Comportement et stabilité du trimaran à foils

Principe du speed fun

- Ensemble monté

La véritable expérience est secrète.
Elle naît des petits incidents de tous les jours, des petites erreurs répétées, des petits succès renouvelés qui, par leur nombre, marque les lois auxquelles se soumet l'habitude.

Elle n'est pas pensée mais vécue.
(Auguste Detoeuf)

Plans d'encombrements de l'ensemble monté

STABILITE du Speed fun vent de travers

Calcul pour un Poids équipage de 170 kg

Vitesse

EQUILIBRE du trimaran

Commentaires

nœuds

7,4

P_AV

Poids de l'équipier avant

_kg

Explication 1

_P_AR

Poids de l'équipier arrière

_kg

P_e

Poids de l'équipage

_kg

170

P_C

Poids de la coque centrale

_kg

P_M

Poids du mat

_kg

P_G

Poids du gouvernail

_kg

P_B

Poids du balancier

_kg

P_v

Poids du trimaran à vide

_kg

150

P_c

Poids du trimaran en charge

_kg

320

C_AV

Moment équipier avant par rapport au tube

_m.daN

C_AR

Moment équipier arrière par rapport au tube

_m.daN

152

C_C

Moment coque centrale par rapport au tube

_m.daN

C_M

Moment mat par rapport au tube

_m.daN

-15

C_G

Moment gouvernail par rapport au tube

_m.daN

C_B

Moment balancier par rapport au tube

_m.daN

_{La résultante passe par l'axe}

_Mt

Moment statique global par rapport au tube

_m.daN

Explication 2

303

Effort flotteur sous le vent (centrés)

_daN

(a+0,75l)(Fn /e)+ 0,5(320-R)

210

198

213

Effort flotteur au vent (centrés)

_daN

320-R-F

Effort par flotteur (décalés, cette solution a été abandonnée)

_daN

(320-R)/2

147

129

132

_Fa

Effort propulsion voile

_daN

Fa = - Cx

30,6

_Fn

Effort voile perpendiculaire à l'avancement

_daN

Méthode graphique
(voir ci dessous)

Angle bôme par rapport au vent apparent

_degrés

Explication 3

Poussée du foil arrière

_daN

Fa/d[Mt-(a+l)]

Distance entre axe tube et poussée voile

Explication 4

3,5

Distance entre les 2 flotteurs

3,6

Longueur entre safran et axe tube

Longueur dérive

0,87

Décalage théorique des 2 flotteurs(maxi env 0,9 m)

Fn(a+0,75l)/(320-R)

0,78

0,96

1,1

En l'absecnce de phoque le trimaran est un peu ardent lorsque les flotteurs sont centrés. L'effort voile F
( composé de la force de propulsion Fa et de l'effort provoquant le roulis Fn) ipasse sensiblement derrière l'effort de dérive R ( composé de la force de trainée et de l'effort de dérive Fd) ce qui provoque un couple Payant tendance à faire remonter le speed fun dans le vent). Les efforts sur le gouvernail pour maintenir le cap sont corrigés par le gouvernail.

Nota Le speed fun navigue pratiquement à l'horizontal et l'effort de dérive global passe par le milieu du tube

Le dispositif de translation des flotteurs n'est pas essentiel et a été abandonné ce qui permet de rajouter un phoque

Les motivations étaient:

Diminuer la charge spécifique pour reculer la cavitation et augmenter la vitesse.
Mieux répartir les efforts sur les 2 foils

Stabilité au roulis
L'effort voile perpendiculaire à l'axe du trimaran Fn provoque un couple de basculement qui tends à incliner le trimaran sur le coté.
Ce couple est compensé par la réaction P du flotteur sous le vent.
La navigation se fait à l'horizontal car si Fn augmente la poussée p du flotteur au vent s'inverse ce qui permet d'éviter tout transfert de charge.
Les 2 dérives fournissent un effort latéral 2f égal et opposé à Fn.
Nota Le dispositif de translation des flotteurs a été abandonné pour permettre l'utilisation d'un gréement conventionnel avec haubans.

Stabilité au tangage
L'effort de propulsion de la voile Fa et la poussée R du foil arrière provoque un couple de basculement vers l'avant compensé par le poids du trimaran mg nettement en arrière du tube(couple Mt )
L'effort de poussée P du balancier passent par l'axe de rotation du tube et n'interviennent pas. (P = P - p) *
L'effort de propulsion voile est égale et opposé à la somme des efforts de traînée provoqué par les 3 foils, les 2 dérives et le safran.
La somme des efforts verticaux étant nulle le poids en charge du trimaran est égal à P + R * voir ci-contre

Efforts sur la voile vent de travers avec un vent réel de 12 noeuds (idéal pour faire décoller le speed fun)
L'effort normal de la voile Fn indiqué dans le tableau ci-dessus est déterminé graphiquement. La vitesse de l'elfe est égale et opposée au vent vitesse (en vert). Au début lorsque voile est creuse l'effort de propulsion Fa est important, la bôme est à environ 25° du vent apparent et l'effort voile est orienté vers l'avant ce qui est naturellement favorable.(cours de navigation des GLENANS). Quand on borde la voile celle-ci s'aplati , le vent apparent devient important ainsi que la vitesse. Attention l'effort de 70 daN du tableau peut facilement être dépassé par vent force 4.

Asservissement en hauteur du speed fun :

1) système instable avec correction manuelle
2) asservissement stable par patins non réglable
3) asservissement par palpeur avec réglage du tirant d'air

1) Asservissement instable

Les foils traversant de la 1ère génération ont un mauvais rendement mais ils ont un gros avantage, celui d'asservir en hauteur le trimaran naturellement. Ce n'est pas le cas des foils immergés dit de 2ème génération. Le speed fun tel qu'il est représenté avec un cordage reliant l'avant des flotteurs au mat est instable. Ramener le cordage au poste de commande avant pour faire varier l'incidence des foils manuellement est simple en soit, mais essayer d'asservir le speed fun en hauteur à l'aide de cette correction manuelle doit être une rude épreuve pour les nerfs. Quant à installer un giroscope sur le speed fun.......

Les 2 solutions ci-après tentent de trouver une solution à ce problème.

2) Asservissement stable par patins
La poussée du foil passant derrière le tube, les flotteurs basculent de plus en plus vers l'avant au fur et à mesure que la vitesse augmente. Le système est stable car il trouve de lui-même sa position d'équilibre lorsque l'incidence du foil devient trop faible pour soulager le flotteur.
Ce dispositif, déjà réalisé sur le trimaran à foil TF22 de Hobie cat , sera essayé au printemps 2003 si mon dos le permet.
Avantages : solution simple
Inconvénients : Encombrement en longueur, maniabilité du trimaran, tirant d'air non réglable en dynamique, risque d'enfournement dans les vagues

3) Asservissement par palpeurs
La réalisation nécessite un complément d'accastillage. Sur le principe, c'est un peu la solution précédente dans la mesure ou le flotteur prends à nouveau la surface de l'eau comme référence et ou il à tendance à trouver de lui-même sa position d'équilibre lorsque l'incidence du foil devient trop faible. La différence est que cette fois la position d'équilibre est réglable.
Un dispositif comparable sur le principe, mais plus compliqué sur le plan réalisation (Le palpeur agit sur un volet situé à l'arrière du foil), a déjà été réalisé sur le ''trifoiler rave'' trimaran à foil américain de taille comparable au speed fun.
Avantages : trimaran moins encombrant et maniabilité améliorée, palpeur à la renverse assurant une meilleure tenue dans les vagues, construction plus simple et moins lourde ( attache sur l'avant du flotteur plus simple), réglage du tirant d'air, moins de traînée à basse vitesse le palpeur ne reposant que par son poids propre sur la surface de l'eau.
Inconvénients : prix accastillage. Il faut du moral pour monter l'ensemble et partir.

Stabilité longitudinale du trimaran

EQUILIBRE de la coque centrale avec
foil arrière identique foil avant coupe à 5°

nœuds

réglage tète safran sur incidence mini position 5

7,4

q_c

Inclinaison du canoë sur l'horizontal

_degrés

angle+ si inclinaison vers l'arrière

- 0,75

_js

Réglage sur tète de safran

_degrés

0 à 5° (de 1,25 en 1,25°)

₅

Chasse safran

_degrés

12-i ou q_f + j

5,75

Incidence foil

_degrés

5 + q_c - b

- 0,75

_{réglage tète safran sur la position}₄

Explication 9

q_c

Inclinaison du canoë sur l'horizontal

_degrés

angle+ si inclinaison vers l'arrière

_-1,25

1,75

-2

j_s

Réglage sur tète de safran

_degrés

0 à 5° (de 1,25 en 1,25°)

_3,75

Chasse safran

_degrés

12-i ou q_f + j

₅

₂

5,75

Incidence foil

_degrés

5 + q_c - b

₀

₃

_-0,75

Voilà ce qui risque d'arriver lors des essais avec le petit foil arrière actuel 66-215-160-600 au lieu du 66-215-220-1000.
Et ceci particulièrement si l'on oublie de monter la cale de 6° (les foils avants se rapprochent dangereusement de la surface)

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