Stork - Monosurface haute performance

[Arno_mtz]

Salut tout le monde,

Depuis que la première génération de voiles monopeau est devenue populaire pour le marche et le vol en raison des avantages évidents en termes de poids et de volume, il semble que l’industrie ait en grande partie centré le développement autour de ces deux aspects.

Du coup, nous avons aujourd'hui différents modèles de mono-peaux avoisinant les 1kg pour le trail, et c'est génial, mais je me suis toujours interrogé sur le puzzle lié aux aspects de performance.

La monopeau est essentiellement un profil fortement cambré, ce qui signifie qu'il a un coefficient de portance plus élevé qu'un profil ordinaire. En d’autres termes, sa surface doit être considérablement réduite pour conserver une vitesse horizontale équivalente.

Facile, réduisons la surface à 14 ou 16 m². Génial, là c'est rapide mais rapide vers le bas de la montagne aussi car le taux de chute est maintenant trop élevé et ne permet pas de bénéficier des ascendances plus modestes.

Comment conserver une bonne vitesse horizontale et améliorer le taux de chute ?

Améliorer l'angle de plané réglerait ce problème. La finesse c'est juste une division de la portance par la trainée, donc si on réduit la traînée on améliore la finesse, réduit le taux de chute, et garde une vitesse horizontale correcte. Fantastique, allons-y!

Mais comment réduire la traînée d’une monopeau?

Étant donné que le profil a un coefficient de portance plus élevé, il souffre davantage de la traînée induite qu'un profil  normal. Pour cette raison, augmenter l'allongement de la voile devrait alors être un moyen très efficace de réduire la traînée sur une monopeau.

Ces voiles sont connues pour leur faible inertie et un comportement dynamique calme, on pourrait alors supposer qu'un fort allongement pourrait en fait être comparativement plus sûr et plus maniable que son homologue à double peau.

Sur les planeurs conventionels, l'ajout d'une structure interne (nervures diagonales et sangles) augmente la quantité de caissons, aide à réduire le ballonnement et à conserver une forme plus lisse, tout en diminuant la longueur des suspentes. C'est un win-win.

Sur une monopeau, la structure interne devient une structure externe et désormais cette stratégie devient un win-lose. Dans quelle mesure ça aide? à quel moment ça déteriore?

Je n'ai pas de soufflerie à portée de main, mais mon instinct d'ingénieur aéronautique me dit que tout ce qui perturbe l'écoulement d'air est probablement pire que l'alternative (un peu de ballonnement).

Bon, pour résumer, la top performances pour une monopeau c'est une petite aile avec un gros allongement et des caissons larges et moins nombreux c'est ca?

La question me tracassait trop, alors j'ai passé les quelques dernière années à en concevoir une et je l'ai construite dans mon salon, pour le loisir

Voici Stork (Cigogne en anglais), 16 m², Allongement 8.0, 39 "caissons", 3-lignes, pèse 1,2 kg et tient dans 7 L (25 x 35 x 8 cm).

Il y a beaucoup à dire sur la distribution des tensions, l'orientation du tissu, le calcul des triangles de suspension... Les parapentes fascinent par leur simplicité à la fin si complexe.

Voici la vidéo du premier "vol", directement sorti de la machine à coudre:

https://youtube.com/shorts/GiKXkvuWYw4?si=b8rJk5Gmy4SBKYxK

Je n'ai pas encore eu l'occasion de tester la perf avec précision, mais certaines choses sont déjà claires :

1 - ça vole pas mal du tout sans aucun réglage

2 - ça m'a l'air plutot rapide pour 16m2

3 - c'est stable en vol, plus que ce que j'avais imaginé

4 - la ressource à l'atterissage est impressionante pour une mono

5 - ca décolle sans les mains, comme une mono quoi

6 - Cest ma voile préférée

On est fin Octobre, et là ou j'habite la fête est finie. Un jour où le vent est correct et l'herbe sèche il faut être chanceux.

Alors c'est que le début, y'a plein de tests à faire et sûrement quelques réglages aussi. Si c'est bienvenu je viendrai poster des nouvelles.

En tout cas j'avais envie de partager l'histoire avec la communauté, au cas où certains d'entre vous se posaient aussi les mêmes questions, et si je peux inspirer quelqu'un à se lancer dans ce genre d'aventure, comme quelqu'un m'a inspiré il y a quelques années.

Aussi les avis et commentaires de concepteurs sont bienvenus si certains sont par ici. C'est un projet perso, j'ai pas d'intérêt commercial.

Bon vol à tous

Arnaud

[safafite]

Respect maestro. La Classe 

[Guy67]

Bravo pour de storich !
Beau projet.

[ptitkiki]

Wow, ça c'est un post de valeur  

Bravo, c'est très fort, hâte de lire la suite de ton aventure !
Merci pour le partage et bienvenu sur le Forum (si j'ai bien compris)

[treuze]

Sur les planeurs conventionels, l'ajout d'une structure interne (nervures diagonales et sangles) augmente la quantité de caissons, aide à réduire le ballonnement et à conserver une forme plus lisse, tout en diminuant la longueur des suspentes. C'est un win-win.

Sur une monopeau, la structure interne devient une structure externe et désormais cette stratégie devient un win-lose. Dans quelle mesure ça aide? à quel moment ça déteriore?

Je n'ai pas de soufflerie à portée de main, mais mon instinct d'ingénieur aéronautique me dit que tout ce qui perturbe l'écoulement d'air est probablement pire que l'alternative (un peu de ballonnement).

Bon, pour résumer, la top performances pour une monopeau c'est une petite aile avec un gros allongement et des caissons larges et moins nombreux c'est ca?

J'ai l'impression qu'on retrouve le même raisonnement sur les monosurfaces récentes comme la Run&Fly2 de Dudek ou la Pace de Skywalk avec un bord d'attaque fermé avec 3 fois plus de caisson que le bord de fuite qui lui est réellement monosurface et a un ballonnement très prononcé (comparé au BA).
Même si le programme n'est pas le même que ta Stork, si des marques avec plusieurs ingénieurs à temps plein et des logiciels de simulation sûrement bien plus puissant que ce que tu as arrivent à la même conclusion c'est que tu dois être sur la bonne voie.

En tout cas bravo, c'est super impressionnant comme projet

[azur]

Ça arrive à point alors que je suis en train de regarder ce qui se fait en monosurface qui plane pas trop mal: http://www.parapentiste.info/forum/materiel-montagneultraleger/comparaison-voiles-mono-legeres-t63328.0.html

[thierry_c]

c'est pas skyman qui avait aussi fait un essaie de monopo avec un allongement de fou ?

[air]

J’admire la capacité à se lancer dans un tel projet, et le mener jusqu’au premier vol !

[mike57]

Un Sibérien fabrique des mono peaux qui planent plutôt pas mal.L'allongement serait il la solution?
Mais ça va peut être compliquer le décollage sur site un peu scabreux.

http://www.youtube.com/watch?v=SCQ0Nx949IY

[Nicolas - AirDesign]

Bravo ! C'est génial d'aller au bout de tels projets ! D'ailleurs si personne ne faisait de truc comme toi, on ne ferait pas de parapente aujourd'hui
Super intéressant en tout cas, ça fait aussi écho à ça:

Ma xxlite2 en 16 est a 6.5 - 7 de finesse en sellette string. La Bogdan a un allongement légèrement plus fort  (5.8!) , le 7 de finesse est tout à fait crédible. Ce sont des voiles qui volent avec un fort Cz, l'allongement a un impact très fort sur la finesse. Une finesse de 5.5 - 6 en UFO2 ou allongement similaire est normal.
Une double surface avec un allongement de 5.8 aura une finesse bien meilleure (~9 sans trop de problème).

C'est vrai que pas mal de constructeurs ont "joué" avec les allongements sur les mono-surfaces. C'est pour ça qu'on trouve des XXLite 2 par exemple, qui ont des avantages certains, mais ne sont pas forcément pour le même "public" que des UFO 2. Markus de Skyman aime bien jouer avec les allongements (cf deathblade), il a des monosurfaces autour de 6 d'ailleurs mais n'a a ma connaissance pas été plus loin sur des produits commerciaux.
Pour AD par exemple au hasard, la monosurface doit être un outil de montagne facile d'utilisation, décoller hyper facilement même si les conditions ne sont pas optimales, même si t'es cramé après ta course d'alpi (ou ton run en trail). Qui te permet de voler serein sans secours (oups, j'ai rien dit). Mais plein d'autres pratiques sont envisageables, on reste aux balbutiements de ces produits, avec leurs avantages et leurs limites. Et par exemple une monosurface qui permet de s'éclater dans le vent fort (et laminaire) sans chercher des toutes petites surfaces, pourquoi pas. Si le gain de poids est utile (par exemple tour du monde en vélo avec un gun de 5L et 1,2kg dans les sacoches).
On a bien des SuSi à moins de 3kg et des Zeolite avec 2 points d'allongement en plus et le même poids.

Bravo ! Tiens-nous au courant !

[Alcor]

  Arno
  Pour ta réalisation, c'est audacieux et ca vole 

Je rejoins Nicolas AD dans son propos, une mono-surface pour quelle accessibilité ?
Ton questionnement et ta recherche rappellent le déroulé des doubles-peaux, avec des ailes peu allongées, faciles et accessibles et des ailes plus allongées, plus perfs, mais exigeantes.
Pour exemple, quand je compare mon Alpina et ma Susi en terme de facilité de préparation et de décollage en sécurité, tout terrain et toutes conditions....... Susi est incomparable.......mais elle est moins perf !
Dans tous les cas, ta quête est une belle aventure !

Amicalement

[Arno_mtz]

Merci pour pour l'accueil sympa

Oui Andrei en Sibérie fait des voiles avec un allongement jusqu'à 7.5 pour son Orlan, qui est magnifique et une des inspirations pour ce projet d'ailleurs.

Skyman a fait un proto type SER avec un allongement de 7 mais j'ai que très peu d'info là dessus, juste vu une ou deux photos.

Mais ils choisissent visiblement un usage de diagonales assez fourni et c'est un peu ce qui m'a fait réfléchir côté aérodynamique et côté masse/encombrement parce que on finit dans des fourchettes qui font reconsidérer l'usage de la technologie monopeau.

Y'a aussi des voiles qui marchent bien et qui privilégient une voûte et une tension calculées pour avoir des caissons plus larges et moins de suspentage tout en gardant un ballonnement correct. Pour du mono ça me semble être la bonne voie. Mais jusqu'ici personne a ma connaissance n'a testé les deux concepts en même temps: gros allongement et caissons larges sans diago.

L'allongement ici est trompeur, l'objectif c'est pas d'aller casser des Enzo à la PWC c'est plutôt d'avoir un parapente d'un kilo avec la vitesse et la finesse d'une B moderne, sans être trop galère ou dangereux à piloter.

En ce qui concerne le décollage alpin un peu scabreux et le programme de la UFO clairement c'est pas le même game. On verra après tuning mais ça va probablement pas être pour les mêmes missions à moins de gérer le cobra ou le "throw and go".
Déjà sur l'herbe il faut un petit niveau en gonflage pour gérer un allongement de 8. Après c'est une monosurface alors c'est quand même bien abordable. Je vais poster une vidéo du gonflage pour montrer à quoi ça ressemble avant tuning.

Mais ça me fait penser à ce que semblait dire JBC sur les notes de design de la Pace, qu'elle était plus ou moins conçue pour les coureurs, grimpeurs et alpinistes plutôt que pour les "pilotes réguliers" et donc une des priorités était la prise en charge facile.

Là c'est clairement pas pour le copain grimpeur qui s'intéresse au parapente pour redescendre.
Plutôt pour le parapentiste qui s'intéresse à l'alpi, ou en effet pour le pilote en voyage (vélo, bagage à main, etc...)

Ce proto est calculé en 3 lignes pour pouvoir ajuster le calage et le washout aux petits oignons, mais une fois ces valeurs déterminées il sera temps de calculer un proto en 2-lignes (que j'ai pas eu le courage de faire direct par crainte d'une erreur de géométrie irréparable )

[willip]

Salut Arno ! Hyper sympa comme concept, j'adore ! Chapeau pour tout le taf réalisé

Si tu veux avoir des chiffres un peu précis de "perf" (finesse vitesse etc) je te conseille de te rapprocher de Colombo du forum qui s'est fait une sonde vraiment vraiment pro. (par contre il habite au fond des alpes )

Content aussi de te voir évoquer l'évolution vers le 2 lignes qui fait bien envie avec un corde aussi faible 

W.

[Rere38]

Salut tout le monde,

"..."

Bon vol à tous

Arnaud

Très impressionnant en plus d'être très intéressant !
ça fait plaisir de tomber sur ce genre de post hyper qualitatif sur ce forum.
Vulgarisé juste ce qu'il faut pour les non-ingénieurs mais parapentistes confirmés et passionnés de matos !

J'ai hâte de voir l'évolution de ta voile notamment concernant le comportement des deux demies ailes (mono ou non, 8 d'allongement ça doit vivre plus qu'une Ufo effectivement).
Quid des calculs théoriques de la polaire des vitesses et évidemment de décro ? tu as une idée ou bien tu pars direct en mode "doucement sur les commandes" et tu avises en l'air ?

L'évolution en une 2 lignes par la suite prendrait naturellement un sens évident, comme le dit Will vu l'allongement mais aussi peut être pour rigidifier ces 2 demies ailes ? Hâte d'avoir un retour concernant la faisabilité et les contraintes mécaniques que tu vas rencontrer !

Sacré beau projet, merci du partage !
Un grand bravo a toi

[swaxis38]

Chapeau pour ce projet!!

Le passage en 2L n’est pas obligatoirement lié à l’utilisation de joncs sur toute la corde?
Si oui ça irait dans le sens d’une grosse pénalisation en terme de volume de pliage, par rapport à ton concept d’origine.

[Arno_mtz]

La polaire des vitesses c'est ce que j'essaie de déterminer. C'est pas évident à estimer pour un parapente, surtout le premier d'une famille.

Stork2 pourra être estimée en prenant les mesures de Stork en référence mais là cest effectivement un peu "voyons voir de quoi il s'agit!".

J'ai bien estimé la finesse, les incidences et la vitesse pour dimensionner la voile mais je ne saurais pas encore dire si c'est effectivement ce que j'ai obtenu.

Je sais juste que je suis pas loin du design théorique, sinon y'a plein de trucs qui auraient pas fonctionné du 1er coup sur la colline.

Aussi c'est la 3ème mono que je fabrique, les 2 autres c'était pas mon design mais j'ai quand même quelques points de repère.

Coté 2-lignes:

Non les joncs c'est le dernier recours, encore plus si c'est à l'arrière, quelle horreur au pliage.
Mais de toute façon ça sera jamais un 2 lignes "pur". D'ailleurs ça n'existe pas vraiment même en double surface ? y'a toujours une fourchette tout près de la voile avec 2 attaches sous les A et parfois aussi sous les B il me semble.

Je vois le truc à peu près pareil, 4 points d'attache ramenés à 2 sous la voile, faudra voir ce qui convient.

Par contre Stork en 2-lignes c'est pas tellement pour voler à l'accélerateur, mais plutot pour:

1 - réduire encore plus la trainée des suspentes en enlevant une rangée (meilleur plané, meilleur taux de chute)

2 - mitiger l'effet de déformation du profil dû au raccourcissement des suspentes basses au fil du temps

Les mono à l'accélérateur c'est en général pas une super stratégie pour aller plus vite. Ca coute cher en plané.

Passé une certaine incidence le bord d'attaque bulbeux crée un détachement de l'écoulement avec une zone de recirculation (un rouleau) derrière lui et plein de trainée avec.

La finesse c'est portance sur trainée, alors si tu augmente autant la trainée tu visualises bien de près les arbres qui bordent l'attéro

Il est en principe plus judicieux de concevoir une mono plus petite qui travaille à la bone incidence, voire même rapide, qui peut se ralentir au besoin.

Pour cette raison le proto Stork est assez chargé en 16m2 et n'a pas de speedbar, par contre j'ai mis des trimmers sur les élévateurs temporaires histoire de voir si ca vaut le coup.

C'est d'ailleurs comme ça que font les oiseaux pour accélérer, ils réduisent leur surface portante et conservent un profil à incidence efficace.

Au passage Stork c'est parce que le profil de la voile c'est très proche de la vue en coupe d'une aile de cigogne, qui possède des propriétés plutôt intéressantes pour le profil de mission d'un parapente monosurface.

[Arno_mtz]

Comme promis voilà d'autres images où on voit un peu mieux la voile et son comportement en gonflage.
https://youtu.be/79h-6ubRbI8?si=Q23t6m6UOKuTxXDa

C'est évidement un peu plus délicat à manipuler mais ça va c'est pas un carnage non plus

[piwaille]

Je suis fasciné par les gens qui sont capable de prendre une machine à coudre et se faire leur propre parapente
Ma grand-mère m'avait appris à repriser les chaussettes. Force est de constater que je fais comme tout le monde : j'achète et je jette.

Sur les planeurs conventionels, l'ajout d'une structure interne (nervures diagonales et sangles) augmente la quantité de caissons, aide à réduire le ballonnement et à conserver une forme plus lisse, tout en diminuant la longueur des suspentes. C'est un win-win.

Sur une monopeau, la structure interne devient une structure externe et désormais cette stratégie devient un win-lose. Dans quelle mesure ça aide? à quel moment ça déteriore?

Tu peux aussi rajouter dans ta réflexion la vitesse du flux dans lequel trempe la structure.
* une structure interne, par définition tu as un flux à vitesse nulle
* le ballonnement d'extrados baigne dans un flux dont la vitesse est supérieure ou égale à la vitesse de translation
* la nervure d'une mono peau baigne dans un flux dont la vitesse doit être inférieure ou égale à la vitesse de translation du rape-la-pente.
Partant de là il vaut mieux mettre (un peu) de nervure que d'avoir de gros ballonnements. Mais comme tu dis : il y a un juste milieu à trouver


http://www.youtube.com/watch?v=79h-6ubRbI8
Intégration de ta vidéo Elle a l'air sympa ta trapanelle

[Arno_mtz]

C'est gentil piwaille, par contre au risque de casser la magie du truc la partie construction machine à coudre tout ça c'est en fait l'aspect moins galère de l'aventure. Certes ça demande beaucoup de rigueur et de patience, c'est un boulot d'artisanat mais somme toute plutôt rébarbatif dans l'ensemble dû à la taille du bidule.

La phase de design en revanche c'est l'aspect vraiment compliqué qui pardonne pas, et du coup mentalement divertissant. Ça prend super longtemps et c'est un peu comme résoudre un rubicube à 47 faces qui ont pas seulement une couleur particulière, mais aussi une texture, une odeur et un goût c'est un gros puzzle et on découvre à la toute fin si on s'est planté, et de combien. C'est pas pour tout le monde, faut aimer

J'ai dû rechercher ce qu'était qu'une trapanelle, ça m'a fait sourire

PS: je ne reprends pas mes chaussettes non plus

[calvat1]

  Félicitations  Arno,  je pense au moment  du 1 er gonflage,  tout faux ou pas tout faux.  Si c’est une question  de calage ça se modifie mais si c’est la structure même qui est mauvaise c'est poubelle  non !   Les grandes marques font plus de 10 protos pour certains modèles en étant plusieurs à la conception et en ayant des années d’expériences alors tout seul, chapeau bas.
  Le parapente évolue encore,  l’aventure n’est pas fini.

[V'Ario]

oui un grand bravo, je suis impressionné, c'est intéressant de voir que tu as fait à toi tout seul le travail d'une équipe de R&D, de pilotes test et de couturiers 

et en plus ton projet n'est pas commercial 

je dis ça pour me foutre un peu des grandes marques, mais c'est beau de voir que le parapente permet l'innovation à toutes échelles. Bonne continuation et bons vols sous cette voile unique !

[Arno_mtz]

Merci la communauté, ca fait super plaisir à lire.

Restons modeste, l'idée d'un gros allongement en soi c'est bidon, c'est surtout d'y parvenir proprement qui est délicat.
Mais là non plus j'ai pas réinventé la roue:
- La géométrie à plat est inspirée de l'Icepeak X-One
- La stratégie des caissons larges est inspirée de la VrilOne
- La cascade supérieure de freins est inspirée du landing-boost de Skyman
- Les trimmers en dyneema sont inspirés du Ufo biplace
- Plusieurs autres aspects sont inspirés du travail de Pere Casellas (Batlite 1.8 pour les connaisseurs)
- Et j'en passe...

Le secret c'était de faire travailler toutes ces idées brillantes ensemble de manière harmonieuse, et d’y ajouter les miennes.

Il y a bien une innovation perso qui est la clé de voûte permettant une géométrie si rigide pour un allongement pareil. C'est la manière dont les triangles de suspension sont calculés et construits, et ça marche super bien.

En regardant de près on voit bien qu'ils sont totalement différents de ce qu'on voit d'habitude sur les mono.
S’il y a un truc nouveau à emprunter à mon design c'est bien celui là.

Et puis bon je suis quand même ingénieur aéronautique de formation et j'y ai tout de même passé 3 ans à réfléchir tranquilement sur cette petite Cigogne à mes heures perdues.
Donc merci les grandes marques pour les bonnes idées, copiez-moi donc ces triangles, et fabriquez nous des mono allongées parce que je connais personne au Sri-Lanka moi

[mike57]

 

Tu travailles sur un logiciel spécifique ou simplement sur AutoCad ?
Je sais que l'on peut rayer le terme "simplement" quand on parle de ce logiciel 

[Arno_mtz]

Bonne question, alors cette voile rentre pas vraiment dans le moule et j'ai du ruser un peu sur les outils pour le design.

Le profil j'ai pris celui de la cigogne que j'ai ajusté un peu pour un parapente. En fait un soir en surfant j'suis tombé sur un papier universitaire qui étudie les oiseaux et compare leur perf aérodynamique dans différents domaines de vol (le type pas dérangé déjà ).
La cigogne m'a rappelé un profil de parapente monosurface, et présente des caractéristiques aérodynamiques intéressantes (pour ce qu'on en fait).

Pour générer la géométrie de la voile à plat j'ai utilisé le pré-processeur de LEP (laboratoridenvol.com)
Pour générer la 3D de la voile c'est encore LEP, que Pere a astucieusement modifié pour me permettre d'orienter mes nervures parallèles avec la trajectoire
Pour manipuler la 3D c'est FreeCAD, La mécaflu c'est  XFLR5.
Pour les triangles c'est fait maison alors j'ai pas de logiciel du coup c'est à la feuille de calcul, puis dessinés en 2D avec LibreCAD.
Les suspentes sont générées par LEP mais il a fallu y modifier plein de choses à la main dans la 3D du fait des triangles custom (entre autre).

Ce sont tous des logiciels gratuits 

[piwaille]

j'suis tombé sur un papier universitaire qui étudie les oiseaux et compare leur perf aérodynamique dans différents domaines de vol (le type pas dérangé déjà ).

effectivement
Je suis sûr qu'il y a moyen de faire un fil technique sur le sujet. Il y aurait quelques lecteurs intéressés.