traduction de l'article sur les dérives de la revue SPEED

[Philippe Wolff]

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 !

[robert.humbert]

Ca alors !
Chapeau Phil !

[jb dupont]

Voili, voilou... Philippe et moi avons relu et modifié un peu le texte... Bon ce n'est pas du Verlaine.... Mais c'est très intéressant, surtout si on le lit en regardant les schémas !
Merci aux WOLFF

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Speed 1/ 2005 page 8

Côté technique : Le sujet « Les nouveaux profils des dérives de Cinquo »
Quel est l’apport des nouvelles dérives ?

Au cours des dernières années, la forme des dérives a suscité d’importantes discussions !
Des constructions de plus en plus audacieuses sont apparues, les dérives sont devenues de plus en plus longues et de plus en plus étroites ; parmi ces développements, plus d’une dérive ne pouvait se loger dans le puits de dérive en position relevée ou alors uniquement grâce à quelque artifice.

Bien des bricoleurs passionnés se sont attaqué à ce sujet en tentant leur chance avec un profil sur mesure.

Où est la vérité ? La dérive traditionnelle a-t-elle encore une chance ou est-ce que toutes les futures régates ne se feront plus qu’avec une «dérive longue » ?

Evolution depuis 98

Christian Kellner

C’est l’hernie discale de mon équipier de l’époque Andi Achterberg qui fut déterminante dans notre propre développement d’un voile de dérive. Lui-même devait perdre 10 kg et ne pouvait plus naviguer avec une veste de poids. Pour compenser cette lacune nous devions apporter quelque modification au voile de dérive. Nous avons essayé notre dérive sur notre Kyrwood dans toutes les positions et nous ne pouvions absolument pas y déceler de profil judicieux.

Speed 1/ 2005 page 9

Pour la nouvelle CK 98 (Christian Kellner 98) nous avons réduit la surface de 30 %, ce qui nous semblait déjà bien téméraire. Elle était par contre plus longue d’environ 8 cm et son bord d’attaque était incliné d’un angle d’incidence de 3,5 degrés. A partir de là, nos carrières de navigateurs se séparèrent malheureusement, celles d’Andi et la mienne. A la régate « Stammer 2002 », cette dérive me permit alors de devenir vice *champion d’allemagne. Mais nous avions toujours un peu trop de puissance dans la brise, et puis les autres ne chômaient pas non plus (George, Holgi …). Nous avons donc encore réduit la surface de 20 %, tout en conservant la longueur ( profil CK 03) ; pour tous les profils de dérive la tête resta depuis lors inchangée.

Depuis 2003, avec cette dérive, nous avons disputé presque toutes les régates avec succès. A titre d’essai nous avons essayé une dérive plus courte de 5 cm (surface réduite de 5%), qui améliorait un peu (mais très peu) la vitesse dans la brise, mais au prix d’une perte dans les autres conditions donc moins universelle (allround). Cela nous a permis de déterminer la surface minimale admissible pour une dérive de cinquo.

En 2005, j’ai encore fait améliorer le profil CK 03 sans modifier sa surface, d’où la CK 05.

Autres profils de dérive : dérives « Holgi » :

Holgi chargea des amis, qui avaient accès au calculateur Illbruck, de calculer un nouveau profil puis de le développer. Ce projet donna naissance au profil de dérive « Holgi », longue d’environ 1m40 et large de 30 cm sous la coque et avec un angle d’incidence de 2 degrés. C’était l’extrême limite pour la dérive, puisque sa longueur par rapport à celle du puits de dérive exigea de prévoir un nez pour déporter l’axe. Ainsi, la dérive remontée dépasse légèrement à l’avant du puits. Un retrait plus important ne serait possible que grâce à l’installation d’une charnière au niveau du point de l’axe de rotation (déjà vu aux USA) (NdT : La dérive ne doit pas dépasser sous le bateau en position haute d’après la jauge). C’est le team Pegasus (Khan) qui a poussé à l’extrême ce principe avec un voile de dérive long de 1m70 sous la ligne de flottaison. De ce fait, le mât a dû être posé sur une pyramide en fibre de carbone pour permettre de relever la dérive en quelque sorte « à travers le mât ». Mais ce développement n’a pas été performant, lors du WM 04 (championnats du monde 2004) à Santa Cruz avec Martin Gorge qui m’équipait, nous faisions en effet des tours autour de ce cinquo ainsi équipé.

Fig 2 : à gauche : dérive Jess ; à droite : 2 x Kellner

Fig 3 : à gauche : forme suivant Holger ; à droite : les dérives Kellis sont formés à la main (shaped)


Speed 1/ 2005 page 10

Ce qui est certain, à mon sens c’est que l’évolution qui consiste à construire uniquement des dérives de plus en plus longues ne peut être indéfinie. Plus les dérives sont longues, plus la portance s’améliore, mais alors le bras de levier s’agrandit ce qui est néfaste. Théoriquement, l’idéal serait une portance qui s’applique directement sous la coque, ce qui est techniquement irréalisable.

Notre idée à l’époque était d’avoir deux dérives mais cette approche ne conduit qu’au doute d’avoir vraiment misé sur la bonne – par conséquent, il est impératif que le profil de dérive possède des qualités universelles pour bien marcher dans tous les temps (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. Une personne intéressée par cet article original peut l’obtenir de ma part (sous format 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 (un programme que nous avons développé).

Tous les diagrammes correspondent à des profils de dérive approximativement elliptiques (section à 5% de la pointe), longues de 1,4 m, larges 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 nœuds l’équipier est plein 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 interpréter 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 au 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 au trapèze est appelée la vitesse nominale (« 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 la dérive. Une dérive trop petite donne facilement lieu à un détachement des flux d’eau courants sur les parois. 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 de 505 que le profil NACA 0009 fréquemment utilisé (voir aussi [2]). Les différences géométriques sont telles qu’elles sont facilement réalisables (dans la zone derrière la plus forte épaisseur), mais certaines différences sont tellement minimes, qu’il est certain qu’on n’arrivera pas à les réussir « manuellement » (sur le bord d’attaque). 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] qui est décédé ne peut malheureusement 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 conclu que, fondamentalement, des profils laminaires ne se prêtent pas aux dérives de 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, a Definitive Work », mars 1976.
Cet article est également paru 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 bord d’attaque 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, serait vraiment efficace.


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 inférieure 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 la qualité du cap au vent que l’on peut suivre. Plus le rapport est élevé, plus on peut pointer 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. Ce profil de dérive est déjà optimisé et de taille suffisante, il est adapté 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 !

[Gero]

merci au(x) traducteur(s)...
cela va m etre d une aide certaine!!!