traduction de l'article sur les dérives de la revue SPEED
Publié : 24 nov. 2005 14:17
Beaucoup d'entre vous ont parlé de l'article sur les dérives dans le dernier numéro de SPEED, bulletin d'information de la classe allemande.
http://www.int505.de/kv/speed/Speed0105.pdf
Il peut y avoir des erreurs car elle a été faite par un retraité qui n'est jamais monté sur un voilier.
Bonne lecture à tous.
Speed 1/ 2005 page 8
Côté technique : Le sujet « aile de dérive »
Quel est l’apport des nouvelles dérives ?
Au courant des dernières années, le sujet aile de dérive a suscité d’importantes discussions ! Des constructions de plus en plus audacieuses apparurent, les dérives devinrent de plus en plus longues et de plus en plus étroites ; plus d’une n’arrivait plus à se loger dans le puit ou uniquement grâce à quelque artifice.
Bien des bricoleurs passionnés ont tenté leur chance sur les bordages.
Où est la vérité ? Reste-t-il une chance à la vieille nageoire ou est-ce que toutes les futures courses ne se feront plus qu’avec une « aile de dérive longue » ?
Evolution depuis 98
Christian Kellner
C’est l’hernie discale de mon équipier d’époque Andi Achterberg qui fut déterminante dans notre propre développement de l’aile de dérive. Lui-même devait réduire son poids de 10 kg et ne pouvait plus naviguer en veste de lestage. Pour compenser cette lacune nous devions apporter quelque modification à l’aile de dérive. Nous avons saisit notre bordage Kyrwood et ne pouvions absolument pas y déceler de profil judicieux.
Speed 1/ 2005 page 9
Pour la nouvelle CK 98 (Christian Kellner 98 ) nous réduisions la surface de 30 %, ce qui nous semblait déjà bien téméraire. Elle était par contre plus longue d’environ 8 cm et présentait, avec son nez selon Waterred, latéralement un angle d’incidence de 3.5 degrés. A partir de là, nos voies de navigateur se séparèrent malheureusement, celles d’Andi et les miennes. A la compétition Stammer 2002, cette dérive, me permis alors de me positionner vice *champion allemand. Mais nous avions toujours un peu trop de réaction en cas de vent important, et puis les autres ne chômaient pas non plus (Georges, Holgi …). Nous avons donc encore réduit la surface de 20 %, tout en conservant la longueur (CK 03), pour toutes les ailes de dérive la tête resta depuis inchangée.
Depuis 2003, avec cette dérive, nous avons disputé presque toutes les régates avec succès. A titre d’essai nous adoptions encore une dérive plus courte de 5 cm (surface réduite de 5%), qui améliorait très peu la rapidité en cas de vent important, mais privée d’universalité (allround). Cela nous permis de cerner la limite inférieure de surface autorisée pour les dérives.
En 2005, j’ai encore fait améliorer le profil de la CK 03 sans modifier la surface, d’où la CK 05.
Autres ailes de dérive : dérives Holgi.
Holgi chargea des amis, qui avaient accès au calculateur Illbruck, de calculer un nouveau développement. Il donna naissance à l’aile de dérive Holgi, longue d’environ 1m40 et large de 30 cm sous la coque et un angle d’incidence de 2 degrés. C’était l’extrême limite pour la dérive, puisque sa surlongueur par rapport au puit exigea de prévoir un nez pour l’axe. Ainsi, le retrait de la dérive donne lieu à un léger dépassement à l’avant du puit. Plus de retrait ne serait possible que grâce à une charnière au niveau du nez (déjà vu aux USA). C’est le team Pegasus (Khan) qui l’a poussé à l’extrême avec une aile de dérive longue de 1m70 sous la ligne de flottaison. De ce fait, le mât dut être posé sur une pyramide en fibre de carbone pour tirer la dérive, lors de sa remontée, en quelque sorte à travers le mât. Mais lors de la WM 04 (championnats du monde 2004) à Santa Cruz avec Martin, j’ai effectué des cercles autour de ce voilier.
Fig 2 : à gauche : dérive Jess ; à droite : 2 x Kellner
Fig 3 : à gauche : forme suivant Holger ; à droite : les dérives Kellis sont « shaped » (fabriquées par reproduction ?)
Speed 1/ 2005 page 10
Ce qui est certain, à mon sens : l’évolution de construire uniquement des dérives plus longues et de plus en plus longues ne peut être rapide. Plus les ailes de dérive sont longues, plus la portance s’améliore, mais le bras de levier néfaste s’agrandit. Théoriquement, l’idéal serait une portance qui s’applique directement sous la coque, ce qui est techniquement irréalisable.
Notre idée d’époque, d’avoir deux dérives à échanger, ne conduit qu’au doute d’avoir vraiment misé sur la bonne aile – il est impératif que l’aile de dérive possède des qualités universelles (allround).
Christian Keller
Fig 4 : La tête de dérive permet l’intégration de dérives plus longues
Speed 1/ 2005 page 12
Comparaison de 2 autres profils au profil NACA 0009
Görge Volker 10.7.2005
Cet article analyse l’aptitude des dérives 505 à différents profils.
Profils analysés :
NACA 0009 « NACA four digit » épaisseur 9 %. Profil classique conservateur, qui fonctionne aussi avec de faibles nombres Re (nombre Reynolds). C’est le profil de référence pour les comparaisons qui suivent.
E1161-24 Brandsford Eck, modification du NACA 0009, spécialement développé pour la dérive 505 [2].
NACA 66-009 Profil laminaire NACA d’épaisseur 9 % (réserve d’épaisseur 60 %)
Cet article est une version abrégée de l’original (du 2.7.2004) qui compare 8 profils différents, dont 2 profils laminaires. Un intéressé par cet article peut l’obtenir de ma part (sous forme de fichier PDF).
Toutes les caractéristiques de profil ont été calculées par XFLR5 (XFOIL).
Toutes les caractéristiques de performance des dérives ont été calculées par cboard (notre propre développement).
Tous les diagrammes correspondent à des ailes de dérive approximativement elliptiques (section à 5% de la pointe), longues de 1,4 m, large en haut de 33 cm, et un équipage comme suit : équipier de 1.94 m et 115 kg, barreur de 1.86 m et 78 kg.
Dans tous les calculs, il n’est tenu compte que d’un seul profil par dérive. Une dérive réelle nécessite par contre des profils d’épaisseur variant de haut en bas (d’un certain pourcentage). Mais une comparaison de dérives de différentes épaisseurs montre le peu d’influence de la variation d’épaisseur (voir l’article « Comparaison de 8 profils »).
Tous les diagrammes de performances sont basés sur une vitesse de simulation de 5.5 nœuds. C’est dire qu’à 5.5 noeuds l’équipier est placé en plein dans le trapèze.
A la vitesse de 5.5 nœuds, ou à des vitesses moindres, la dérive se trouve en position verticale. En passant de 5.5 à 10 nœuds, la dérive est progressivement basculée vers l’arrière jusqu’à une incidence maximale de 25 degrés (voir fig. 1).
Pour tous les calculs basés sur des vitesses inférieures ou égales à 5.5 nœuds, le point de poussée sur la voile se situe à hauteur constante. Entre 5.5 et 10 nœuds le point de poussée s’abaisse, jusqu’à un maximum de 30 %.
Comment interprêter les diagrammes (voir pages 14 et 15) ?
Ils montrent comment des valeurs caractéristiques importantes de la dérive varient avec la vitesse du voilier. Il est admis que l’équipier, à partir de la vitesse de 5.5 nœuds, peut se tenir debout dans le trapèze et que le couple de redressement est le même pour cette vitesse et les vitesses plus élevées.
Pour des vitesses inférieures le calcul devient beaucoup plus difficile et de ce fait ce cas n’est pas pris en considération ici. Pour simplifier, il a été admis que le facteur de correction de la portance à des vitesses inférieures à 5.5 nœuds est constant. La vitesse, à partir de laquelle l’équipier peut se tenir debout dans le trapèze est appelée la vitesse nominale du projet (« Design Speed »).
Speed 1/ 2005 page 13
Vertical à 5.5 nœuds 25 degrés à 10 nœuds
Fig. 1
C’est cette vitesse qui doit déterminer la taille de l’aile de dérive. Une dérive trop petite donne facilement lieu à un détachement de courant. Pour la comparaison des profils dans cet article, la dérive a été adaptée à la masse de l’équipage (voir ci-dessus).
Résumé des résultats :
Il existe, par l’ E 1161-24, un profil qui se prête mieux (du moins sur le plan du calcul) aux dérives 505 que le profil NACA 0009 fréquemment utilisé (voir aussi [2]). Les différences géométriques sont partiellement telles qu’elles sont facilement réalisables (dans la zone derrière la plus forte épaisseur), mais certaines sont tellement minimes, qu’il est certain qu’on n’arrivera pas à les réussir « manuellement » (dans la zone du nez). Seul l’essai peut montrer si l’avantage calculé se retrouve en pratique. Malheureusement je n’ai pas encore trouvé de compte rendu d’essai de ce type de dérive. L’auteur de [2] ne peut malheureusement plus non plus être consulté.
Le profil laminaire NACA 66-009 est par contre nettement plus mauvais que le profil standard NACA 0009. Ce profil ne devrait pas être utilisé. Brandsford Eck a lui aussi conclut que, fondamentalement, des profils laminaires ne se prêtent pas pour des dérives 505 (voir[1]). Des calculs analogues montrent que même des profils laminaires moins extrêmes, comme p.ex. NACA 63-009, sont plus mauvais que le profil standard.
Références :
[1] Brandsford Eck, Eck1.pdf, « 505 fins, aDefinitive Work », mars 1976.
Cet article est également apparu en 1979 dans la revue « Trapez » en allemand.
[2] ] Brandsford Eck, Eck2.pdf, « Everything You are Wanted to Know About 505 Fins »
Speed 1/ 2005 page 14
E1161 comparé à NACA 0009…
A noter l’aplatissement minimal du nez par rapport au profil NACA 0009. Ce résultat ne peut pratiquement pas être obtenu manuellement.
bleu : NACA 0009 rouge : E 1161-24
Ce diagramme représente la dérive en degrés en fonction de la vitesse en noeuds. Vu les angles de 3.7 à 6.5 degrés, on se demande si une incidence de l’aile de 2 degrés, qui conduirait à un angle de dérive de 1.7 à 4.5 degrés, était vraiment rentable.
Ce diagramme représente la réaction en Newton (traînée) en fonction de la vitesse en nœuds. Il apparaît que, pour l’aile E 1161, la réaction est légèrement inférieur à celle de l’aile NACA 0009 (inf. de 6% à 6.5 nœuds).
Le rapport dérive/traînée est un indice pour l’angle par rapport au vent (arc tang.), donc à quelle hauteur de voile on peut naviguer. Plus le rapport est élevé, plus la pointe sera dans le vent. L’aile E1161 est légèrement meilleure que l’aile NACA 0009 (sup. de 5% à 7 nœuds).
Le facteur de correction de la portance CL donne des indices sur l’atteinte de la « limite d’exploitation » de la portance. Cette aile de dérive est déjà optimisée et de taille suffisante, adaptée à la masse de l’équipage.
Le détachement de courant se situe quelque part à
CL >= 1.0.
Speed 1/ 2005 page 15
bleu : NACA 0009 rouge : NACA 66-009
Aussi bien la valeur absolue de la traînée que le rapport dérive/traînée est nettement plus mauvais que pour l’aile NACA 0009, surtout aux vitesses moins élevées !
http://www.int505.de/kv/speed/Speed0105.pdf
Il peut y avoir des erreurs car elle a été faite par un retraité qui n'est jamais monté sur un voilier.
Bonne lecture à tous.
Speed 1/ 2005 page 8
Côté technique : Le sujet « aile de dérive »
Quel est l’apport des nouvelles dérives ?
Au courant des dernières années, le sujet aile de dérive a suscité d’importantes discussions ! Des constructions de plus en plus audacieuses apparurent, les dérives devinrent de plus en plus longues et de plus en plus étroites ; plus d’une n’arrivait plus à se loger dans le puit ou uniquement grâce à quelque artifice.
Bien des bricoleurs passionnés ont tenté leur chance sur les bordages.
Où est la vérité ? Reste-t-il une chance à la vieille nageoire ou est-ce que toutes les futures courses ne se feront plus qu’avec une « aile de dérive longue » ?
Evolution depuis 98
Christian Kellner
C’est l’hernie discale de mon équipier d’époque Andi Achterberg qui fut déterminante dans notre propre développement de l’aile de dérive. Lui-même devait réduire son poids de 10 kg et ne pouvait plus naviguer en veste de lestage. Pour compenser cette lacune nous devions apporter quelque modification à l’aile de dérive. Nous avons saisit notre bordage Kyrwood et ne pouvions absolument pas y déceler de profil judicieux.
Speed 1/ 2005 page 9
Pour la nouvelle CK 98 (Christian Kellner 98 ) nous réduisions la surface de 30 %, ce qui nous semblait déjà bien téméraire. Elle était par contre plus longue d’environ 8 cm et présentait, avec son nez selon Waterred, latéralement un angle d’incidence de 3.5 degrés. A partir de là, nos voies de navigateur se séparèrent malheureusement, celles d’Andi et les miennes. A la compétition Stammer 2002, cette dérive, me permis alors de me positionner vice *champion allemand. Mais nous avions toujours un peu trop de réaction en cas de vent important, et puis les autres ne chômaient pas non plus (Georges, Holgi …). Nous avons donc encore réduit la surface de 20 %, tout en conservant la longueur (CK 03), pour toutes les ailes de dérive la tête resta depuis inchangée.
Depuis 2003, avec cette dérive, nous avons disputé presque toutes les régates avec succès. A titre d’essai nous adoptions encore une dérive plus courte de 5 cm (surface réduite de 5%), qui améliorait très peu la rapidité en cas de vent important, mais privée d’universalité (allround). Cela nous permis de cerner la limite inférieure de surface autorisée pour les dérives.
En 2005, j’ai encore fait améliorer le profil de la CK 03 sans modifier la surface, d’où la CK 05.
Autres ailes de dérive : dérives Holgi.
Holgi chargea des amis, qui avaient accès au calculateur Illbruck, de calculer un nouveau développement. Il donna naissance à l’aile de dérive Holgi, longue d’environ 1m40 et large de 30 cm sous la coque et un angle d’incidence de 2 degrés. C’était l’extrême limite pour la dérive, puisque sa surlongueur par rapport au puit exigea de prévoir un nez pour l’axe. Ainsi, le retrait de la dérive donne lieu à un léger dépassement à l’avant du puit. Plus de retrait ne serait possible que grâce à une charnière au niveau du nez (déjà vu aux USA). C’est le team Pegasus (Khan) qui l’a poussé à l’extrême avec une aile de dérive longue de 1m70 sous la ligne de flottaison. De ce fait, le mât dut être posé sur une pyramide en fibre de carbone pour tirer la dérive, lors de sa remontée, en quelque sorte à travers le mât. Mais lors de la WM 04 (championnats du monde 2004) à Santa Cruz avec Martin, j’ai effectué des cercles autour de ce voilier.
Fig 2 : à gauche : dérive Jess ; à droite : 2 x Kellner
Fig 3 : à gauche : forme suivant Holger ; à droite : les dérives Kellis sont « shaped » (fabriquées par reproduction ?)
Speed 1/ 2005 page 10
Ce qui est certain, à mon sens : l’évolution de construire uniquement des dérives plus longues et de plus en plus longues ne peut être rapide. Plus les ailes de dérive sont longues, plus la portance s’améliore, mais le bras de levier néfaste s’agrandit. Théoriquement, l’idéal serait une portance qui s’applique directement sous la coque, ce qui est techniquement irréalisable.
Notre idée d’époque, d’avoir deux dérives à échanger, ne conduit qu’au doute d’avoir vraiment misé sur la bonne aile – il est impératif que l’aile de dérive possède des qualités universelles (allround).
Christian Keller
Fig 4 : La tête de dérive permet l’intégration de dérives plus longues
Speed 1/ 2005 page 12
Comparaison de 2 autres profils au profil NACA 0009
Görge Volker 10.7.2005
Cet article analyse l’aptitude des dérives 505 à différents profils.
Profils analysés :
NACA 0009 « NACA four digit » épaisseur 9 %. Profil classique conservateur, qui fonctionne aussi avec de faibles nombres Re (nombre Reynolds). C’est le profil de référence pour les comparaisons qui suivent.
E1161-24 Brandsford Eck, modification du NACA 0009, spécialement développé pour la dérive 505 [2].
NACA 66-009 Profil laminaire NACA d’épaisseur 9 % (réserve d’épaisseur 60 %)
Cet article est une version abrégée de l’original (du 2.7.2004) qui compare 8 profils différents, dont 2 profils laminaires. Un intéressé par cet article peut l’obtenir de ma part (sous forme de fichier PDF).
Toutes les caractéristiques de profil ont été calculées par XFLR5 (XFOIL).
Toutes les caractéristiques de performance des dérives ont été calculées par cboard (notre propre développement).
Tous les diagrammes correspondent à des ailes de dérive approximativement elliptiques (section à 5% de la pointe), longues de 1,4 m, large en haut de 33 cm, et un équipage comme suit : équipier de 1.94 m et 115 kg, barreur de 1.86 m et 78 kg.
Dans tous les calculs, il n’est tenu compte que d’un seul profil par dérive. Une dérive réelle nécessite par contre des profils d’épaisseur variant de haut en bas (d’un certain pourcentage). Mais une comparaison de dérives de différentes épaisseurs montre le peu d’influence de la variation d’épaisseur (voir l’article « Comparaison de 8 profils »).
Tous les diagrammes de performances sont basés sur une vitesse de simulation de 5.5 nœuds. C’est dire qu’à 5.5 noeuds l’équipier est placé en plein dans le trapèze.
A la vitesse de 5.5 nœuds, ou à des vitesses moindres, la dérive se trouve en position verticale. En passant de 5.5 à 10 nœuds, la dérive est progressivement basculée vers l’arrière jusqu’à une incidence maximale de 25 degrés (voir fig. 1).
Pour tous les calculs basés sur des vitesses inférieures ou égales à 5.5 nœuds, le point de poussée sur la voile se situe à hauteur constante. Entre 5.5 et 10 nœuds le point de poussée s’abaisse, jusqu’à un maximum de 30 %.
Comment interprêter les diagrammes (voir pages 14 et 15) ?
Ils montrent comment des valeurs caractéristiques importantes de la dérive varient avec la vitesse du voilier. Il est admis que l’équipier, à partir de la vitesse de 5.5 nœuds, peut se tenir debout dans le trapèze et que le couple de redressement est le même pour cette vitesse et les vitesses plus élevées.
Pour des vitesses inférieures le calcul devient beaucoup plus difficile et de ce fait ce cas n’est pas pris en considération ici. Pour simplifier, il a été admis que le facteur de correction de la portance à des vitesses inférieures à 5.5 nœuds est constant. La vitesse, à partir de laquelle l’équipier peut se tenir debout dans le trapèze est appelée la vitesse nominale du projet (« Design Speed »).
Speed 1/ 2005 page 13
Vertical à 5.5 nœuds 25 degrés à 10 nœuds
Fig. 1
C’est cette vitesse qui doit déterminer la taille de l’aile de dérive. Une dérive trop petite donne facilement lieu à un détachement de courant. Pour la comparaison des profils dans cet article, la dérive a été adaptée à la masse de l’équipage (voir ci-dessus).
Résumé des résultats :
Il existe, par l’ E 1161-24, un profil qui se prête mieux (du moins sur le plan du calcul) aux dérives 505 que le profil NACA 0009 fréquemment utilisé (voir aussi [2]). Les différences géométriques sont partiellement telles qu’elles sont facilement réalisables (dans la zone derrière la plus forte épaisseur), mais certaines sont tellement minimes, qu’il est certain qu’on n’arrivera pas à les réussir « manuellement » (dans la zone du nez). Seul l’essai peut montrer si l’avantage calculé se retrouve en pratique. Malheureusement je n’ai pas encore trouvé de compte rendu d’essai de ce type de dérive. L’auteur de [2] ne peut malheureusement plus non plus être consulté.
Le profil laminaire NACA 66-009 est par contre nettement plus mauvais que le profil standard NACA 0009. Ce profil ne devrait pas être utilisé. Brandsford Eck a lui aussi conclut que, fondamentalement, des profils laminaires ne se prêtent pas pour des dérives 505 (voir[1]). Des calculs analogues montrent que même des profils laminaires moins extrêmes, comme p.ex. NACA 63-009, sont plus mauvais que le profil standard.
Références :
[1] Brandsford Eck, Eck1.pdf, « 505 fins, aDefinitive Work », mars 1976.
Cet article est également apparu en 1979 dans la revue « Trapez » en allemand.
[2] ] Brandsford Eck, Eck2.pdf, « Everything You are Wanted to Know About 505 Fins »
Speed 1/ 2005 page 14
E1161 comparé à NACA 0009…
A noter l’aplatissement minimal du nez par rapport au profil NACA 0009. Ce résultat ne peut pratiquement pas être obtenu manuellement.
bleu : NACA 0009 rouge : E 1161-24
Ce diagramme représente la dérive en degrés en fonction de la vitesse en noeuds. Vu les angles de 3.7 à 6.5 degrés, on se demande si une incidence de l’aile de 2 degrés, qui conduirait à un angle de dérive de 1.7 à 4.5 degrés, était vraiment rentable.
Ce diagramme représente la réaction en Newton (traînée) en fonction de la vitesse en nœuds. Il apparaît que, pour l’aile E 1161, la réaction est légèrement inférieur à celle de l’aile NACA 0009 (inf. de 6% à 6.5 nœuds).
Le rapport dérive/traînée est un indice pour l’angle par rapport au vent (arc tang.), donc à quelle hauteur de voile on peut naviguer. Plus le rapport est élevé, plus la pointe sera dans le vent. L’aile E1161 est légèrement meilleure que l’aile NACA 0009 (sup. de 5% à 7 nœuds).
Le facteur de correction de la portance CL donne des indices sur l’atteinte de la « limite d’exploitation » de la portance. Cette aile de dérive est déjà optimisée et de taille suffisante, adaptée à la masse de l’équipage.
Le détachement de courant se situe quelque part à
CL >= 1.0.
Speed 1/ 2005 page 15
bleu : NACA 0009 rouge : NACA 66-009
Aussi bien la valeur absolue de la traînée que le rapport dérive/traînée est nettement plus mauvais que pour l’aile NACA 0009, surtout aux vitesses moins élevées !