I fluidmekanikk er en folie en vinge plassert og profilert slik at den ved sin bevegelse i vannet genererer en løftekraft som virker på dens hastighet og stabilitet.
Ordet folie brukes i båtens hverdagsspråk (seilbåt med folie, katamaran med folie, møll med folie). Dette navnet er en forenkling av ordet hydrofoil ; det engelske ordet " folie " kommer fra folie , avledet av den gamle franske foille ou feuille "kommer fra det latinske folia , blad. For å navngi bæreflatene til en hydrofoil , bruker ikke Larousse uttrykket " lagerplan " men "bærende vinge".
Forskjellige navn finnes på foliene: Dog of the Sea , Seaglider , Hapa , Paravane , Parafoil , Diving Deer eller Water Wing ,
Folier ble ikke oppfunnet på en bestemt dato, men de er frukten av mange oppfinneres arbeid, og selv i dag er de i sentrum for mye forskning. De første foliene som kjent ble kjent på 1980-tallet. De ble popularisert av Eric Tabarly og hans folie trimaran: Paul Ricard . Folier ble virkelig populære på 2000-tallet med utseendet på hydrofoils; disse multihulls med folier som kan nå ekstremt høye hastigheter takket være foliene: mer enn 100 km / t . Seilhastighetsrekorden ble satt i 2012 av sailrocket 2 , en folie maskin. En toppfart på 65,45 knop ble nådd ( 121 km / t ).
Foils gjorde sin første opptreden i Vendée Globe under 2016-utgaven, der skipperne hadde valget mellom å montere dem eller ikke på skroget.
Forskyvningshastigheten genererer på folien (e) en hydrodynamisk heis som er i stand til å løfte båten (e) på båten delvis eller helt opp av vannet . Hensikten med denne liftoverføringen er å redusere skrogmotstand (friksjon og bølger) og å redusere kraften som kreves i marsjfart.
Folier er klassifisert i to familier:
I tilfelle folier som krysser overflaten, jo raskere båten går, jo mer stiger den og desto mindre er den nedsenket overflaten viktig. Hastigheten kompenserer for tap av bunnplate, og heisen forblir konstant.
For en gitt hastighet stiger båten til heisen tilsvarer vekten. Heisen sies å være selvregulert siden (teoretisk) ikke risikerer å klatre til det punktet å trekke en folie ut av vannet. Disse foliene har vanligvis en fast stigningsvinkel, men de kan også justeres (variabel stigning).
Fordypningen av folien justeres til overflatenivået, båten følger bølgeprofilen (ubehag i grov sjø).
Folier helt nedsenketNår det gjelder helt nedsenket folie, er lagerflaten helt og konstant nedsenket.
Fordelen med denne konfigurasjonen er dens evne til å isolere båten fra effekten av bølgene så snart farten er tilstrekkelig, slik at skipet tar av, og at dønningen ikke er for sterk. Støttene eller stolpene eller "bena" som forbinder foliene med skroget bidrar generelt ikke til løft. Denne nedsenkede foliekonfigurasjonen kan ha høyere effektivitet (løft / dra), men er ikke naturlig stabil i stigning og rulling . På den annen side er lagerflaten konstant uansett hastighet og høyde på flyet. Uten reguleringssystem stabiliserer ingenting dybdypet: folien kan komme til luft / vann-grensesnittet. Av disse to grunnene må fartøyet være utstyrt med et aktivt stabiliseringssystem styrt av høydesensorer (som på folien) eller av en kontrollenhet (høydesensorer, akselerometre).
For å variere lengde- og tverrløft i henhold til hastighet , ønsket svingeradius og vekt på båten, må foliene være utstyrt med et løftevariasjonssystem som virker på innstillingen eller vinkelen på profilen eller på lokal strømning.
I denne familien finner vi vanligvis inverterte “T” -folier, men også “U” eller “L” -folier.
Reguleringen av heisen kan gjøres ved:
Systemet styres av sensorer ( gyroskoper , akselerometre og flyghøydesensorer); av sylindere styrer heisen på foliene.
Systemet styres ofte mekanisk av sensorer plassert foran båten eller av en høydesensor (oftest en flottør som svever på vannoverflaten), jfr. "Moth à folie" eller "Moth Foiler".
Maskiner flyttet av menneskelig kraft (menneskedrevet):
En seilbåt i luften eller seilbåt "uten masse" er en maritim mobil enhet som består av et maritimt element og et vindelement,
Denne transportmåten bruker vindens kraft , vindenergi , til å bevege seg som en seilbåt .
Målet med en luftseilbåt er å undertrykke den hydrodynamiske motstanden til skroget i vannet, og tettheten til de nedsenkede delene blir veldig lav. Massene deres støttes hovedsakelig av luftdelen som gjør dem til hovedforskjellen med seilbåter av hydrofoiltype hvis masse støttes av hydrofoil, derav navnet på seilbåt uten masse (med henvisning til tettheten til den meget svake nedsenkede delen).
Enheten kan være sammensatt for den luftige delen av en ballong, av en dragevinge eller hvilken som helst annen luftform som gjør det mulig å generere en aerodynamisk kraft og for den maritime delen av en hydrofoil. De to delene er koblet sammen med en eller flere kabler.
En konvolutt av en ballong assimilert til et seil koblet til et stabilisert midtbord på 3 akser (vannfløy eller folie) gjør at seilbåten i luften kan navigere i vinden. Kabelen som forbinder hydrofoilen til ballongen fungerer som mast og seilballong. Aerosail bruker en hydrofoil med en symmetrisk profil som gjør at drageren kan gå begge veier.
I konfigurasjonene som er oppført nedenfor nevnes "liten eller stor lagerflate", disse overflatene kan være i ett stykke eller adskilt og derfor dannet av flere folier. Å ha flere separate lagerflater gir løftestang og moment som kreves for stabilitet i lengderetning (stigning) og sideveis (rull).
En bærende overflate er preget av:
Valget av planform er knyttet til ønsket spennløftfordeling:
På grunn av viskositeten til mediet følger massen av bevegelig luft som møter en buet profil overflaten av denne profilen; luftmassen avbøyes, dette er Coanda-effekten . Som svar på momentet til luftmassen som er avbøyd i en retning (nedover for en bærende profil), trekkes vingen i den andre retningen (oppover), under Newtons tredje lov
Asymmetrien til en buet profil resulterer i høyere hastigheter på den øvre overflaten og lavere på den nedre overflaten. Antagelsen om komprimering av den studerte væsken gjør det mulig å forklare dette. Faktisk gjør denne antagelsen det mulig å vise bevaring av volumstrømningshastigheten til strømmen. På den øvre overflaten strammes strømlinjene, overflaten reduseres derfor hastigheten øker ved bevaring av volumstrømmen, og det motsatte skjer på den nedre overflaten. I følge Bernoullis teorem , som bare kan brukes under visse hypoteser som skal bekreftes når en folie er i drift (homogen, ukomprimerbar og statisk strømning) synker trykket når hastigheten øker og omvendt. Dermed opprettes et overtrykk på intradosene og et depresjon på ekstradoer som resulterer i en løftende kraft oppover og lar folien heve seg.
Denne forklaringen gjelder ikke godt for bæreevnen til tynne symmetriske profiler og flate plater uten tykkelse.
Den profil er det langsgående snitt (parallelt med hastigheten) av en løfte vinge.
Profiler er generelt definert av deres viktigste geometriske egenskaper og deres hydrodynamiske egenskaper (løftekoeffisienter, dra, stigmoment). De mest kjente profilene ( NACA ) er geometrisk klassifisert etter familier (tykkelsesfordeling, camber, tykkelse).
Geometrien til en profil er definert av følgende elementer:
Profilen velges ut fra følgende hovedkriterier:
Cz eller løftekoeffisienten avhenger av masse, bæreflate og hastighet. Hyppig verdi: 0,4 til 0,7 ved marsjfart. Heisen er F = q S Cz med q = dynamisk trykk = 1/2 rho V² og rho = væskens tetthet.
Folieens Cx eller dragskoeffisient, avhenger av:
Timingen (engelsk forekomst eller rake er vinkelen mellom profilakkordet (rett linje som forbinder forkanten til bakkanten ) og referanseposisjonen (vanligvis basen for nominell drift, fartscruise). Innstillingen kan justeres for å endre Merk at forekomst på engelsk ikke betyr forekomst på fransk. Vær også oppmerksom på at det engelske begrepet rake betegner i luftfart, for eksempel for propeller, den lokale skråningen av båtkanten. angrep (planform, pilvinkel) og ikke en kilevinkel.
Innfallsvinkelen (på engelsk AoA, angrepsvinkel ) til en folie er vinkelen mellom profilakkordet (rett linje som forbinder forkanten til bakkanten ) og strømmen (den lokale hastighetsvektoren). Når banen øker, øker angrepsvinkelen og løftingen.
Innfallsvinkelen til et ror , som er en vertikal overflate med en symmetrisk profil, er lik null når roret er i midtlinjen til båten, forutsatt at båten ikke driver (ikke beveger krabbe).
Den heis øker med vinkelen angreps ( løft helling ). Fra en viss vinkel, hvis verdi varierer i henhold til profilen og forlengelsen av lagerflaten, er det en separasjon av strømningen som kalles stalling og tap av heis.
For en symmetrisk profil som et ror er nullløftevinkelen lik null: Roret må være i strømmenes akse for å avbryte sideløftet.
For at en asymmetrisk profil skal oppnå null løft, må flyet plasseres i negativ forekomst; det er denne vinkelen som kalles "null løftevinkel". En størrelsesorden for denne vinkelen er gitt av verdien av camber (pil / akkordforhold) av profilen: en profil cambered med 4% har en null løftevinkel på omtrent -4 °.
Bæreevnen til nedsenkede profiler er begrenset av ventilasjon og kavitasjon.
Ventilasjon er et fenomen knyttet til nærheten av det bærende planet til overflaten. Den sterke depresjonen på den øvre overflaten av foliene kan skape sug av luft som vil synke ned langs en stående (folieben) eller folien selv ("V" -folie som krysser overflaten). I dette tilfellet utvikler profilen seg ikke lenger i vann, men i en blanding av luft og vann, og heisen synker plutselig (forskjellen i mediumets tetthet). En løsning er bruk av skillevegger eller barrierer (på engelsk " gjerder ") som hindrer luften i å synke nedover folien.
På grunn av opprettelsen av løft reduseres trykket ved den øvre overflaten og når lokalt en verdi som er lik eller mindre enn det mettede damptrykket , manifestert av utseendet til vanndampbobler, et fenomen som kalles "kavitasjon". Dette fører til et fall i løft, og implosjonen av boblene forårsaker erosjon av foliene, samt vibrasjoner og støy.