Hydroptère.ch / SoftWing - Etude d'implantation Hugues de Turckheim 03/06/2014
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Hydroptère.ch / SoftWing
Etude d’implantation
Hugues de Turckheim
03/06/2014
1
Equilibre
L’analyse du centre de poussée du gréement existant positionne le centre de poussé quasiment sur le rail de mât.
Ceci rend impossible le remplacement de cet ensemble par une aile souple unique sans voile d’avant.
Complément explicatif:
• Le mat d’une aile souple doit se situer à moins de 25% de la corde pour être stable en position de profil symétrique.
• Le centre de poussé en profil cambré pour le près se situe à 45% de la corde.
• La kette du mât du gréement existant ne permet pas d’être réduite de manière conséquente.
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2
Equivalence
L’équivalence, en surface déroulée (mât compris), ainsi qu’en position longitudinal du centre de
poussé s’obtient avec un petit foc et en réduisant la kette.
Commentaires:
• Ces contraintes de disposition ne seront pas pénalisantes en terme de performances, du fait de l’effet positif d’un
volet précurseur au bord d’attaque d’une aile.
• Le point négatif est la complexité supplémentaire apportée au plan de pont et aux manœuvres , ce qui devrait
cependant être gérable par la compétence de l'équipage.
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3
Dessin du pourtour de la voile
La géométrie du pourtour de la GV répond aux critères suivants :
• Ne pas rajouter de hauteur de mât, même si le comportement d’une aile le
permet, afin de répondre aux exigence spécifique de la configuration en foils
dièdres et transperçant.
• Garder équivalente la position de l’arrière de la bôme.
• Avoir la chute droite dans la partie basse pour un contrôle facilité du twist.
• Rogner la corde haute pour réduire le dernier panneaux à la tension difficile à
contrôler et peu générateur de portance.
• Garder le bord d’attaque de manière à avoir le mât entre 20 et 25 du profil,
sauf en tête pour un meilleur twist dynamique.
En règle générale, ces courbes et proportions sont assumées par le concepteur
en fonction des expériences et leçons tirées des ailes déjà réalisées.
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4
Profil nominal
Le profil nominal choisi, SW1225, est un profil à
14% d’épaisseur relative et une cambrure de
11.7%.
Sa géométrie est le résultat de l’adaptation du
GOE523 au cambreur ‘’Scorpion’’.
Ses performances, en allongement infini, sont
très supérieur à celle du profil utilisé pour les
test de février 2014 et meilleures que la
référence en mât profilé + voile sans épaisseur.
De même que ce dernier, il nécessite cependant
d’être décambrer pour les faibles incidences.
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5
Ajustement de la cambrure de profil
La modification du profil par
réglage des bifidus, n’est pas
une modification de
cambrure au sens
traditionnel du terme.
Sont ici analyser le
comportement du profil
réellement obtenu par
surbordage et choqué du
bifidus.
Le choqué du bifidus amène,
au final, à un profil
symétrique.
Le dégradé jaune ‐> vert
montre ce que l’on est en
droit d’attendre au mieux
d’une voile sans épaisseur
grée sur un mât profilé.
Le profil de bordure haute
de la voile est symétrique
par obligation de réalisation.
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6
Etude aéromécanique de l’aile en 3D
Cette étude a été réalisé :
Cette étude a pour objet de :
• Avec le logiciel ‘’Multisurface’’ de Patrick
• Chiffrer les performances Hanley
attendues de cette aile • En segmentant la voile en 7 surfaces,
• Justifier les choix fait par le pour pouvoir la modeler de manière
concepteur réaliste
• Donner des directives de réglage • Sans introduire de gradient de vent
à l’utilisation. selon l’altitude. La correction d’angle de
twist est donnée en annexe.
• En utilisant un vent de 12 nds.
• En comparant les valeurs autres que
Cl,Cd et Cl/Cd à l’incidence AOA=0°, ce
qui fait une valeur de Cl voisine de 0.8,
Dans cette présentation il ne sera située à un endroit stratégique des
donné que les images des tableau, les courbes.
graphes et les analyses des comparatifs. • Les courbes présentées ont Cl en
L’ensemble des valeurs sont dans le abscisse et Cl/Cd en ordonnée comme
fichier 140512 Performances attendues étant les plus représentatives de la
Hch‐SW 2014.ods . puissances par rapport à la glisse.
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7
Choix de cambrure du profil nominal
Le choix de cambrure nominale, se
justifie comme le compromis
finesse/puissance/domaine d’utilisation.
Augmenter la cambrure de 2.3% fait
gagner 18% de portance en échange
d’une perte de 11% de finesse max.
Diminuer la cambrure de 1.7%,
augmente la finesse max de 9% en
échange d’une perte de portance de
14%.
20
18
16
14
12
Ca bôme 6% générale 11,7%
10 Ca bôme 6% générale 14%
Ca bôme 6% générale 10%
8
Le cas étudié à une cambrure de profil de
6 bôme de 6%, ce qui sera justifié à la page
4 suivante.
2
0
0 0,5 1 1,5 2 2,5
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8
Cambrure et twist du bas de voile 1/2
Le bas de voile a été analysée comparativement avec les géométries suivantes :
1. La bôme seule est cambrée à 6%, le reste de la voile au nominal de 11.7% , hors bordure supérieure.
2. La bôme est à la cambrure nominale ainsi que le reste de la voile, hors bordure supérieure.
3. La bôme est sans cambrure, le 1ier cambreur à 9% , le reste au nominal, hors bordure supérieure.
4. Cas 2 mais sur‐incidence de la bôme de 4°.
5. Cas 2, mais sur‐incidence de la bôme de 6° et du Cambreur 01 de 2°.
6. Bôme symétrique en sur‐incidence de 6° et Cambreur 01 à 9% de cambrure et 2° de sur‐incidence.
Le cas 1 sera considéré comme cas
20 nominal de comparatif d’étude mais le
système devra pouvoir prendre la
18 géométrie des cas 2 et 6.
16
Ca bome 6%
14 Cambrure constante
Ca bome 0% & CB01 9% Illustration du cas 6
12 AOA bome +4°
AOA bome +6° & Cb01 +2°
AOA bome +6°, Cb01 +2°
La solution 6 est un bon moyen
10 Ca bome 0%, Ca Cb01 9%
de compenser un manque de
8
tension de chute en ne faisant
perdre que 3% de portance.
6
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2
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9
Cambrure et twist du bas de voile 2/2
18
On déduit de ces valeurs, l’importance de dissocier la cambrure de bôme de la cambrure de voile.
16
• La bôme sera sans cambrure dans le cas de recherche de finesse.
14 Ca bome 6%
Cambrure constante
• La bôme sera cambrée dans le cas de recherche de puissance à l’abatée.
Ca bome 0% &
12 CB01 9%
AOA bome +4°
AOA bome +6° &
Cb01 +2°
AOA bome +6°,
10
Cb01 +2°
Ca bome 0%, Ca
Cb01 9% De manière pratique :
8
• Le bifidus de bôme sera séparé du bifidus de la voile.
6
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2
• Les cambreurs secondaires 0a et 0b seront dispensés de bifidus.
Voir la disposition des structures interne plus loin
12 2,5
11
2
10 Ca bome 6%
1,5
Cambrure constante
Ca bome 0% &
9 CB01 9%
AOA bome +4°
AOA bome +6° &
Cb01 +2° 1
AOA bome +6°,
8
Cb01 +2°
Ca bome 0%, Ca
Cb01 9%
0,5
7
Zoom sur les Cl élevés Cl vs AOA
6 0
1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
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10Twist en tête de voile 1/2
La tête de voile a été analysée comparativement avec les géométries suivantes :
1. Cas 1 de la page précédente, la tête n’a pas de twist.
2. La bordure de tête est en sur‐incidence de 6°
3. La bordure de tête est en sous‐incidence de 6°.
4. La bordure de tête est en sur‐incidence de 10°, le Cambreur 08 en sur‐incidence de 6°.
5. La bordure de tête est en sous‐incidence de 10°, le Cambreur 08 en sous incidence de 6°.
20
18
16
14 Hors le cas 5, ces déformations, visuellement
12
assez importantes, n’ont finalement que peu
Ca bome 6% noheadtwist
AOA head+6° d’effet sur la performance.
AOA head-6°
10
AOA head+10° Cb8+6° ¨Pour les cas 2 &3 la variation de portance et
AOA head-10° Cb8-6°
8 de moment à giter est de l’ordre de 1%.
6
Pour les cas 4 & 5 elles sont de l’ordre de 4%.
Il semble donc que pour cette aile, le contrôle
4
du twist en tête soit secondaire.
2
0
0 0,5 1 1,5 2 2,5
SoftWing confidential
11Twist en tête de voile 2/2
20
18
Ca bome 6% noheadtwist
AOA head+6°
Ces chiffres permettent de formuler une théorie hérétique :
AOA head-6°
16
AOA head+10° Cb8+6°
AOA head-10° Cb8-6°
Pour cette géométrie de voile un ‘’contre twist ‘’de la tête de voile en augmente les
14 performances.
12 Ceci tient compte du twist induit par la correction de gradient qui est de l’ordre de 5°.
10 On parle ici du twist statique et non de la possibilité élastique de la voile de s’adapter aux
8 variation de vitesse du vent.
6
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2
7,5 2,5
7,4 Ca bome 6% noheadtwist
AOA head+6°
7,3 AOA head-6° 2
1,15
AOA head+10° Cb8+6°
1,1
7,2 AOA head-10° Cb8-6°
1,05
7,1 1
1,5
Ca bome 6% noheadtwist
AOA head+6° Ca bome 6% noheadtwist
AOA head-6°
0,95
AOA head+10° Cb8+6°
AOA head-10° Cb8-6°
AOA head+6°
7 AOA head-6°
0,9
0,85
AOA head+10° Cb8+6°
6,9 AOA head-10° Cb8-6°
1
0,8
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5
6,8
6,7
Zoom sur les Cl élevés 0,5
6,6 Cl vs AOA
6,5
1,6 1,62 1,64 1,66 1,68 1,7 1,72 1,74 1,76 1,78 1,8 0
-15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
Note : Cette constatation a plusieurs justifications simples :
• La géométrie générale de la voile est trapézoïdale avec une bordure longue.
• Un contre‐twist en tête fait office de winglet efficace avec cet allongement (3.8 en considérant ouvert en bas) .
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12Creux en tête de voile
La tête de voile a été analysée comparativement avec les géométries suivantes :
1. Cas 1 de la page précédente, la cambrure des profils est à 11.7, Cambreur 08 compris
2. Le profil du Cambreur 08 est ramené à 6% pour une transition plus douce.
20 2,5
18
Ca bome 6% creuxconstant
2
Ca Cb8 6%
16
1,5
14
12 1
10
0,5
8 Cl/Cd vs Cl Cl vs AOA
6 0
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
Une diminution de 3% de la portance, est associée à une diminution de 5% du moment à giter et à une légère perte de finesse max.
Le choix se porte sur l’efficacité de surface, de manière à utilisé plus souvent les faibles Cl qui sont la force de ce type de voile.
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13Réglage par les bifidus
La voile a été analysée comparativement avec les géométries suivantes :
1. Cas 1, géométrie de référence, bôme cambrée à6%
2. Bôme cambrée à 6%, les autres cambreurs sur‐cambrés en buté.
3. Bôme et autres cambreurs sur‐cambrés en buté.
4. Bôme cambrée à 6% et les autres cambreur relâchés de 15% de la course de bifidus.
5. Bôme sans cambrure et les autres cambreurs relâchés de 15% de la course de bifidus.
20 2,5
Ca bome 6% générale
18
11,7%
Ca bome 6% générale 2
16
surcambré
Bôme & général
L’effet escompté
surcambré
d’adaptation au près
14 1,5
ou aux allures plus
ouvertes semble
12
1 efficace, avec une
Ca bome 6% générale 11,7%
10 Ca bome 6% générale variation de portance
surcambré
0,5
Bôme & général surcambré associée à une
Ca bôme 6% générale
8
relaché15% variation de moment
Ca bôme 0% générale relavhé
6
15% à giter de + et – 20%.
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2
0
-15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
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14Compensation du gradient de vent
En pièce jointe, on trouvera un fichier Twist vs gradient.xlsx qui sert de calculette d’angle de twist pour chacun des cambreurs.
Les chiffres en vert sont des entrées modifiables.
Le point d’amure est le bas de la bôme au bord d’attaque. On entre sa hauteur à la flottaison.
La vitesse du vent est donnée à 30 m (100 pieds) selon la convention habituelle.
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15Structures internes Cambreurs primaires
La structure interne et composée de deux séries de cambreurs.
La famille primaires comprend 8 cambreurs répartis de manière
équitable sur la hauteur, avec une densification en tête pour un
meilleur contrôle local du creux et de la chute.
Ces cambreurs sont du modèle R14 Scorpion.
Le dessin de ces cambreurs permet l’usage de rod de faible
diamètre en remplacement du tube pultrudé sujet à fissuration
longitudinale.
La solution du tube pullwinded à été écartée à cause de son prix .
La fonction de cette famille est la
définition de forme générale de l’aile.
8 cambreurs ont été préférés à 6 car,
d’une part, l’arborescence de bifidus
se prête bien au nombre égaux à 2
puissance n, d’autre part, la
segmentation des panneaux en trois
par les cambreurs secondaires amène
à une distance entre lattes d’environ
65 cm garantissant une conformité de
forme du bord d’attaque.
Le trait de dessin des structures a été grossi pour une meilleur
visualisation mais n’est pas réellement représentatif des diamètres.
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16Structures internes Cambreurs secondaires
La famille des cambreurs secondaires a pour fonction essentielle la
tenu parfaite du bord d’attaque et de chute.
Il sont construits en rod de faible diamètre :
6 mm pour les 2 du bas (résistance à l’impact accidentel)
5 mm pour le corps de la voile
4 mm pour la partie de tête
4 mm pour les écarteurs
La tension verticale est forte
dans l’avant de la voile et
dispense ces cambreurs de la
fonction cambrure avant.
Ils sont cependant équipé d’une
pièce de liaison arrière
permettant de limiter les aléas
de fente de chute ainsi que de
les équiper de bifidus pour un
usage de sur‐cambrure aux
allures portantes.
L’inventaire dimensionnel complet
des rods nécessaires à la
fabrication des cambreurs se
trouve dans le fichier :140430 CH‐
SW Inventaire des dimensions.xlxs
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17Bifidus primaire
Vert = choqué Rouge = bordé
Le bifidus actionne par un palan 2 brins le levier de queue de profil, puis, de même, la
jonction articulée des 2 raquettes avant.
Le renvoie vers le bas se fait dans le triangle avant.
L’arborescence est 3 fois une division par 2 permettant directement une tension égale de
commande indépendante de la course.
Après une poulie guide sur la bôme, l’écoute est renvoyée en pied de mât en parallèle aux
cunningham.
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18Bifidus secondaires
Vert = bordé Rouge = choqué
L’arborescence simple concerne
Ce circuit de bifidus force la
les 4 paires du haut.
cambrure de l’arrière du profil
L’écoute finale part de la paire
jusqu’à sa butée.
basse, et actionne l’arborescence
Un excédent de tension augmente
haute par une poulie de retour
le ventre de profil.
multipliant sa force par 2, avant de
Le nez n’est pas affecté.
descendre vers le pied de mât.
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19Tête de mât
La tête de mât est une protubérance étanche, qui reçoit le haubanage par des loops positionnés dans des gorges.
Le hook est un étrier à crochet commandé par une drisse.
Il peut recevoir un carénage faisant office de positionneur de bordure de voile.
Le mât est solidaire en rotation, avec un réglage différentiel , de la bôme.
Cette fonction est assurée par un ‘’artur’’ classique.
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20Têtière de voile
Le point de drisse reçoit un plastron dans une poche fermée sur le bord d’attaque par une fermeture à glissière.
Ce plastron est percé des trous pour recevoir le crochet de hook.
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21Liste des fichiers de définitions joints:
• 140603 Softwing pour Hch. stp
• 140430 CH‐SW Inventaire des dimensions.xlxs
• 140512 Performance attendues Hch‐SW 2014.ods
• Twist vs gradient.xlxs
Hugues de Turckheim
03/06/2014
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