Mesure de l'effet des Winglets Advance

[Colombo]

Bonjour,
J'ai réalisé une série de mesure afin d'essayer de voir l’influence des winglets sur une voile Advance.
Pour rappel, les winglets sont (normalement) la pour réaligner le flux aux extrémités de l'aile ce qui tend à réduire la trainée induite et augmenter la portance. La contrepartie, c'est une augmentation de la trainée de forme, ce qui fait qu'obtenir un bilan positif n'est pas simple, en particulier à faible incidence où la part de trainée induite devient très faible.

Les mesures ont été faite sur une Alpha 6 qui présente un faible allongement et donc une trainée induite importante.

La procédure des essais était la suivante :
- 1er vol avec les winglets;
- 2éme vol avec les winglets neutralisés (enroulés);
- 3éme vol avec les winglets pour vérifier qu'on retrouve bien les mesures du premier vol.

Chaque vol fait environ 500m de dénivelé utile pour mesurer la polaire. J'arrive à mesurer environ 5 régimes de vol en maintenant des paliers d’environ 30'.
Afin d'éviter l’influence du pilote, c'est moi-même qui ai réalisé les 3 vols en gardant la même position dans la sellette (nervure fusion).
Les mesures ont été faites avec une sonde qui mesure directement l'angle de plané. Le GPS n'a pas été utilisé (pas utilisable pour ce genre de mesure). Les vitesses sont normalisées avec la densité standard au niveau de la mer (IAS).

Voici les résultats:


Les barres d'erreur montrent la convergence de la mesure sur le palier. Cela dépend essentiellement de la turbulence rencontrée. Cela ne prend pas en compte l'erreur absolue sur la mesure (quelques % possible sur la vitesse et probablement +-0.2° sur l'angle). Pour avoir la finesse, il faut faire l'arctangente de l'angle de plané. Finesse max d'environ 8.7 sur ce vol. Full speed, +11kmh pour 5,3 de finesse.

On observe que les winglets permettent une légère augmentation de la finesse dans les basses vitesses, en lien avec la réduction de trainée induite qui est très importante sur ces régimes de vol et avec un faible allongement. Cela correspond à un gain d'environ 0.1m/s du taux de chute. A haute vitesse les winglets n’influences pas sensiblement la finesse. Je pense que la trainée supplémentaire dû à "l'enroulement" des winglets est négligeable car on reste bien dans la couche limite.

On peut conclure que globalement, les winglets sont favorables sur ce type d'aile à faible allongement. Il est difficile d'affirmer que ce soit également le cas sur des voiles plus allongées. Il est possible qu'ils soient plus efficaces en les décalant vers la plume.

[laurentgedm]

C'est marrant et intéressant d'avoir fait les mesures!
Il faudrait quand même répéter l'expérience et être certain des barres d'erreurs car ce genre de mesures est extrêmement sensible, si une mouche a pété quand tu étais à 26km/h ça peut influencer le résultat...

Pour ma part je suis assez convaincu que l'effet des winglets se mesure en € plutôt qu'en cm/s, mais ta première campagne de mesure me donne peut-être un peu tort

[Gillesf]

Le gain en perf. est modeste, mais important en terme d'image de marque.Du coup les quelques euros sont plutôt bien investis par Advance.

Je craignais que le gain ne soit globalement moins positif, ce qui aurait expliqué qu'aucune autre marque n'en propose.

[plumocum]

J'en ai récupéré sur une vieille Sigma, je vais les rajouter avec du craft sur ma Zéolite. En plus de la ptite queue sur ma nouvelle sellette je vais les enfumer les potos avec ça.

[a-r-h]

Merci Colombo, super boulot.
Honnêtement je ne pensais pas voir de résultat mesurable.
Il faudrait qu'on te prête une OXA !

[calvat1]

  Si je devais faire des tests de finesse très difficilement mesurables je procederai par demi aile.   Je ne fais ma modif que sur une demi aile et en vol je vois si ma voile part d'un côté ou de l'autre. Cela ne donnerait pas de chiffre mais serait visible.  Ma voile part à gauche c'est que ma demi aile droite vole mieux ou inversement.
 Mon raisonnement est bon ou pas...

[mike57]

 

Merci Colombo d'avoir pris le temps de faire ces mesures.

J'avais, il y a longtemps une Epsilon3 et je m'étais demandé si ces winglets étaient simplement
décoratif ou inspirant pour les bureaux d'études d'Airbus.

[DimitriM]

C'est sympa ces mesures, et je n'aurai pas pensé que tu aurais pu mesurer avec un impact (qui en plus, colle avec la théorie).

Par contre, les basses vitesses (inférieures au taux de chute mini), c'est quand même un domaine de vol où on va très peu, à part pour les reposes au déco peut être (et encore on évite vu qu'on se rapproche du régime "je me prend une cartouche"...

C'est normal qu'il te manque un point sans winglets à vitesse max ? J'aurai supposé qu'à ce régime de vol le gain pourrait s'inverser... Mais le point précédent (1er barreau ?) n'est pas concluant...

Si tu refais quelques vols pour tester un peu la répétabilité n'hésite pas à poster tes conclusions ici !

[Man's]

Pour ma part je suis assez convaincu que l'effet des winglets se mesure en €

Te connaissant, J'ai cru que tu allais dire : "Pour ma part je suis assez convaincu que l'effet des winglets se mesure proche d'ε",
ce qui Σomme toute est plutôt normal quand il s'agit d'Advance (xi l'eût cru ?)

[airsinge]

Faut reconnaître qu'il y avait eu un précédent sur des deltaplanes chez Bautek (dès les années 80, avant même qu'Advance commence à faire des parapentes je pense).


 Et là, au montage de l'aile on pouvait très facilement choisir de ne pas clipser ces deux petites excroissances... Eh bien j'avoue ne jamais avoir osé essayer sans ! Mais il faut dire qu'avec seulement 13 m² de surface volante, semi-rigidifiée, et des comportements de bouts d'aile cruciaux dans certaines phases de vol, modifier l'architecture prévue à quelque-chose de plus intimidant qu'en parapente (et maintenant l'aile est à la retraite loin d'ici...).

[Colombo]

Il faudrait quand même répéter l'expérience et être certain des barres d'erreurs car ce genre de mesures est extrêmement sensible, si une mouche a pété quand tu étais à 26km/h ça peut influencer le résultat...

Bras haut il y a 2 points noirs cote à cote. C'est le 1er et le 3éme vol, ça donne l'idée de la répétabilité.
C'est une mesure directement dans le référentiel de l'air, je ne suis pas impacté par le vent ou la turbulence (tant que ça reste raisonnable bien sur).
Ce n'est pas la première mesure que je fais, je commence à avoir une bonne confiance dans la répétabilité de la sonde. Cependant, ça reste des mesures difficiles dans un milieu pas vraiment contrôlé, donc l'erreur reste possible.

[Colombo]

  Si je devais faire des tests de finesse très difficilement mesurables je procederai par demi aile.   Je ne fais ma modif que sur une demi aile et en vol je vois si ma voile part d'un côté ou de l'autre. Cela ne donnerait pas de chiffre mais serait visible.  Ma voile part à gauche c'est que ma demi aile droite vole mieux ou inversement.
 Mon raisonnement est bon ou pas...

Dans le cas présent, bras haut ou accéléré, ce serait invisible (même finesse). Avec les freins (en faisant l’hypothèse que le freinage est parfaitement symétrique, tout comme le calage), ça fait un virage pas épais. A faire avec une sellette complétement triangulée pour limiter l'effet d'un appuis pas homogène et dans un air parfaitement calme pour ne pas altérer la trajectoire par de la turbulence. Pas simple !

[Colombo]

C'est sympa ces mesures, et je n'aurai pas pensé que tu aurais pu mesurer avec un impact (qui en plus, colle avec la théorie).

Par contre, les basses vitesses (inférieures au taux de chute mini), c'est quand même un domaine de vol où on va très peu, à part pour les reposes au déco peut être (et encore on évite vu qu'on se rapproche du régime "je me prend une cartouche"...

C'est normal qu'il te manque un point sans winglets à vitesse max ? J'aurai supposé qu'à ce régime de vol le gain pourrait s'inverser... Mais le point précédent (1er barreau ?) n'est pas concluant...

Si tu refais quelques vols pour tester un peu la répétabilité n'hésite pas à poster tes conclusions ici !

Le gain le plus important semble être au taux de chute mini. Ça doit jouer un peu en thermique/virage.
Enfaite il y a 2 vols dans les points noirs. Le point le plus rapide aurait du être à la position précédente, mais j'ai dû appuyer un peu plus sur l'accélérateur (et/ou je ne devais pas être en buté sur les vols précédents). Comme la polaire est raide, on s'éloigne vite. La répétabilité se voit sur les deux points noirs bras haut.

Je pense que même si le winglet travail en trainée sans portance (ce qui n'est pas le cas), la trainée reste faible. C'est quand-même un corps profilé de taille modeste qui ne pèse pas beaucoup dans le bilan global. Entre bras haut et full-speed, sa résultante aérodynamique doit rester proche de l'axe de la corde (effet neutre). Ensuite quand le Cz augmente significativement, la résultante bascule vers l'avant et on gagne un peu, avant de rebaisser.

[wowo]

   Colombo    pour ce travail et partage intéressant.

Ce qui le serait maintenant d'intéressant, c'est de faire ces mêmes expérimentations avec des voiles concues pour plus de performances et particulièrement accéléré Oxa ou à minima ancienne Oméga voire Sigma plus récente.

 

[Man's]

Quand on voit l'évolution de la taille des winglets entre l'alpha 6 et l'alpha 7, sans même parler des modèles de gammes supérieures, on est en droit de se poser des questions quant à leur utilité hors-marketing... :

Alpha 6

Alpha 7

[Le Plantigrade]

C'est clairement un atout en terme d'identité visuelle... On les reconnaît facilement ! 

[Colombo]

Je ne sais pas si Advance ont les moyens de faire ce genre de mesure aussi précisément. En faisant des vols comparatifs au GPS, il faut en faire pas mal avec échange de pilote. Ils ont forcément du essayer. Mais quand on voit que dans les régimes bras haut et accéléré, ça ne fait rien pour une voile de faible allongement, on peut conclure que "par précaution", on les réduits au maximum pour conserver une identité visuelle sans risque de perdre en perf. Enfin, c'est mon hypothèse...

Pour les voiles plus allongées, le gain est mathématiquement plus faible car la trainée induite l'est également (d'où le choix de faire la mesure sur une apha, pour maximiser l'effet).

Personnellement, je pense que c'est quelque chose qui peut être optimisé. Surtout pour les voiles de faible allongement où la trainée induite est quand-même bien importante.
A l'inverse, je pense que relever la plume vers le haut n'est pas gagnant, car ça tend à limiter la courbure en bout d'aile et donc réduire l'effet de la voute. Ça pourrait être le prochain test...

[calvat1]

  Sur l'enzo 4 ozone en a mis, 16 de finesse au moins......

[marcus]

En son temps, avant qu'il ne fasse un passage éphémère comme concepteur chez Advance, Bruce Goldsmith avait je crois moqué un peu les winglets d'Advance en les surnommant les "draglets" (de drag = trainée).
Les mesures feraient-elles mentir Mister Goldsmith ?

[Colombo]

Pour mettre en perspective l'effet des winglets, une comparaison avec ma Geo6, les deux en taille 24.
Même pilote/sellette.



Bon, ce n'est pas la même génération, ni exactement le même programme (encore que...), mais géométriquement à l’œil ce n'est pas hyper différent. Et pourtant on observe une différence assez conséquente (env 10 de finesse pour la geo6). Et ça ne vient pas de l'allongement (4.8 pour l'alpha et 5.16 pour la geo). D’ailleurs on voit à basse vitesse que les finesses se rejoigne, là où la trainée induite est majoritaire et où l'allongement a beaucoup d'importance.

Donc les winglets, ça reste vraiment du 2nd ordre.

Et surtout, il n'y a pas que la performance dans l'équation, il y aussi le comportement de la voile, la maniabilité...

[wowo]

[...]

Et surtout, il n'y a pas que la performance dans l'équation, il y aussi le comportement de la voile, la maniabilité...

Alors là, rapport à tes graphiques de polaires, je ne vois pas où tu veux en venir avec le comportement de la voile et sa maniabilité dans l'équation de leurs polaires. Sauf à ce que je me méprend et qu'en fait là tu parles de l'effet que les winglets ou non-winglets pourraient avoir sur ces caractéristiques de comportements et non de performances brutes.

Maintenant quand je vois dans tes graphique que tu as des mesures sous le mètre/seconde en taux de chute avev une Alpha ou une Géo, je me dis que les masses d'air dans lesquelles tu as fait tes mesures était quand même pas inactives et du coup pas idéales pour comparer des mesures issues de vols différents entre elles.

Et là il me semble que même une sonde vitesse-air n'y change rien.

[Colombo]

En son temps, avant qu'il ne fasse un passage éphémère comme concepteur chez Advance, Bruce Goldsmith avait je crois moqué un peu les winglets d'Advance en les surnommant les "draglets" (de drag = trainée).
Les mesures feraient-elles mentir Mister Goldsmith ?

Je ne sais pas sur quoi il s'est basé pour faire cette remarque!
On sait que ça fonctionne en rigide (j'ai personnellement vu des polaires d'avion avec et sans, il y a un gain, pas de doute), pas de raison que le parapente échappe a cette règle, même si la conception est probablement plus délicate. Les winglets d'Avdance ne sont peut-être pas au meilleur endroit, mais leur fabrication est simple (alignement sur la nervure, pas de suspente pour reprendre des efforts...). On doit pouvoir faire mieux, mais cela en vaut-il la complexité ? Surtout si on cherche la perf à haute vitesse où la trainée induite est de toute manière minoritaire dans le bilan?

Un petit exemple numérique pour estimer la trainée théorique du winglet:

On peut voir le winglet comme une aile qui vole dans le flux dévié (en dérapage) par l'aile. L'orientation de la résultante du winglet donne sa contribution au bilan de trainée global du parapente. Si c'est orienté vers l'avant, on gagne, si c'est vers l’arrière on perd et si c'est dans l'axe de la corde, c'est neutre (pour la trainée).

Le winglet a un profil symétrique. Lorsqu'il est à portance nul, le CX est d'environ 0.03 en prenant du gras.
Les 2 winglets font au total environ 0.25m² (sur l’alpha 6). Avec 10m/s de vent sur l'extrados, on a une trainée de Fd=1/2*rho*Cx*S*V²=0.5N

Maintenant on prend la finesse de l'aile, environ 8.5 pour un PTV de 85kg. On a donc environ 98N de trainée au total. On soustrait les winglets de 0.5N, on a donc 97.5N de trainée au total. Si on recalcule la finesse on obtient 8.55. Cela fait une différence de seulement 0.04° dans la mesure d'angle. C'est invisible avec ma sonde qui a une sensibilité légèrement sous les 0.1°.

Ça, c'est le pire cas où le winglet ne fait que de la trainée (finesse nulle). Or, on sait qu'il travail (on peut voir sur les photos que le winglet est fléchi vers le haut, signe qu'il a de la charge). La finesse du winglet ne fait qu'augmenter jusqu'a son point de finesse max, qui est surement vers 4° ou 5° d'incidence pour cet allongement (de winglet).
Donc la trainée sur l'aile est forcément plus petite, jusqu'à devenir positive à fort Cz (la où le flux est fortement dévié sur l’aile).

Bien sur c’est une approximation assez grossière (on ne prend pas en compte la couche limite, la trainée dans les angles, la déformation du profil…), mais ça permet de fixer les idées. C’est donc normal de ne pas voir de grosse dégradation à haute vitesse.

[Colombo]

Alors là, rapport à tes graphiques de polaires, je ne vois pas où tu veux en venir avec le comportement de la voile et sa maniabilité dans l'équation de leurs polaires. Sauf à ce que je me méprend et qu'en fait là tu parles de l'effet que les winglets ou non-winglets pourraient avoir sur ces caractéristiques de comportements et non de performances brutes.

Maintenant quand je vois dans tes graphique que tu as des mesures sous le mètre/seconde en taux de chute avev une Alpha ou une Géo, je me dis que les masses d'air dans lesquelles tu as fait tes mesures était quand même pas inactives et du coup pas idéales pour comparer des mesures issues de vols différents entre elles.

Et là il me semble que même une sonde vitesse-air n'y change rien.

Je veux simplement dire qu’en fonction du comportement que l'on veut, il y a probablement des compromis à faire sur la perf. Je me dis que c'est peut-être l'explication pour la différence entre la géo et l'alpha. Mais je ne suis pas concepteur...

Pour les vitesses je m'attendais à cette remarque. Plusieurs éléments de réponses :

- Tout d'abord, ma sonde n'est pas simplement une sonde de vitesse air, je mesure directement l'angle de plané. Sans tout dévoiler le fonctionnement, c'est assez similaire à la Clab de compass (qu'on ne voit plus...). C'est donc une mesure complétement indépendante de la masse d'air, aussi bien horizontale que verticale. C'est là le gros point important, plus besoin d'utiliser le baromètre pour la Vz. C'est de toute manière complétement inutilisable pour de la précision (il faudrait le calibrer et prendre en compte le gradient réel de l’atmosphère).

- Ensuite, les polaires sont tracées dans une vitesse normalisée avec une densité de 1,225kg/m3, ce qui la densité standard au niveau de la mer. On n’est jamais dans ces conditions, ce qui augmente sensiblement la vitesse.

- Enfin, la calibration de la vitesse air est très difficile à réaliser. Ce n'est pas impossible que je sois un peu sous-estimé. Tout comme l’angle de plané, c’est possible qu’il y ait un offset.

Je suis conscient qu'avoir une mesure absolue de la perf est très difficile. Même à mon travail en soufflerie, c’est difficile, pourtant c’est un milieu bien plus contrôlé. Mais à mes yeux, ce n'est pas le plus important. Je cherche avant tout à avoir un instrument sensible ET reproductible. Toutes ces mesures sont faites avec la même sonde. Et même si je me trompe de 1° (très peu probable), je sais que la répétabilité est très bonne et donc que les écarts que j'observe entre les voiles sont représentatifs.

[Jaimaile]

je me demande si par ces temps de pluie, on ne pourrait pas prendre un peu de temps pour réhabiliter la cage de Darlet ! 

[Deyabad]

Super boulo 

Sinon, Colombo, je crois que tu peux te lancer dans la mesure de voiles à temps plein, je crois qu'il y aurait du monde qui aimerait avoir ce genre de comparaison -au hasard- pour toutes les B qui sont sur le marché !