisses à concevoir une aile à structure gonflable, suffisamment fiable pour la croisière, ce qui ne me semble pas encore le cas pour l'instant… :mrgreen:



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Les extrémités du volet

Messagepar Laurent » 22 Déc 2019, 20:55

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Voyons voir quelques exemples:


Coté bordure


Eagle Class 53

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Class C Orion

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Class C Hydros

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Class C Groupama

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Coté tête


Eagle Class 45

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Ces deux premières photos montrent le haut du volet avant que l'aile ne retourne chez Forward Composite.
On y voit un renfort central, un genre d'équerre qui répartit les efforts sur la section mât en D.


Ci dessous, la tête du volet après réfection chez Forward.
Le renfort central semble toujours là. Mais une partie de l'enveloppe passe en mode rigide. Sans doute les efforts en torsion demandaient cet apport structurel.

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AC 45 US

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La quasi totalité des têtes de volet des AC45 sont de ce type.



À suivre…

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