dimanche 15 juillet 2018

Quelles configurations d’ailerons choisir pour ma planche, part1




Une description des dérives et de leur fonctionnement, par JF Iglesias, développeur logiciel,  formateur-consultant en aéro–hydro dynamique et inventeur des dérives surf dynamiques, les dérives FYN :

 

Planer dans la vague 

Définir le rôle des ailerons en quelques lignes, correspond à résumer le fonctionnement du manche à balais dans un avion. On appuie sur le côté de l’aileron, ça tourne de ce côté, on appuie sur l’autre côté on tourne de l’autre côté, on appuie devant on plonge et accélère on appuie derrière on remonte et on freine…





Voilà tout est dit, vous pouvez piloter, bon vol et bon surf !

Ce qui est vrai dans une phase de vol, devient faux dans une autre phase, ainsi ne tentez pas d’accélérer en poussant le manche dans une phase de décollage et si le palonnier* n’est pas actionné en harmonie avec le manche cela marche beaucoup moins bien.

*Palonnier : barre horizontale que le pilote d'un avion oriente avec ses pieds et qui sert au braquage de la gouverne de direction pour permettre à l'avion de virer. L'équivalent des transferts d'appui du surfeur, la planche elle-même fait alors office de palonnier.



Si vous avez noté que l’image n°2 contient une erreur (gouvernail inversé par rapport à la description), c’est que vous avez les prérequis d’hydrodynamique et l’esprit critique, bravo. Méfions-nous des descriptions simples qui nous donnent l’impression de tout comprendre et d’être intelligent, voir supérieur au commun des mortels qui s’encombre de détails inutiles. Une description simpliste a certainement un truc à vous vendre, et pas le temps de vous expliquer comment ça marche vraiment. En surf comme ailleurs, faire une description simple revient malheureusement à faire une description fausse. Je vais tenter ici de faire la description la plus courte, et la moins fausse possible de l’aileron de surf…

La planche est une extension du corps du surfeur, les ailerons sont ses nageoires plongées dans l’eau qui le guident et le propulsent en déviant la trajectoire du flux. Le rôle des ailerons est sous-estimé par beaucoup de surfeurs, c’est pourtant un élément déterminant pour la manœuvrabilité et l’accélération de la planche. Un aileron est une aile qui vole dans l’eau. Il génère des forces de portance et de trainée qui agissent sur l’équilibre de la planche, lorsque le surfeur commence à ressentir cette nageoire active sous sa planche, il accède à un niveau supérieur de connexion avec l’eau, qui amplifie son intuitivité de trajectoire.

Débarrassons-nous immédiatement de quelques idées fausses, comme :

1.    Une grosse vague = de gros ailerons !  FAUX, la surface d’aileron doit diminuer avec la vitesse.

2.    Un aileron proche du rail fait que la planche accroche mieux ! Pas obligatoirement, l’effet de dévers de la planche est plus important qu’avec un aileron au centre, donc le rail accroche moins facilement. (Nous expliquerons cela en détail).

3.    Plus il y a d’ailerons mieux c’est ! VRAI (pour le vendeur), FAUX pour le surfeur, c’est la surface rapportée à son poids et sa puissance de manœuvres qui est essentielle pour choisir la bonne surface d’aileron. Les configurations en quad sont réservées aux surfeurs très puissants et massif dans des vagues très creuses ! un single est souvent plus performant qu’une série d’ailerons, dont les angles d’implantations se contredisent dans les manœuvres.

4.    Un bon aileron est forcément rigide et coupant donc un bon surfeur doit pouvoir se raser de près avec ses ailerons, les ailerons souples sont réservés aux débutants. FAUX ! Demandez aux cétacés, aux albatros et aux navigateurs du Vendée globe, de traverser les océans avec des nageoires, des ailes ou des voiles qui n’ont pas un bord de fuite souple, épousant la trajectoire du flux en sortie de profils, ils vous diront que ce n’est pas des vraies ailes ! Une aile doit orienter le flux sans le perturber !

5.    Le surfeur est un gland, il ne peut pas lire plus des 264 caractères sans images. Ben si vous êtes encore là, cher lecteur, c’est que vous avez déjà dépassé le quota, donc encore une idée fausse de balayée, si vous n’êes plus là cet article ne sert à rien, je ferais mieux d’aller surfer.

Posons maintenant les bases du fonctionnement des ailerons par ordre d’influence en tordant le cou à une dernière idée préconçue, en affirmant que l’élément primordial du fonctionnement de l’aileron de surf, n’est pas l’aileron mais l’endroit où on le place !

 

L'implantation des ailerons 


Influence de la position d’implantation sur la manœuvrabilité 


La manœuvrabilité d’une planche est liée à l’effort à produire pour mettre en rotation la planche et son surfeur suivant un axe donné. Cet effort varie avec la distance séparant le centre de gravité du surfeur du centre de pivotement de la planche. La manœuvrabilité théorique maximale est obtenue lorsque le centre de gravité du surfeur coïncide exactement avec l’axe de lacet (yaw).



Lorsque le surfeur engage un virage radical, il ramène son centre de gravité au niveau du centre de portance global des ailerons, car toute distance l’éloignant de ce point tend à augmenter l’effort nécessaire pour tourner autour de cet axe. Lorsque la rotation est terminée il se replace en avant en recherche de vitesse.

Le placement du surfer à l’arrière vient aligner le centre de gravité du surfeur sur le centre de pivot effectif de la planche, résultant de la position des ailerons. Avancer les ailerons diminue la distance de déplacement avant-arrière à parcourir pour fusionner ces centres, ceci rend la planche plus facile à manœuvrer et relancer.
Mais trop avancer l’aileron dégrade la stabilité de la planche dans les phases rapides. L’appui avant sur le rail immergé génère de l’accélération, mais il doit être compensé par une position reculée des ailerons : Un aileron reculé entraine l’arrière de la planche dans le sens du flux relatif. Il en résulte un alignement automatique de la planche, positionnant l’avant de la planche face au flux, et l’âme (stringer) parallèle à la direction du flux relatif. Ce caractère auto stable est la directionnalité*.

*Définition : caractère directionnel, de ce qui oriente. La directionnalité stabilise la planche et compense la trainée de l’avant de la planche, qui tend à faire remonter le nose vers la crête. Si l’aileron ne réaligne pas l’arrière de la planche dans le flux, la planche se met en travers. Ceci arrive lorsque l’aileron ventile, décroche, ou casse : la planche part en tête-à queue, elle survire.

Avec un aileron bien reculé et immergé, le surfeur peut aller se promener sur le nose sans modifier la direction de la planche. Ce comportement apporte de la sécurité dans les grosses vagues, mais c’est la planche qui commande accrochez-vous et priez pour que la ligne droite soit le bon chemin !

Si on place l’aileron central trop en avant l’excès de manœuvrabilité peut entrainer de l’instabilité contraignant le surfeur à toujours se concentrer sur le contrôle sans pouvoir se reposer sur la directionnalité de la planche…



 

Un compromis doit donc être fait entre manœuvrabilité et stabilité :
Nous retiendrons :

•    Ailerons en avant = manœuvrabilité.
•    Ailerons en arrière = stabilité et directionnalité.


Influence de l’implantation sur le bon fonctionnement de l’aileron 

 



Un bon aileron, mal placé, peut devenir inutile s’il ne fonctionne pas correctement. Une petite précision de vocabulaire est nécessaire :

  • Décrochage : Perte de portance résultant d’un angle d’incidence trop élevé. La couche limite décolle de l’extrados du fait de la variation de trajectoire trop importante imposée par l’incidence excessive. Des recirculations viennent combler la dépression génératrice de portance. L’aileron freine mais ne porte plus, il travaille comme un parachute et plus comme une aile.
  • Ventilation : Aspiration de l’air de la surface au niveau de l’extrados de l’aileron. Lorsque l’aileron est trop proche de la surface, la dépression de l’extrados aspire de l’air et fait chuter la portance. La ventilation apparait aussi lorsque l’angle de roulis est important et fait remonter l’aileron a la surface. Dans ce cas l’aileron ne porte plus, il dérape et provoque la chute du surfeur dans 90% des cas.
  •  Devers : Une planche de surf accroche la paroi de la vague avec son rail, l’aileron doit l’aider dans cette action. Le surfer appuie sur la planche du coté ou il veut accrocher, mais l’aileron peut contredire cette force d’appui en produisant du devers de 2 manières :

o    Dévers produit par la profondeur du point de portance : plus la force de l’aileron est appliquée bas, plus le levier déversant est fort, un centre de portance haut limite le devers. Un grand aileron peut provoquer le retournement de la planche lors de la réception d’un take off un peu raide et départ en travers de vague.
o    Dévers produit par la position de l’aileron : pour enfoncer le rail (moment M), la force d’appui du surfeur (1) doit être appliquée entre le centre de portance de l’aileron et le rail, sinon cette force sera transformée en déversement de la planche, et perte d’accroche du rail. Le surfeur affligé de ce mal doit obligatoirement « graber » pour maintenir son rail dans l’eau.


Les diverses configurations d’implantations peuvent résoudre les problèmes de décrochage, de ventilation, et de dévers. 

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