Les foils des hydroptères (catamarans, hydrofoils..)

[soliris]

Bonjour,



Il arrive parfois qu'en physique l'on tombe en admiration devant un procédé révolutionnaire.. et quelques fois très ancien: c'est le cas du "foil" (feuille) adapté aux bateaux actuels. De cet outil de navigation, l'on retiendra surtout qu'il exerce un effet de "portance", qui s'accroit avec la vitesse, selon la formule (wikipedia) : "La portance est F = q S Cz avec q = pression dynamique = 1/2 rho V² et rho = masse volumique du fluide; Le Cz ou coefficient de portance, dépend de la masse, de la surface portante et de la vitesse. Valeur fréquente : 0,4 à 0,7 à la vitesse de croisière.".

On le voit dans la formule ci-dessus, la portance est une force. Or sans parler de la différence entre intrados et extrados ou sans citer l'angle de portance, qui est considérée comme la clé du succès d'un foil, la formule de la pression dynamique permet de poser quelques questions.

Premièrement, lorsque l'on parle de pression dynamique q = 1/2 rho v², il serait plus juste d'en parler au négatif: q= - 1/2 rho v² .. En effet, chacun sait que la vitesse d'un fluide le long d'une coque ou autre chose, engendre une dépression.. Donc ma première question est: sans parler de force de portance, quelle est l'influence à elle seule de la dépression que subit de chaque côté un foil ou un gouvernail de bateau coupant l'eau en filant droit devant, vis-à-vis de la partie émergée du bateau, comme on le voit dans l'image ci-dessus. (autre façon de poser la question: le foil est-il virtuellement plus léger que l'air, en pleine utilisation ?)

Ma deuxième question est la suivante: la dé-pression sur un foil (oublions le bord d'attaque) est proportionnelle au carré de sa vitesse, ce qui virtuellement (mais véritablement..) peut nous donner une valeur infiniment moindre que la pression de l'eau. Et imfiniment moindre que la pression atmosphérique, et même infiniment moindre que le vide de l'espace ! Est-ce pour cela que nous obtenons parfois de la cavitation, de la sonoluminescence ?

La troisième question concerne les avions : est-ce la dépression le long du fuselage d'un avion qui lui permet de voler en étant retourné complètement (la tête du pilote en bas) ?

Et enfin, ma quatrième question est : le fuselage d'un avion est creux, contrairement au foil d'un catamaran. Ce creux permet évidemment de transporter des passagers. Mais la dépression le long de ce fuselage pousse l'avion à exploser, vu la pression stabilisée qui s'exerce à l'intérieur. Est-ce que les constructeurs en tiennent compte suffisamment dans la solidité des avions ou pour la navette spatiale, quand elle rentre dans l'atmosphère à 28 000 km/heure ?
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[Dynamix]

Salut

Le Cz ou coefficient de portance, dépend de la masse, de la surface portante et de la vitesse.

Faux .
Le Cz ne dépend que de l' incidence .

En effet, chacun sait que la vitesse d'un fluide le long d'une coque ou autre chose, engendre une dépression..

chacun sait (sauf toi) que la vitesse d'un fluide le long d'une coque ou autre chose, engendre des pressions et des dépressions..

Donc ma première question est: sans parler de force de portance, quelle est l'influence à elle seule de la dépression que subit de chaque côté un foil

La dépression d' extrados et la pression d' intrados engendre une force vers le haut . Ce qu' on nomme p......e
La dépression d' extrados est fortement majoritaire .

[jacknicklaus]

Est-ce que les constructeurs en tiennent compte suffisamment dans la solidité des avions ou pour la navette spatiale

Non, bien sûr. Tu es clairement le premier à avoir cette idée. Il faut d'urgence informer les ingénieurs de Boeing, Airbus et la NASA.

[Dynamix]

Ma deuxième question est la suivante: la dé-pression sur un foil (oublions le bord d'attaque) est proportionnelle au carré de sa vitesse, ce qui virtuellement (mais véritablement..) peut nous donner une valeur infiniment moindre que la pression de l'eau. Et imfiniment moindre que la pression atmosphérique,et même infiniment moindre que le vide de l'espace !

Une pression absolue négative , qui plus est infiniment négative

La troisième question concerne les avions : est-ce la dépression le long du fuselage d'un avion qui lui permet de voler en étant retourné complètement (la tête du pilote en bas) ?

Sur le dos (vol inversé , disent les spécialistes) c'' est toujours l' aile qui fournit la portance .
La faible portance du fuselage , coûteuse en traînée , n' est sollicitée qu' en vol tranche .

[A voir en vidéo sur Futura]

[calculair]

Normalement oui, mais ils ont appris aussi après les accident du Comet, le fuselage n'a pas résisté aux surpressions successives qu'il subissait à chaque vol.

Non, bien sûr. Tu es clairement le premier à avoir cette idée. Il faut d'urgence informer les ingénieurs de Boeing, Airbus et la NASA.

[Biname]

Salut,

http://airfoiltools.com/airfoil/naca4digit

Il y a longtemps, aucun modèle ne modélisait correctement un profil, est-ce toujours le cas ?

Biname

[Dynamix]

Il y a longtemps, aucun modèle ne modélisait correctement un profil, est-ce toujours le cas ?

Qu' entends tu par "modeliser" et "correctement"
Modéliser le profil par une équation ? La méthode du NACA date d' avant guerre .

[soliris]

Merci pour vos réponses,

J'ai oublié de vous faire part de mes calculs.
En partant du principe qu'un changement local de pression, par énergie mécanique dans un système fluide homogène, n'affecte pas particulièrement l'ensemble du système, la pression totale se conserve, et dans ce cas:



A partir de ce moment-là, si on oublie la pression sur le bord d'attaque du foil, on obtient la P_latérale = P - (1/2 . rho. v²) ; donc, en faisant augmenter la valeur de la vitesse, P diminue rapidement jusqu'au cas de figure où le résultat passe sous zéro pascal, ce qui laisse pensif quant aux conséquences..

Peut-on raisonner comme cela, ou la traînée (dont je n'ai pas tenu compte) intervient alors d'une façon particulière ..?

[Biname]

Qu' entends tu par "modeliser" et "correctement"
Modéliser le profil par une équation ? La méthode du NACA date d' avant guerre .

Je pensais aux courbes de trainée/portance comme ici http://airfoiltools.com/airfoil/deta...l=naca22112-jf
qui étaient les résultats d'essais en soufflerie et non le résultat d'une modèle comme mecaflu ?

Que valent les modèles actuels lorsqu'il s'agit de prédire ces courbes ?

Biname

[Dynamix]

On peut en déduire que P = P
Étonnante formule que nous baptiserons "Formule de Soliris"

P_latérale = P - (1/2 . rho. v²)

C' est quoi P_latéral ?
Et P ?

le résultat passe sous zéro pascal

En relatif ?

[Dynamix]

Je pensais aux courbes de trainée/portance

Les polaires .
Depuis une dizaine d' années les "souffleries numériques" égalent largement les vraies à ce niveau la .

[soliris]

C' est quoi P_latéral ?
Et P ?
En relatif ?

J'avoue que l'idée de base, c'est qu'on ne peut passer en pression négative (inférieure à celle qui règne dans l'espace) que dans un endroit où il règne justement déjà "un certain degré de pression" ! Mais est-ce que cette idée est mauvaise ? Elle fait référence au principe du vaporisateur: lorsqu'on accélère un fluide d'air dans un tube branché perpendiculairement et au-dessus d'un autre tube tombant dans un réservoir de parfum, le parfum est attiré par une dépression soudaine dans le réservoir (la cause EST la dépression latérale du fluide d'air); par contre, à la sortie, le front d'air dans le tube, associé au parfum, présente un front de surpression d'une densité d'énergie positive supérieure évidemment à la pression ambiante de l'air, mais d'une valeur égale à la dépression dans le réservoir. C'est aussi simple que cela.

Mais il est vrai que, dans ce cas, il n'y a pas de traînée.. C'est là un problème à résoudre pour compléter le modèle du foil.

"Le résultat passe sous zéro pascal" (encore faut-il que l'expérience le confirme) en valeur absolue, si on plaçait un nouveau type de baromètre sur le côté du foil. La seule probabilité que cet événement existe, est l'apparition de bulles de cavitation sur certaines hélices, ou chez certains animaux capables d'en produire. Là-dessus, il y a très peu d'études satisfaisantes réalisées sur le plan théorique.
Après tous ces efforts, j'ai peut-être mes chances. .. sans sarcasmes de ma part.

[Dynamix]

la cause EST la dépression latérale du fluide d'air

La cause est l' effet venturi .
Pas franchement utile dans l' étude des hydrofoils .

[obi76]

un front de surpression d'une densité d'énergie positive

Vous connaissez beaucoup de fluides avec une "densité d'énergie négative" ? D'ailleurs, ça veut dire quoi pour vous une "densité d'énergie" pour un fluide ? Énergie interne ? Calorifique ? Cinétique ? (pour info, toutes forcément positives), C'est quoi un "front de surpression d'une densité d'énergie positive", à part nawak ?

Ca serait bien que vous essayez un peu d'apprendre, avant d'utiliser des termes que manifestement vous ne maîtrisez pas, et avant d'essayer de révolutionner quoique ce soit dans ce domaine.

La seule probabilité que cet événement existe, est l'apparition de bulles de cavitation sur certaines hélices, ou chez certains animaux capables d'en produire. Là-dessus, il y a très peu d'études satisfaisantes réalisées sur le plan théorique.

Mal dit, faux, et incorrect.
Mal dit parce que je ne vois pas ce que vient faire une probabilité là dedans, faux parce que la cavitation n'est qu'un changement de phase, donc ce n'est pas du vide (c'est à la pression de vapeur saturante si vous voulez tout savoir), et incorrect parce que des études et des simulations sur le sujet, il y en a pléthore, et c'est très bien compris. Avant de faire une telle affirmation, la moindre des choses est de se renseigner.

De plus, je vous rassure, de la cavitation sur les hydrofoils, c'est impossible, les dépressions étant bien trop faibles.

Quand vous aurez les bases, on pourra peut-être commencer à évoquer la cavitation, mais pour le moment c'est encore très loin de votre compréhension, fautes de connaissances.

[Biname]

Les polaires .
Depuis une dizaine d' années les "souffleries numériques" égalent largement les vraies à ce niveau la .

Merci
J'abuse : uniquement pour des profils d'aile ou pour n'importe quelle forme/volume ?

[Dynamix]

Merci
J'abuse : uniquement pour des profils d'aile ou pour n'importe quelle forme/volume ?

Pour des objets un peu complexes , la soufflerie réelle est plus fiable .

[obi76]

Merci
J'abuse : uniquement pour des profils d'aile ou pour n'importe quelle forme/volume ?

Pour être plus précis : la précision du numérique dépend du Reynolds. Plus il est grand, plus on doit modéliser des phénomènes non pris en compte dans les simulations. Donc en gros on peut simuler à peu près tout, la précision des simulations dépendra de la finesse de la résolution.

[soliris]

Vous connaissez beaucoup de fluides avec une "densité d'énergie négative" ? D'ailleurs, ça veut dire quoi pour vous une "densité d'énergie" pour un fluide ? Énergie interne ? Calorifique ? Cinétique ? (pour info, toutes forcément positives), C'est quoi un "front de surpression d'une densité d'énergie positive", à part nawak ?

Il y a 2 plans à considérer: ce qui est apporté par une énergie au niveau local dans un système de pression, et l'effet de cet apport sur l'ensemble du système. Sur ce dernier point, la surprise énorme (en tout cas la mienne) c'est qu'un apport d'énergie (ou plutôt une densité d'énergie cinétique, cad l'énergie apportée divisée par la masse de fluide qui en est influencée) n'affecte PAS l'ensemble du système puisque LA REACTION à cet apport dans un coin du système entraîne une DEPRESSION dans un autre coin !!

Ca serait bien que vous essayez un peu d'apprendre, avant d'utiliser des termes que manifestement vous ne maîtrisez pas, et avant d'essayer de révolutionner quoique ce soit dans ce domaine.

Pour info, j'ai vu très souvent les physiciens admettre par analyse dimensionnelle que la densité d'énergie E / M d'un front est analogue à une pression (positive ...)

Mal dit, faux, et incorrect.
Mal dit parce que je ne vois pas ce que vient faire une probabilité là dedans

Ma version du principe d'équivalence [P = P +1/2 v² -1/2 v²] est risiblement simpliste (comme l'a dit Dynamix), mais elle peut être associée à la loi de bernoulli pour mieux comprendre cette dernière. Cependant, c'est beau d'affirmer un truc, c'est mieux de trouver ses "probabilités" ou sa trace dans le réel.

Faux parce que la cavitation n'est qu'un changement de phase, donc ce n'est pas du vide (c'est à la pression de vapeur saturante si vous voulez tout savoir), et incorrect parce que des études et des simulations sur le sujet, il y en a pléthore, et c'est très bien compris. Avant de faire une telle affirmation, la moindre des choses est de se renseigner.

De plus, je vous rassure, de la cavitation sur les hydrofoils, c'est impossible, les dépressions étant bien trop faibles.

Ce que vous écrivez en indigo ci-dessus, est à l'opposé de ce que vous écrivez en rouge juste avant.

Quand vous aurez les bases, on pourra peut-être commencer à évoquer la cavitation, mais pour le moment c'est encore très loin de votre compréhension, fautes de connaissances.

Tous les simulateurs n'exécutent que les programmes qu'on leur a donné de suivre.. Comment appelle-t-on déjà ces programmes .. ? Des algorithmes ? Personne sur cette Terre ne peut justifier l'apparition ni le conditionnement de la sono-luminescence bleutée d'une cavité. C'est "faute de connaissances", pas seulement pour moi, mais pour tous. Donc ces algorithmes sont incomplets; c'est pour cela qu'il y a pléthore de simulations et d'études. De toute façon, d'une manière générale, le nombre d'essais qu'il y a eu en balistique et en aérodynamique depuis 120 ans est si élevé qu'il n'est pas difficile de croire qu'on peut encore soulever un coin du voile qui recouvre ce secteur, par ailleurs très prometteur en découvertes.

[Dynamix]

il n'est pas difficile de croire qu'on peut encore soulever un coin du voile qui recouvre ce secteur, par ailleurs très prometteur en découvertes.

C' est ce que tu tentes de faire ?

[obi76]

Il y a 2 plans à considérer: ce qui est apporté par une énergie au niveau local dans un système de pression, et l'effet de cet apport sur l'ensemble du système. Sur ce dernier point, la surprise énorme (en tout cas la mienne) c'est qu'un apport d'énergie (ou plutôt une densité d'énergie cinétique, cad l'énergie apportée divisée par la masse de fluide qui en est influencée) n'affecte PAS l'ensemble du système puisque LA REACTION à cet apport dans un coin du système entraîne une DEPRESSION dans un autre coin !!

Vous vous contredisez tout seul : "n'affecte pas l'ensemble du système", mais un "apport à un endroit influe sur la pression à un autre endroit".

Pour info, j'ai vu très souvent les physiciens admettre par analyse dimensionnelle que la densité d'énergie E / M d'un front est analogue à une pression (positive ...)

Quel rapport ?

Ma version du principe d'équivalence [P = P +1/2 v² -1/2 v²] est risiblement simpliste (comme l'a dit Dynamix), mais elle peut être associée à la loi de bernoulli pour mieux comprendre cette dernière. Cependant, c'est beau d'affirmer un truc, c'est mieux de trouver ses "probabilités" ou sa trace dans le réel.

De ? Que P = P ? En effet ça ne devrait pas être très dur à prouver ni à mesurer... Mais je vais spoiler : la "probabilité" que ce soit vrai n'est pas très loin de 1...

Tous les simulateurs n'exécutent que les programmes qu'on leur a donné de suivre.. Comment appelle-t-on déjà ces programmes .. ? Des algorithmes ?

Non, programme /= algorithme.

Personne sur cette Terre ne peut justifier l'apparition ni le conditionnement de la sono-luminescence bleutée d'une cavité. C'est "faute de connaissances", pas seulement pour moi, mais pour tous.

Quel rapport ?

Donc ces algorithmes sont incomplets; c'est pour cela qu'il y a pléthore de simulations et d'études.

Ce ne sont pas les "algorithmes" qui sont incomplets mais les modèles. Et pour ça il aurait fallu que l'on veuille le simuler, et je ne vois pas trop l'intérêt. En l’occurrence la cavitation on la simule très bien (même si c'est complexe pour pas mal de raisons), mais dans les simulateurs je ne vois pas trop l'intérêt que l'on aurait à faire de la lumière bleue, à part pour faire joli. Qu'on ne comprenne (à priori) pas l'origine, c'est une chose, qu'on ne le simule pas c'est plutôt parce qu'entre nous, on s'en moque...

De toute façon, d'une manière générale, le nombre d'essais qu'il y a eu en balistique et en aérodynamique depuis 120 ans est si élevé qu'il n'est pas difficile de croire qu'on peut encore soulever un coin du voile qui recouvre ce secteur, par ailleurs très prometteur en découvertes.

Quel rapport ? Comme je vous l'ai dit, à part situations extrêmes, il n'y a pas de cavitation. Il faudrait pour cela que la pression devienne inférieure à la pression de saturation, je vous laisse faire le calcul.

[Biname]

Merci #2 Dynamix et Obi76 me voilà presqu'à jour .
Biname

[soliris]

Vous vous contredisez tout seul : "n'affecte pas l'ensemble du système", mais un "apport à un endroit influe sur la pression à un autre endroit".

Il ya une sorte de collaboration... disons "temporaire" avec l'énergie apportée, par un système de pression. Mais rapidement, et par compensation, si l'une des zones de ce système est affectée "en positif", dans une autre zone la réaction ne se fait pas attendre, "en négatif". Et cette réaction annule l'effet de l'apport d'énergie, même si je ne garantis pas que l'ordre des éléments n'ait pas été changé. Ce qui me fait dire d'ailleurs que, dans l'univers de tous les systèmes fermés et ouverts, la pression est le "potentiel * " qui est le plus déterminant, bien avant la chaleur ou toute autre considération.

Ah oui, j'oubliais un détail: le modèle sur lequel je travaille, même concerannt les foils, est celui où la réaction (.. à une "action" de l'énergie) a lieu AVANT l'action elle-même.. Mais c'est pas la peine d'en parler avant d'amener les calculs qui vont avec.

Quel rapport (entre densité d'énergie et pression) ?

C'est de l'analyse dimensionnelle élementaire: E = 1/2 M v² ; or P = 1/2 v² .. donc E /M = Pression ou encore "densité d'énergie" (qtité d'énergie par kilo de masse).

De ? Que P = P ? En effet ça ne devrait pas être très dur à prouver ni à mesurer... Mais je vais spoiler : la "probabilité" que ce soit vrai n'est pas très loin de 1...

Bernoulli s'est exprimé comme il a pu à son époque. Il a affirmé que les densités d'énergie dans un système clos avaient tendance à se stabiliser mutuellement; mais cela signifie que ce qui est retiré à l'une de ces densités est retrouvé autre part. Donc il faut tenir compte des "valeurs absolues" des quantités échangées. Mathématiquement, on obtient une physique où le nombre "zéro" compte beaucoup moins qu'en comptabilité.

Ce ne sont pas les "algorithmes" qui sont incomplets mais les modèles. Et pour ça il aurait fallu que l'on veuille le simuler, et je ne vois pas trop l'intérêt.. En l’occurrence la cavitation on la simule très bien (même si c'est complexe pour pas mal de raisons), mais dans les simulateurs je ne vois pas trop l'intérêt que l'on aurait à faire de la lumière bleue

Vous dîtes que "c'est complexe, pour pas mal de raisons"; c'est qu'effectivement le modèle de base n'est pas bon. L'énergie du vide est assez insaisissable. D'ailleurs j'ai repréré 3 sortes de vides dont vous parlez sans jamais préciser leur véritable dimension. Figurez-vous que le vide spatial est à une dimension (dans toutes les directions, néanmoins): d'ailleurs, la vitesse de la lumière c est à une dimension dans ce cadre (m¹/sec¹).
Puis vous avez le vide électromagnétique (ce que j'en dis, c'est ma façon de vous observer) où Maxwell ou Lorentz ont défini implicitement qu'il était à deux dimensions, par l'intermédiaire de c² (en m²/sec²). Et là où les modèles de cavitation ne fonctionnent plus, c'est qu'à un moment donné, aux limites existentielles du vide spatial et même électromagnétique, c'est le vide (quantique ? de c³), en m³/sec³, qui prend le relais. Il est très en rapport avec les sons (sonoluminescence et l'impédance acoustique) où l'intensité s'exprime en vitesse³.

En philosophie, le sage a dit: "Quand les limites du monde physique sont atteintes, c'est le monde de l'esprit qui prend le relais".

Quel rapport ? Comme je vous l'ai dit, à part situations extrêmes, il n'y a pas de cavitation. Il faudrait pour cela que la pression devienne inférieure à la pression de saturation, je vous laisse faire le calcul.

Quels calculs ? Regardez cette vidéo XXX (cliquez ici: 44 Magnum vs Gel Block )[/URL]. Cette théorie de vapeur saturante a les dents longues, et pourtant parlons-en: la vapeur saturante semble arriver de façon largement postérieure à la cavitation. Elle remplit le vide, c'est vrai, mais à l'échelle de la succession des événements, elle n'arrive qu'en tout dernier lieu, BIEN APRES l'éclair résultant de la compression d'une substance inconnue qui a rempli ce vide, préalablement au niveau espace-temps; il y aune antériorité "d'effet à cause" dont il faut tenir compte dans cette succession événementielle.

* Potentiel: je nomme toute dimension physique mesurée comme un potentiel : vitesse, température, poids, et.

[soliris]

Le problème de la signification de la traînée (même de celle d'un foil) et de sa place dans le principe d'équivalence est d'une importance capitale pour la suite des événements, si tant est que l'on cherche le principe d'une technologie plus peformante, ou plus modulable encore.

[Dynamix]

le modèle sur lequel je travaille

Voila qui justifie amplement la fermeture imminente .

[obi76]

Dont acte. On arrête là le nawak à répétition. Encore une victoire de DK !

Juste pour préciser :

Vous dîtes que "c'est complexe, pour pas mal de raisons"; c'est qu'effectivement le modèle de base n'est pas bon.

C'est numériquement extrêmement complexe (les modèles sont simplissimes, mais visiblement vous ne les connaissez pas non plus). Mais pour des raisons, qui au vu de votre niveau, sont très, très largement hors de votre portée, je ne vais même pas essayer de les évoquer avec vous, vous ne les comprendriez simplement pas. Merci donc d'éviter de de donner des leçons de méthodologie quand on ne connaît même pas la base, ni technique, ni physique, ni mathématique, ni numérique du bidule.

A un moment, il faudrait arrêter de croire que, parce que c'est compliqué et qu'il faut faire des études pour comprendre, ce serait forcément faux. Ça peut "juste" être compliqué, ne vous en déplaise. Ça serait bien à un moment d'arrêter de prendre les scientifiques pour des billes, surtout lorsqu'on ne maîtrise même pas le vocabulaire technique de base qui vous permettrait de faire des phrases qui veulent dire quelque chose.